Auswahl geeigneter Arbeitsfluide fuer den ORC in geothermischen Kraftwerksanoeagen auf Basis des Konzeptes der Leistungsmaximierung

Abstract

Die Nutzung geothermischer Energie zur Stromerzeugung bei Thermalwassertemperaturen von weniger als 200°C wird ueblicherweise durch den Orangic-Rankine-Kreislauf (ORC) erreicht. Hierbei stellt die Wahl eines passenden Arbeitsfluides eine weitere Komplexitaetsstufe in der Prozessauslegung dar. Die Studie analysiert Kritierien zur Auswahl eines ORC-Arbeitsfluides in Bezug zum vorgegebenen Thermalwasserstrom. Durch die vorgegebene Temperatur und Waermekapazitaet des Thermalwassers besteht das Ziel der Auslegung des ORC in der Maximierung der Leistung. Da der Waermestrom und die Waermekapazitaet der geothermischen Quelle limitiert sind, wird eine einfache Wirkungsgradbetrachtung des ORC auf Basis des Carnot-Wirkungsgrades nicht zum Leistungsmaximum fuehren. Das Konzept der Leistungsmaximierung wird hierbei verwendet, um die Prozesstemperatur zu evaluieren, wobei die Wahl des Arbeitsfluides als Design-Parameter zur Optimierung der Waermezufuhr in den ORC angesehen wird. Aufbauend auf einem im Vorfeld entwickelten theoretischen Konzept analysiert die Studie acht verschiedene Arbeitsfluide, welche nach ihren thermophysikalischen Eigenschaften in Bezug zur maximalen Thermalwassertemperatur ausgewaehlt wurden. Der einfache ORC-Kraftwerkskreislauf wird dann fuer unkritische Bedingungen ueber einem Prozessdruck-Intervall berechnet. Als Referenz wurde ein Standort im Oberrheingraben gewaehlt. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie die Wahl des Arbeitsfluides die Leistung und die Faehigkeit die Waerme des Thermalwassers in mechanische Arbeit zu wandeln beeinflusst. Weiterhin werden ueberlegungen zu einer konsistenten Wirkungsgraddefinition praesentiert.