Großmotorenkraftwerke mit Abwärmenutzung

Ziel des Projekts

Ziel des Projekts ist Verbesserung des Wirkungsgrads von Großmotorenkraftwerken mit kombinierter Abwärmenutzung. Primär geht es darum, den elektrischen Wirkungsgrad von Großmotorenkraftwerken durch Nutzung der verschiedenen Abwärmequellen des Motors auf über 50 % (gegenüber ca. 44 % eines reinen Motorenkraftwerks) zu erhöhen. Damit werden der Bedarf eines solchen Kraftwerks an fossilen Brennstoffen verringert und die ausgestoßenen CO2-Emissionen gesenkt. Sekundär werden auch Motorenkraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozessen und deren Möglichkeiten zur Erhöhung des Brennstoffausnutzungsgrades betrachtet. 

Die Optimierungsansätze müssen dabei verschiedenen Anforderungen genügen, die sich aus den unterschiedlichen Aufstellbedingungen der Motoren an verschiedensten Standorten und dem flexiblem Einsatz von Brennstoffen (Öl, Gas, biogene Brennstoffe) ergeben. Sie müssen auch an die unterschiedlichen Motormodelle und Leistungsgrößen der Motoren anpassbar sein. Emissions- und Abgasgesetzgebungen führen ebenfalls zu Randbedingungen, die bei der Prozessoptimierung beachtet werden müssen.

Zuerst soll das Wirkungsgradpotential abgeschätzt werden, das sich aus der Kombination von Motor und den verschiedenen Kreisprozessen zur Abwärmenutzung (z.B. Wasser-Dampf-Kreislauf, ORC-Prozess) ergibt. Danach werden Maßnahmen zur Verbesserung der Einzelkomponenten des Kraftwerks (Motor, Dampferzeuger, Turbine) vorgeschlagen, sodass sich ein unter energetischen und ökonomischen Aspekten idealer Gesamtwirkungsgrad ergibt.

Methoden

Es werden zunächst verschiedene optimierte Kraftwerkskreisläufe erarbeitet und mit einer Software zur thermodynamischen Kreisprozessrechnung unter verschiedenen Randbedingungen simuliert. Anhand der Simulationen werden die Kreisprozesse unter Anwendung von energetischen und exergetischen Methoden zur Wirkungsgradberechnung miteinander verglichen. Die Simulationsergebnisse sollen mit konkreten Messwerten bereits erstellter Anlagen validiert werden.

Anschließend werden Optimierungsansätze sowohl für die Gestaltung des Kreisprozesses als auch für die Gestaltung der beteiligten Komponenten erarbeitet. Eine Gegenüberstellung der Kosten Optimierungsmöglichkeiten und der erreichbaren Gewinne durch die Brennstoffeinsparung erfolgt ebenfalls innerhalb des Projekts.