Solarthermische Hochtemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 574

bei einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau des Wärmeenergie erzeugenden
Verfahrens.
Ein Dreiecksprozess kann auch mit einem Clausius-Rankine Prozess bei hohen Drü-
cken und Temperaturen (nahe dem kritischen Zustand mit 374 °C und 22.06 MPa) ab-
gebildet werden (vergl. Abb. 7.61 , Abb. 7.63 ). Im klassischen Wasser-Wasserdampf Kreis-
prozess werden zur Steigerung des Wirkungsgrades folgende Maßnahmen angewendet:
• Anhebung der Frischdampftemperatur durch Erhöhung des Verdampfungsdruckes,
• Anhebung der Frischdampftemperatur durch Überhitzung,
• Zwischenüberhitzung,
• Absenkung des Kondensatordruckes und
• Regenerative Speisewasservorwärmung.
Die ersten drei Möglichkeiten sind bei Kollektoranlagen entweder konstruktionsbedingt
nur eingeschränkt oder mit Einbußen des solaren Wirkungsgrades verbunden. Der Kon-
densatordruck wird im Regelfall durch die Wärmeabgabe an die Umgebung am Stand-
ort vorgegebenen, insbesondere wenn die Anlage an einem sonnenreichen Standort mit
hohen Temperaturen und Verdunstungskühlung betrieben wird. Wenn die Optimierung
von solarem und Prozess-Wirkungsgrad zu tieferen Kollektor- oder Wärmeträgertempe-
raturen führt, sind andere Kreisprozesse wie der Organic Rankine Cycle (ORC) oder der
Kalina-Prozess von Vorteil. Sie werden in Geothermieanlagen und erstere auch bei den
Solarponds eingesetzt.
7.8.6.1 Rankine-Prozess mit organischem Arbeitsmittel-ORC
Der Rankine-Kreislauf mit organischem Arbeitsmittel (ORC = O rganic R ankine C ycle)
gleicht bezüglich der Komponenten dem des klassischen Rankine-Kreislaufs. Der wesent-
liche Unterschied liegt in den Prozessparametern Druck und Temperatur, die erheblich
unter denen eines Dampfkraftwerks liegen. Das Arbeitsmittel eines ORC wird so gewählt,
dass seine thermodynamischen Eigenschaften optimal zur vorhandenen Wärmequel-
le passen; insbesondere bestimmt das Temperaturniveau der zur Verfügung stehenden
Wärmequelle das in Frage kommende Fluid. Das Fluid sollte bei niedrigen Temperaturen
verdampfen, ungiftig sein und keine klimaschädigende Wirkung haben. Zur Anwendung
kommen unter anderem Fluide aus den Gruppen der Paraffine, Aromaten, heterozykli-
schen Verbindungen und Alkohole. Auch zeotrope Mischungen wie beispielsweise Am-
moniak-Wasser oder auch Propan-Iso-Butan-Gemische versprechen durch nicht-isother-
me Phasenübergänge bessere Anpassungsmöglichkeiten an die Wärmequelle. Die Ver-
wendung organischer Arbeitsmittel erfordert gesonderte ingenieurtechnische Lösungen
der Systemtechnik, wie
• den verwendeten Turbinen. Sie sind meist Sonderturbinen, da sich das Arbeitsfluid er-
heblich von Wasser bezüglich Molekulargewicht und geringerer spezifischer Wärme-
kapazität unterscheidet.