DE3039359A1 - Verfahren und vorrichtung einer anlage zur erzeugung elektrischer energie - Google Patents

Verfahren und vorrichtung einer anlage zur erzeugung elektrischer energie

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Hansjörg 6240 Königstein Mathieu
Heinz Dipl.-Ing. 6239 Eppstein Steinrötter
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/003—Devices for producing mechanical power from solar energy having a Rankine cycle
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
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    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
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Description

  • Bezeichnung; Verfahren u. Vorrichtung einer Anlage z. Erzeugung elektrischer Energie Beschreibung: Die Anlage besteht aus einer Kombination von solarer Verdampfungsanlage und Verbrennungsmaschine , gekoppelt mit einer Entspannungsmaschine . Sie ist vorwiegend für kleinere Leistungen (unter 1 MW) gedacht und, soll vorzugsweise im Sonnengürtel der Erde installiert werden.
  • Es ist ein diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Betrieb möglich.
  • Der diskont.-Betrieb findet - unter Ausnutzung der Solarenergie -bevorzugt tagsüber statt. Dabei wird in Kollektoren ein geeignetes TJmlaufmedium in einem Kreislaufprozeß verdampft und/oder überhitzt, in einer Arbeitsmaschine (z.B.Turbine) entspannt, kondensiert und in den Verdampfer zurückgepumpt (Bild 1).
  • Für den kontinuierlichen Betrieb wird während der Nacht die Energie Erzeugung von einem Verbrennungsmotor (z.B. Diesel) übernommen. Dabei kann auch die bisher ungenutzte Abwärme dieser Maschine über die Verdampfung des o.a. Mediums in der Entspannungsmaschine zur zusätzlichen Energie-Erzeugung genutzt werden.
  • Durch die Abwärme-Ausnutzung der Wärme-Kraftmaschine kann deren Wellen-Leistung auf ca. 2/3 der Kraftwerksleistung begrenzt werden. Den Rest übernimmt die Entspannungsmaschine in der für den Tageseinsatz beschriebene Weise (Bild 2).
  • Insgesamt ist eine Einsparung an Primärenergie von über 50 % durch diese Kombination möglich.
  • Die Anlage besteht im Wesentlichen aus Sonnen-Kollektor, F 11-Turbine, Generator, dem (gekapselten) Dieselmotor und verschiedenen Wärmetauschern mit den verbindenden Rohrleitungen.
  • Arbeitsprinzip: Am Tag: Bei einer angenommenen mittleren Sonneneinstrahlung von 0,5 kW/m2 = 430 kcal/m2 wird F ii im Umlauf verdampft, über eine Trommel gesammelt und von dort über einen ebenfalls sonnenbehiezten Uberhitzer zur F 11-Turbine geschickt, dort unter Abgabe von Leistung entspannt, danach kondensiert und zum Verdampfer zurückgepumpt.
  • Wegen der Antriebe von Pumpe und Kühlluftventilator wird eine 10 % höhere Antriebsleistung vorgesehen.
  • In der Nacht: Antrieb durch Dieselmotor (oder Erdgas usw.), bei dem weitgehend die Abwärme durch Kühlwasser, Strahlung und vor allem Abgas zur Verdampfung und Uberhitzung von F 11 ausgenutzt wird, so daß, wie anderweitig ausgeführt, als Wellenleintung für den Motor 2/3 der Gesamtleistung erforderlich sind.
  • Während die Turbine fest mit dem Generator gekuppelt ist, kann der Diesel mechanisch (oder hydraulisch) getrennt werden.
  • Beschreibung: 164 - 154,4 1. Frigenkreislauf 160° C > t > 60° C #th = 100 = 18,8 % 164 - 113 110 kW . 860 für den Verdampfer: QV = = 503.192 kcal/h 0,188 für die Turbine: QT = 110 kW . 860 = 94.600 " für den Kondensator: QK = QV - QT = 408.592 * für den Uberhitzer: QU = 1 s V QV - 4.000 " 2. Verdampfer Geneigte Flächen, entsprechend dem Sonnenstand nachzufahren, Siederohre (schwarz) in reflektierende Schalen verlegt.
  • Projektionsfläche: FV = QV = 1.170 m2 430 3. Überhitzer Uberträgt rund 4 % der Gesamtwärme # 10 % der Verdampferfläche FU = 120 n? 4 Kondensator Wahlweise für Luft- oder Wasserkühlung Bei Luftkühlung: K = 40 kcal/m2h°C Ot = 200 QK FKL = = 500 m2 40 # 20 Bei Wasserkühlung: K = 200 kcal/m2h°C #t = 270 FKW = QK = 76 m² 200.27 5. Dieselmotor Annahme 5 - 25 % Verluste: Kühlwasser 20 Strahlung 20 % Abgas 35% 75% Davon sind 65 % ausnutzbar mit einem Wirkungsgrad ## 19 %.
  • Insgesamt ## = 0,19 . 0,65 = 12,5 % Insgesamt # = #D + #th = 37,5 % Es müssen 2/3 aus Wellenleistung, 1/3 aus Abwärme für 110 kW zur Verfügung stehen. Daraus errechnet sich die Leistung des Motors: kcal ND = 2/3 110 = 74 KW = 63640 entsprechend 25 % der Gesamtwärme 20 Kühlwasserwärme: # ND= 50912 " " 20 % " " 25 Strahlung: = 50912 " " 20 % " Abgaswärme 35 - 10 = 63640 " " 25 % " " 25 ausnutzbar.
  • Für die Wärmetauscher errechnen sich folgende Flächen: 5.1 Wasserkühler k = 200 # t = 10° C Fw = 50 # 912 = 22 m² 200 . 10 5.2 Strahlungskühler k = 50 # t = 150° C 50 # 912 Fs = = 7 m2 50 # 150 5.3 Gaskühler k = 5,3 m2 #t = 300° C 63 # 640 Fa = = 5,3 m2 40 # 300 5.4 Überhitzer k = 30 m2 #t = 620° C 4 63#640 Fü = # = 0.15 m2 100 30#620

Claims (3)

  1. -PatentansrUche 1. Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung des Energie-Einsatzes bei der Erzeugnung von elektr. Strom durch Ausnutzung der Sonnenenergie und/oder der Abwärme dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenenergie und/oder Abwnrne eine Wärme-Kraftmaschine zur Verdampfung eines unter Uberdruck stehenden Umlaufmediums verwandt wird, dieses in einer Maschine unter Abgabe von mechanischer Energie entspannt, anschließend kondensiert und mit einer Pumpe flüssig der Verdampfung wieder zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren und Verrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekbnnzeichnet, daß ein Umlaufmedium aus der Klasse der Chlorfluorkohlenwasserstoffe eingesetzt wird.
  3. 3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufmedium, z.B. Frigen 11, in einer Entspannungsmaschine im Vergleich zur herkömmlichen Wärmekraftmaschine zusätzlich gewonnene mechanische Energie abgibt.
    +. Verfahren und -Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekraftmaschine über eine trennbare Kupplung mit der Entspannungsmaschine gekoppelt ist.
    j. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Energieerzeugungs-System zeitlich, und leistungsmäßig bis zur Maximalleistung beliebig miteinander gekoppelt werden kann.
    3eschreibung und Rechenbeispiel auf Anlage: Projekt einer Anlage. zur Erzeugung von 100 kW elektrischer Energie auf Basis Frigen 11
DE19803039359 1980-10-18 1980-10-18 Verfahren und vorrichtung einer anlage zur erzeugung elektrischer energie Withdrawn DE3039359A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995004872A1 (en) * 1993-08-09 1995-02-16 Livien Domien Ven Vapor force engine
BE1007435A3 (nl) * 1993-08-09 1995-06-13 Ven Livien Domien Dampkrachtinrichting.
CN101210745B (zh) * 2006-12-25 2010-04-14 张世严 太阳能热发电和供热装置

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CN101210745B (zh) * 2006-12-25 2010-04-14 张世严 太阳能热发电和供热装置

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