Solarthermische Hochtemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 578

Abb. 7.72 Schematische
Darstellung eines ORC Pro-
zesses mit Überhitzung bei
einem retrograden Arbeits-
mittel im T - s -Diagramm
nis der Fläche ( w Nutz + q ab ) zur Fläche ( q ab ) ablesen. Das Verhältnis der durch die Über-
hitzung hinzugewonnenen Fläche 4-4*-5*-5 zur Fläche B-4-4*-B* ist schlechter als das
bei der Überhitzung des Wasser/Wasserdampf Kreisprozesses, das auf eine Reduktion der
Endnässe am Ende der Entspannung in der Turbine abzielte. Die bei der Überhitzung zu-
geführte Wärme wird also mit einem geringeren thermischen Wirkungsgrad bezahlt. In
der Folge leistet der Heißdampf-ORC-Prozess mit retrograden Fluiden zwar mehr Arbeit,
liefert aber geringere thermische Wirkungsgrade als der des Sattdampfprozesses. In der
Konsequenz ist für retrograde Fluide eine Überhitzung des Frischdampfes nicht sinnvoll.
Eine Überhitzung des Frischdampfes retrograder Arbeitsmittel bewirkt keine Effizienz-
steigerung.
Die Verschlechterung des Wirkungsgrads durch die bei retrograden Fluiden erforder-
liche Enthitzung von 5 nach 6 macht eine regenerative Vorwärmung des Arbeitsmittels
besonders attraktiv. Denn ein Teil der bei der Enthitzung des dampfförmigen Arbeits-
mittels anfallenden Wärme kann zur Vorwärmung des flüssigen Arbeitsmittels verwendet
werden. Die Abb. 7.73 zeigt die regenerative Vorwärmung des Arbeitsmittels in einem
Rekuperator im T - s -Diagramm.
Welches Fluid erweist sich als optimal? Bereits angesprochen wurde, dass das Verhält-
nis c p, ORC und Verdampfungsenthalpie Δ h V, ORC möglichst groß sein sollte. Je weiter sich der
obere Prozessdruck p 2 dem kritischen Druck p krit annähert, desto geringer wird die Ver-
dampfungsenthalpie und desto größer wird die spezifische Wärmekapazität des flüssigen
Arbeitsmittels. Simultan nähert sich der Prozess im T - s -Diagramm der Dreiecksform. Für
einen ORC Prozess ist es also günstig, wenn die kritische Temperatur des auszuwählenden
Arbeitsmittels etwas über der oberen Prozesstemperatur liegt. Die Forderung nach einer
möglichst hohen Verdampfungsenthalpie alleine ist nicht zielführend, da der rechtecki-
ge Carnot-Prozess bei der optimalen dreieckigen Charakteristik von Wärmequelle und
Wärmesenke für retrograde Fluide wenig geeignet ist. Das Arbeitsmittel soll es erlauben,
bei gegebenen Temperaturrandbedingungen ein möglichst großes Druckverhältnis p 2 / p 1
zu realisieren. Die Steigung der Dampfdruckkurve des in der Abb. 7.74 dargestellten