Gebiet der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft eine Wärmeübergabestation zum Übergeben von Wärme von einem
Lieferantenwärmenetz mit einem ersten wärmeführenden Fluid auf ein Kundenwärmenetz
mit einem zweiten wärmeführenden Fluid. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Übergeben von Wärme von einem Lieferantenwärmenetz mit einem ersten wärmeführenden
Fluid auf ein Kundenwärmenetz mit einem zweiten wärmeführenden Fluid.
Stand der Technik
[0002] Fernwärme bezeichnet die Versorgung von Gebäuden mit Heizwärme und Warmwasser. Dafür
ist beispielsweise Wasser als Medium für den Wärmetransport gut geeignet, wobei es
flüssig oder in Dampfform Verwendung findet. Das Medium wird in wärmegedämmten Rohrleitungen
in einem ständigen Umlauf gefördert. Als Nahwärme wird eine entsprechende Wärmeübertragung
zu Heizzwecken über vergleichsweise kurze Distanzen bezeichnet, wobei der Übergang
zur Fernwärme jedoch fließend ist.
[0003] Wärmeübergabestationen verbinden solche Nah- und Fernwärmenetze mit Wärmeverbrauchern.
Die Betriebstemperaturen der Fernwärmenetze richten sich dabei nach den Verbrauchern
mit dem höchsten benötigten Temperaturniveau. In der Innenstadt Münchens beispielsweise
beträgt die Temperatur des Fernwärme-Vorlaufes im Winter 130 °C und im Sommer 80 °C.
Die Temperatur des Rücklaufes darf einen Wert von 45 °C nicht überschreiten. Diese
Temperaturen gehören zu den Parametern, die üblicherweise in den technischen Anschlussbedingungen
des jeweiligen Versorgungsunternehmens festgelegt sind und müssen durch die Betriebsart
und Bauweise der Anlage eingehalten werden. Allerdings benötigt die überwiegende Zahl
der Verbraucher niedrigere Vorlauftemperaturen für ihre Heizsysteme. Im Fall von Wohngebäuden
liegt die benötigte Vorlauftemperatur der Warmwasserversorgung üblicherweise bei etwa
60 - 65 °C, und daher muss nach dem Stand der Technik zunächst durch Beimischung von
kälterem Wasser die Temperatur gesenkt werden. Auf diese Weise wird jedoch ein großer
Teil des theoretisch nutzbaren Potenzials (Exergie) des Heißwassers verschwendet,
was nachteilig ist. Es wird also nach dem Stand der Technik Wärme auf hohem Temperaturniveau
über weite Strecken transportiert und anschließend unter Exergievernichtung auf ein
niedriges Temperaturniveau abgesenkt.
Beschreibung der Erfindung
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu überwinden und das Potential der
Fernwärme besser auszunutzen.
[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmeübergabestation nach Anspruch 1.
[0006] Die erfindungsgemäße Wärmeübergabestation zum Übergeben von Wärme von einem Lieferantenwärmenetz
mit einem ersten wärmeführenden Fluid auf ein Kundenwärmenetz mit einem zweiten wärmeführenden
Fluid umfasst eine thermodynamische Kreisprozessvorrichtung mit einem Arbeitsmedium,
insbesondere eine ORC-Vorrichtung mit einem organischen Arbeitsmedium, wobei die thermodynamische
Kreisprozessvorrichtung umfasst: einen als Verdampfer ausgebildeten ersten Wärmeübertrager
zum Vorwärmen, Verdampfen und optional zusätzlichen Überhitzen des Arbeitsmediums
unter Zuführung von Wärme aus dem ersten Fluid, eine Expansionsmaschine zum Erzeugen
von mechanischer Energie durch Entspannen des verdampften Arbeitsmediums, einen mit
der Expansionsmaschine gekoppelten Generator zum zumindest teilweisen Wandeln der
mechanischen Energie in elektrische Energie, einen als Kondensator ausgebildeten zweiten
Wärmeübertrager zum Kondensieren des entspannten Arbeitsmediums und Übertragen von
Wärmeenergie aus dem entspannten Arbeitsmedium auf das zweite Fluid, und eine Speisepumpe
zum Fördern des kondensierten Arbeitsmediums unter Druckerhöhung zum Verdampfer. Optional
kann in dem Kondensator vor dem Kondensieren ein Enthitzen des Arbeitsmediums erfolgen.
Weiterhin kann optional in dem Kondensator nach dem Kondensieren ein Unterkühlen des
Arbeitsmediums unter die Kondensationstemperatur erfolgen. Das erste wärmeführende
Fluid und das zweite wärmeführende Fluid können dasselbe Fluid sein. In der Wärmeübergabestation
wird Wärme wird aus einem Netz mit einem ersten Temperaturniveau in ein Netz mit einem
zweiten, niedrigeren Temperaturniveau übergeben.
[0007] Der Vorteil der erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation besteht darin, dass der genannte
Exergieunterschied zwischen der Fernwärmeseite und der Wärmekundenseite für die Erzeugung
elektrischer Energie genutzt werden kann, indem ein Kreisprozess zwischengeschaltet
wird, beispielsweise ein Organic-Rankine-Prozess (ORC-Prozess) mit einem organischen
Arbeitsmedium, ein Stirling-Kreisprozess, ein Dampfkraftprozess, etc. Ein Teil der
dem Fernwärmenetz entzogenen Hochtemperaturwärme wird im thermodynamischen Kreisprozess
in elektrische Energie gewandelt. Die Kondensationswärme des Arbeitsmediums speist
das Heiznetz mit Niedertemperaturwärme. So kann die Wärmeversorgung ganz oder teilweise
über den thermodynamischen Kreisprozess realisiert werden. Der Hauptnutzen der Erfindung
besteht in der zusätzlichen Bereitstellung elektrischer Energie an den Wärmekunden.
[0008] Die erfindungsgemäße Wärmeübergabestation kann dahingehend weitergebildet werden,
dass einen dritter Wärmeübertrager zum unmittelbaren Übertragen von Wärme aus dem
ersten Fluid auf das zweite Fluid vorgesehen sein kann. Dies hat den Vorteil, dass
ein Teil der Wärmeenergie direkt auf das Kundenwärmenetz übertragen wird und somit
eine Absicherung der Wärmeversorgung gegen einem Ausfall der thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung
erzielt wird.
[0009] Eine Weiterbildung der zuvor genannten Weiterbildung besteht darin, dass Mittel zum
Aufteilen des Massenstroms des zweiten Fluids in einen ersten Teil und einen zweiten
Teil; Mittel zum Leiten des ersten Teils des zweiten Fluids durch den Kondensator
und zum Leiten eines zweiten Teils des zweiten Fluids durch den dritten Wärmeübertrager;
und Mittel zum Zusammenführen des ersten Teils des Massenstroms des zweiten Fluids
nach dem Leiten durch den Kondensator und des zweiten Teils des Massenstroms des zweiten
Fluids nach dem Leiten durch den dritten Wärmeübertrager vorgesehen sein können. Die
Rücklauftemperatur des Lieferantenwärmenetzes kann dabei durch entsprechende Regelung
der Kreisprozessvorrichtung auf einem konstanten Niveau gehalten werden. Die Vorlauftemperatur
im Kundenwärmenetz ist beliebig regelbar. Wenn höherer Wärmebedarf besteht, wird der
Massenstrom zum Kreisprozess gesenkt.
[0010] Gemäß einer anderen Weiterbildung können die Mittel zum Aufteilen des Massenstroms
des zweiten Fluids in einem Vorlauf oder in einem Rücklauf des Kundenwärmenetzes vorgesehen
sein, und sie umfassen vorzugsweise ein Dreiwegeventil oder eine Pumpe in einem Vorlauf
zum dritten Wärmeübertrager. Dieses entspricht jeweils vorteilhaften Beispielen für
die Anordnung und für die konkrete Ausgestaltung dieser Mittel.
[0011] Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass ein vierter Wärmeübertrager zum unmittelbaren
Übertragen von Wärme aus dem ersten Fluid auf das Arbeitmedium vorgesehen ist. Alternativ
zur Stromerzeugung wird durch die Weiterbildung ein Wärmepumpen-Betriebsmodus der
Kreisprozessvorrichtung ermöglicht. Der Wärmepumpenbetrieb bietet für Wärmekunden
den Vorteil, dass die installierte Anschlussleistung geringer ausfallen kann.
[0012] Eine Weiterbildung der zuvor genannten Weiterbildung besteht darin, dass Mittel zum
Umleiten des Arbeitsmediums aus einem Vorlauf des Verdampfers zum vierten Wärmeübertrager,
insbesondere in Form eines Dreiwegeventils oder eines Magnetventils; und Mittel zum
Betreiben der Expansionsmaschine als Kompressor vorgesehen sind. Auf diese Weise kann
das Arbeitsmedium statt zum ersten Wärmeübertrager zum vierten Wärmeübertrager geleitet
werden, um dort beim Betrieb der Expansionsmaschine als Kompressor Wärme aus dem ersten
Fluid aufzunehmen.
[0013] Eine Weiterbildung der zuvor genannten Weiterbildung besteht darin, dass die Mittel
zum Betreiben der Expansionsmaschine als Kompressor umfassen: Mittel zum unmittelbaren
Leiten des Arbeitsmediums vom vierten Wärmeübertrager zu einer Niederdruckseite der
als Kompressor betriebenen Expansionsmaschine, insbesondere ein erstes Ventil zum
Sperren der Verbindung zwischen Verdampfer und der Hochdruckseite der Expansionsmaschine
und eine Bypassleitung mit einem zweiten Ventil zum Herstellen einer Verbindung zwischen
dem vierten Wärmeübertrager und der Niederdruckseite der Expansionsmaschine, und desweiteren
Mittel zum unmittelbaren Leiten des komprimierten Arbeitsmediums von einer Hochdruckseite
der als Kompressor betriebenen Expansionsmaschine zum Kondensator, insbesondere ein
viertes Ventil zum Sperren einer Verbindung zwischen der Niederdruckseite der Expansionsmaschine
und dem Kondensator und eine Bypassleitung mit einem dritten Ventil zum Herstellen
einer Verbindung zwischen der Hochdruckseite der Expansionsmaschine und dem Kondensator.
Dies stellt bevorzugte Ausgestaltungen der genannten Mittel zur Verfügung.
[0014] Gemäß einer anderen Weiterbildung kann die Wärmeübergabestation derart ausgebildet
sein, dass das zweite wärmeführende Fluid vollständig sowohl durch den Kondensator
als auch durch den dritten Wärmeübertrager geleitet wird. Dabei wird der Kondensator
mit einem großen Massenstrom durchströmt. Dies ist für den elektrischen Wirkungsgrad
der Anlage vorteilhaft.
[0015] Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass die Wärmeübergabestation mit einem
dritten Wärmeübertrager weiterhin Mittel zum Aufteilen des Massenstroms des ersten
Fluids in einen ersten Teil und einen zweiten Teil, insbesondere ein Dreiwegeventil,
und Mittel zum Leiten des ersten Teils des ersten Fluids zum dritten Wärmeübertrager
umfasst.
[0016] Die zuvor genannte Weiterbildung kann zudem dahingehend weitergebildet werden, dass
ein Wärmespeicher in thermischem Kontakt mit dem zweiten Fluid vorgesehen ist. Dieses
ermöglicht eine Abflachung der Temperaturgradienten des in den Kondensator eintretenden
zweiten Fluids. Ist die Temperatur des zweiten Fluids größer als die Temperatur des
Wärmespeichers wird das zweite Fluid gekühlt, falls sie kleiner ist, wird es erwärmt.
[0017] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch
11.
[0018] Das erfindungsgemäße Verfahren übergibt Wärme von einem Lieferantenwärmenetz mit
einem ersten wärmeführenden Fluid auf ein Kundenwärmenetz mit einem zweiten wärmeführenden
Fluid mittels einer thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung, insbesondere einer
ORC-Vorrichtung, wobei die thermische Kreisprozessvorrichtung einen als Verdampfer
ausgebildeten ersten Wärmeübertrager, eine Expansionsmaschine, einen mit der Expansionsmaschine
gekoppelten Generator, einen als Kondensator ausgebildeten zweiten Wärmeübertrager
und eine Speisepumpe umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Vorwärmen, Verdampfen und optional zusätzliches Überhitzen des Arbeitsmediums unter
Zuführung von Wärme aus dem ersten Fluid mit dem ersten Wärmeübertrager; Erzeugen
von mechanischer Energie durch Entspannen des verdampften Arbeitsmediums mit der Expansionsmaschine
und zumindest teilweises Wandeln der mechanischen Energie in elektrische Energie mit
dem Generator; Kondensieren des entspannten Arbeitsmediums und Übertragen von Wärmeenergie
aus dem entspannten Arbeitsmedium auf das zweite Fluid mit dem zweiten Wärmeübertrager;
und Fördern des kondensierten Arbeitsmediums unter Druckerhöhung zum Verdampfer mit
der Speisepumpe. Vor dem Kondensieren kann optional ein Enthitzen des entspannten
Arbeitsmediums erfolgen. Nach dem Kondensieren kann optional ein Unterkühlen des kondensierten
Arbeitsmediums erfolgen.
[0019] Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Weiterbildungen entsprechen
jenen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dessen Weiterbildungen und werden deshalb
hier nicht nochmals aufgeführt.
[0020] Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der weitere Schritt
des unmittelbaren Übertragens von Wärme aus dem ersten Fluid auf das zweite Fluid
mit einem dritten Wärmeübertrager vorgesehen.
[0021] Eine Weiterbildung der zuvor genannten Weiterbildung besteht darin, dass die folgenden
weiteren Schritte vorgesehen sind: Aufteilen des Massenstroms des zweiten Fluids in
einen ersten Teil und einen zweiten Teil; Leiten des ersten Teils des zweiten Fluids
durch den Kondensator und Leiten eines zweiten Teils des zweiten Fluids durch den
dritten Wärmeübertrager; und Zusammenführen des ersten Teils des Massenstroms des
zweiten Fluids nach dem Leiten durch den Kondensator und des zweiten Teils des Massenstroms
des zweiten Fluids nach dem Leiten durch den dritten Wärmeübertrager.
[0022] Gemäß einer anderen Weiterbildung umfasst das Verfahren den Schritt des unmittelbaren
Übertragens von Wärme aus dem ersten Fluid auf das Arbeitsmedium mit einem vierten
Wärmeübertrager.
[0023] Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass das zweite wärmeführende Fluid vollständig
sowohl durch den Kondensator als auch durch den dritten Wärmeübertrager geleitet wird.
[0024] Gemäß einer anderen Weiterbildung ist ein zumindest teilweises Einspeisen der elektrischen
Energie in ein Netz; und/oder ein zumindest teilweises Verwenden der elektrischen
Energie zum Betreiben des Kundenwärmenetzes, insbesondere einer kundenseitigen Heizungsanlage
vorgesehen.
[0025] Die genannten Weiterbildungen können einzeln eingesetzt oder wie beansprucht geeignet
miteinander kombiniert werden.
[0026] Weitere Merkmale und beispielhafte Ausführungsformen sowie Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich,
dass die Ausführungsformen nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung erschöpfen.
Es versteht sich weiterhin, dass einige oder sämtliche der im Weiteren beschriebenen
Merkmale auch auf andere Weise miteinander kombiniert werden können.
Zeichnungen
[0027]
- Fig. 1
- stellt die Exergienutzung und den Temperaturverlauf bei reinem Heizbetrieb schematisch
dar.
- Fig. 2
- zeigt die entsprechende Exergienutzung mit einem integrierten ORC-Prozess.
- Fig. 3
- zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation.
- Fig. 4
- zeigt ein T-Q-Diagramm des ORC-Prozesses.
- Fig. 5
- zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation.
- Fig. 6
- illustriert Kavitationsvermeidung durch Verringerung des Massenstroms.
- Fig. 7
- zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation in einem
ersten Betriebsmodus.
- Fig. 8
- zeigt die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation in einem
zweiten Betriebsmodus.
- Fig. 9
- zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation.
- Fig. 10
- zeigt eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation.
Ausführungsformen
[0028] Zunächst wird im Folgenden die grundlegende Motivation der Erfindung im Bezug auf
die Exergie dargestellt. Die Exergie bezeichnet den Teil der Energie, der vollständig
in eine beliebige andere Energieform gewandelt werden kann, wie beispielsweise in
elektrische Energie. Es handelt sich also um den arbeitsfähigen Teil der Energie.
Im Gegensatz dazu ist die Anergie der nicht arbeitsfähige Teil einer Energie, eine
Wandlung in andere Energieformen ist hier nicht möglich. So kann Wärmeenergie selbst
in einem idealisierten Prozess nur zu einem Teil in mechanische Energie gewandelt
werden.
[0029] Ein Wärmestrom Q̇ besteht aus einem Exergie-Anteil Ė und einem Anergie-Anteil Ȧ,
wobei sich der Exergie-Anteil mit Hilfe der Gleichung
errechnet. Hierbei ist T die Temperatur der Wärmequelle und T
U die Temperatur der Umgebung. Bei einem konventionellen Heizsystem wird die im Wärmestrom
enthaltene Exergie durch Absenkung der Temperatur vernichtet, wie Fig. 1 verdeutlicht.
Die Absenkung der Temperatur kann hierbei unterschiedliche Gründe haben. So kann eine
Absenkung der Temperatur notwendig sein, um z.B. Temperaturgrenzen im Heizungssystem
einzuhalten, dies gewährleistet beispielsweise die Wärmeübergabestation. Eine weitere
Reduktion der Temperatur findet bei jeglicher Wärmeübertragung statt, sei es in der
Wärmeübergabestation oder aber in der Heizung, welche z.B. einen Raum erwärmt. Wenn
die Wärme sich auf Umgebungstemperatur reduziert hat, dann besitzt sie keine Arbeitsfähigkeit
mehr und ist reine Anergie.
[0030] Im Gegensatz dazu ermöglicht die Integration eines thermodynamischen Kreisprozesses
in das Heizsystem (siehe Fig. 2) die Weiterverwendung eines Teils der im Wärmestrom
enthaltenen Exergie in Form von elektrischer Energie. Der Energiestrom, welcher in
elektrische Energie gewandelt wird, steht zwar nicht mehr für die Beheizung zur Verfügung,
er kann jedoch durch eine geringfügige Erhöhung der Wärmezufuhr in den ORC-Prozess
ausgeglichen werden. Aufgrund geringer Preise der Energieträger und damit der erzeugten
thermischen Energie im Vergleich zu den Bezugspreisen für elektrische Energie ist
dies besonders im Bereich der Wohnungswirtschaft/Kleinverbraucher wirtschaftlich interessant.
[0031] Fig. 3 zeigt in einer ersten Ausführungsform der Erfindung die einfachste Realisierung
der Strom erzeugenden Wärmeübergabestation. Die hier verwendeten Bezugszeichen werden
auch in den weiteren Figuren für die anderen Ausführungsformen beibehalten, wenn es
sich um gleiche Elemente handelt.
[0032] Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation 1 zum Übergeben
von Wärme von einem Lieferantenwärmenetz 10 mit einem ersten wärmeführenden Fluid
auf ein Kundenwärmenetz 20 mit einem zweiten wärmeführenden Fluid umfasst eine thermodynamische
Kreisprozessvorrichtung 30 mit einem Arbeitsmedium (beispielsweise Wasser oder Wasserdampf),
insbesondere eine ORC-Vorrichtung mit einem organischen Arbeitsmedium, wobei die thermodynamische
Kreisprozessvorrichtung 30 umfasst: einen als Verdampfer 31 ausgebildeten ersten Wärmeübertrager
zum Verdampfen und optional zusätzlichen Vorwärmen und/oder Überhitzen des Arbeitsmediums
unter Zuführung von Wärme aus dem ersten Fluid, eine Expansionsmaschine 32 zum Erzeugen
von mechanischer Energie durch Entspannen des verdampften Arbeitsmediums, einen mit
der Expansionsmaschine gekoppelten Generator 33 zum zumindest teilweisen Wandeln der
mechanischen Energie in elektrische Energie, einen als Kondensator 34 ausgebildeten
zweiten Wärmeübertrager zum Kondensieren und optional vorherigen Enthitzen und/oder
zusätzlichen Unterkühlen des entspannten Arbeitsmediums und Übertragen von Wärmeenergie
aus dem entspannten Arbeitsmedium auf das zweite Fluid, und eine Speisepumpe 35 zum
Fördern des kondensierten Arbeitsmediums unter Druckerhöhung zum Verdampfer. Die Speisepumpe
wird durch einen Motor 36 betrieben. Zudem ist im Heizkreislauf des Kundenwärmenetzes
eine Pumpe 21 vorgesehen, mit der das zweite Fluid (beispielsweise Wasser) gefördert
wird.
[0033] Zum Zweck der Übersichtlichkeit wird eine vereinfachte Darstellung des Fernwärmenetzes
10, des ORC-Prozesses 30 sowie des Heiznetzes 20 gewählt. Im Verdampfer 31 wird flüssiges
Arbeitsmedium unter Wärmezufuhr verdampft, in der Expansionsmaschine 32 (z.B. Schraubenexpander,
Turbine) entspannt und auf einem niedrigeren Druckniveau verflüssigt. Bei der Verflüssigung
im Kondensator 34 wird Wärme vom Arbeitsfluid an das Heizwassernetz abgegeben und
dadurch die geforderte Vorlauftemperatur erreicht. Über eine Welle ist die Expansionsmaschine
32 mit dem Generator 33 gekoppelt, welcher die mechanische Energie in elektrische
wandelt. Diese kann sowohl in ein Netz eingespeist werden, als auch zur Deckung des
Eigenbedarfs der Heizungsanlage verwendet werden. Der Kreislauf wird geschlossen,
indem die Speisepumpe 35 den Druck des Arbeitsmediums auf den Verdampfungsdruck erhöht
und es erneut in den Verdampfer 31 fördert. Die Integration eines thermodynamischen
Kreisprozesses 30 in eine Wärmeübergabestation 1 bietet somit die Möglichkeit einer
dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung bei Wärmeverbrauchern. Im Fall von größeren Wärmeübergabestationen
wird durch einen modularen Aufbau der Parallelbetrieb mehrerer Anlagen in einem Stack
ermöglicht. Auf diese Weise werden ein besseres Teillastverhalten sowie eine erhöhte
Flexibilität erreicht.
[0034] Die Kombination einer Wärmeübergabestation mit einem thermodynamischen Kreisprozess
beinhaltet allerdings die Problematik, dass der ORC nur einen Teil des Temperaturgefälles
zwischen Fernwärme Vorlauf und -Rücklauf nutzen kann. Dies liegt in der Tatsache begründet,
dass der Pinch Point zwischen der Temperatur der Wärmequelle und der Temperatur des
Arbeitsmediums die Wärmeaufnahme begrenzt, wie das T-Q-Diagramm des ORC-Prozesses
in Fig. 4 verdeutlicht. Dargestellt sind dort die Temperaturverläufe der Fluide im
Fernwärmenetz, im Heiznetz, sowie im ORC-Prozess. Hierbei ist Q̇
max,ORC die maximale Wärmemenge, welche der ORC aufnehmen kann, bei Q̇
Anforderung,Kunde handelt es sich um den Wärmebedarf des Gebäudes. Als Pinch Point (auch Zwickpunkt
oder Punkt der geringsten Grädigkeit genannt) bezeichnet man in der thermodynamischen
Verfahrenstechnik den Punkt der kleinsten Temperaturdifferenz zwischen zwei Medien,
die über ein oder mehrere Wärmeübertrager Wärme übertragen.
[0035] Darüber hinaus ist die Heizleistung bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 3 abhängig
vom Betrieb des ORC 30. Bei einem Ausfall des thermodynamischen Prozesses 30 ist die
Wärmeversorgung des Heiznetzes 20 nicht mehr möglich, da über den Kondensator 34 keine
Wärme mehr ausgekoppelt wird. Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Anfälligkeit
der Arbeitsmedium-Speisepumpe 35 gegenüber Kavitation. Gelangt innerhalb von kurzer
Zeit eine große Menge kalten Wassers in den Kondensator 34, beispielsweise bei plötzlich
auftretendem Wärmebedarf, so sinkt der Druck im Kondensator 34. Wird hierbei der zur
vorherrschenden Temperatur des Arbeitsmediums korrespondierende Siededruck unterschritten,
kommt es zur Kavitation, also dem lokalen Entstehen von Dampfblasen im Kondensat im
Zulauf und Eintritt zur Speisepumpe 35, die anschließend wieder zusammenfallen. Durch
die damit verbundenen Druckwellen kommt es zu Schäden an den Laufrädern der Speisepumpe
35, darüber hinaus führt der entstehende Dampf zum Zusammenbruch des geförderten Volumenstromes,
was anschließend zum sofortigen Stillstand des Kreisprozesses 30 führt.
[0036] Die Patentschrift
DE 10 2009 053 390 B3 "Thermodynamische Maschine sowie Verfahren zu deren Betrieb" beschreibt eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Vermeidung von Kavitation in einem thermodynamischen Kreisprozess,
welches insbesondere bei Verwendung von Luftkondensatoren vorteilhaft ist. Hierbei
wird dem Arbeitsmedium durch Hinzufügen eines nicht kondensierenden Gases im Kondensator
ein zusätzlicher Druck aufgeprägt. Da dies gleichbedeutend ist mit einer größeren
Vorlaufhöhe der Pumpe, vergrößert sich im Pumpenzulauf der Abstand des tatsächlichen
Druckes zum Siededruck. Im Gegenzug verringert sich dadurch die Druckdifferenz über
der Expansionsmaschine und somit die abgegebene elektrische Leistung. Da bei Kondensation
gegen Wasser die Druckdifferenz über der Expansionsmaschine verhältnismäßig gering
ist, ist diese Lösung für den vorliegenden Anwendungsfall nachteilig.
[0037] Diese Nachteile können jedoch durch die nachfolgend dargestellten weiteren Ausführungsformen
sowie bevorzugte Kombinationen daraus vermieden werden.
[0038] Der Heizbetrieb ist bei der zweiten Ausführungsform 2 nach Fig. 5 unabhängig vom
Betrieb des Kreisprozesses. Ein variabler Teil der Wärme wird vom Kreisprozess aufgenommen,
während der Rest über einen dritten Wärmeübertrager 40 direkt in das Heiznetz 20 übertragen
wird. Alternativ zum 3-Wege-Ventil 22 kann eine weitere Pumpe im Heiznetz-Vorlauf
zum dritten Wärmeübertrager 40 zur Aufteilung des Massenstroms verwendet werden. Die
Pumpen können weiterhin sowohl im Vor- als auch im Rücklauf des Heiznetzes 20 angeordnet
sein. Bei einem Ausfall des Kreisprozesses kann die gesamte Wärmemenge über den dritten
Wärmeübertrager 40 zugeführt werden. Eine Notlauffunktionalität ist somit bei ausreichender
Dimensionierung des dritten Wärmeübertragers 40 gegeben. Die Rücklauftemperatur des
Fernwärmenetzes kann durch entsprechende Regelung des Kreisprozesses auf einem konstanten
Niveau oder unterhalb einer geforderten Maximaltemperatur gehalten werden. Im ORC-Betrieb
ist die Temperatur geringfügig höher als bei ausgeschaltetem ORC. Die Vorlauftemperatur
im Heiznetz 20 ist beliebig regelbar. Wenn höherer Wärmebedarf besteht, wird der Massenstrom
im Kreisprozess gesenkt. Bei konstanten Eingangs- und Ausgangstemperaturen des Arbeitsmediums
findet dadurch eine geringere Wärmezufuhr an den ORC statt. Dies wiederum bedeutet
aufgrund des konstanten Massenstromes im Fernwärmenetz 10, dass die Ausgangstemperatur
auf der Seite des Fernwärmenetzes 10 steigt. Dadurch liegt über dem dritten Wärmeübertrager
40 eine größere Temperaturdifferenz an, wodurch die direkt an das Heiznetz 20 übertragene
Wärmemenge erhöht wird. Das System kann sowohl in Heizwassernetze eingebunden werden,
in denen Fernwärmenetz- und Heizwassernetz voneinander getrennt sind, als auch in
Netzen in denen nur ein gemeinsames Netz besteht. Für die Integration in ein gemischtes
Netz wird der dritte Wärmeübertrager 40 nicht mehr benötigt, da man einen Teilstrom
des Fernwärmewassers direkt in das Heiznetz leiten kann.
[0039] Diese zweite Ausführungsform verfügt weiterhin über eine verbesserte Funktionalität
zur Vermeidung von Kavitationsschäden. Hierbei kann der Massenstrom des Heizwassers
durch den Kondensator 34 über das 3-Wege-Ventil 22 reduziert werden. Wie Fig. 6 zeigt,
vergrößert sich dadurch die Temperaturspreizung des Wassermassenstroms. Die Kondensationstemperatur
des Arbeitsmediums wird durch die Eintrittstemperatur des Wassers, die Temperaturdifferenz
im Pinch Point, sowie dem Massenstrom und damit der Temperaturspreizung des Wassers
aufgeprägt. Steigt die wasserseitige Eintrittstemperatur, erhöht sich auch der Kondensationsdruck
des Arbeitsmediums. Nimmt der Massenstrom des Wassers ab, steigt die Austrittstemperatur
des Wassers. Da die Wärmeübertragerfläche konstant bleibt, die Temperaturdifferenz
zwischen Arbeitsmedium und Wasser jedoch steigt, wird das Arbeitsmedium stärker unterkühlt.
Eine größere Unterkühlung wirkt im Speisepumpenvorlauf wie eine größere Vorlaufhöhe,
da sich der Abstand des tatsächlichen Drucks zum Verdampfungsdruck am Pumpeneingang
vergrößert.
[0040] Bei der großen Temperaturspreizung zwischen Fernwärme Vorlauf (z.B. 120 °C) und Rücklauf
(z.B. 45 °C) stößt die Wärmeübertragung im Verdampfer 34 schnell an ihre Grenzen.
Aufgrund des Pinch Points zwischen Arbeitsmedium und Fluid am Eintritt in den ersten
Wärmeübertrager (Verdampfer) ist die Auskühlung des Fernwärmerücklaufes und somit
die Wärmezufuhr nur begrenzt möglich.
[0041] Weiterhin ermöglicht diese zweite Ausführungsform 2 verschiedene Betriebsmodi. Ein
erster Betriebsmodus dient zum Heizen und zur Stromproduktion. Bei durchschnittlichem
Wärmebedarf läuft der Kreisprozess parallel zur Wärmeversorgung und ein Teil des Wärmebedarfes
wird durch die Kondensationswärme gedeckt. Ein kleiner Teil der Wärme aus dem Heiznetz
20 wird über die Expansionsmaschine 32 und den Generator 33 in elektrische Energie
gewandelt. Ein zweiter Betriebsmodus dient als reiner Heizbetrieb. Dazu wird bei sehr
großem Wärmebedarf der Kreisprozess 30 ausgeschaltet und die gesamte benötigte Wärme
über den dritten Wärmeübertrager 40 dem Heiznetz 20 zugeführt. Dieser Betriebsmodus
gleicht hierbei dem einer herkömmlichen Übergabestation.
[0042] Im Fall von sensiblen Wärmequellen (z.B. Geothermie-Heizwerk) ist die Rücklauftemperatur
ein wichtiger Parameter, um möglichst viel Wärme aus der Quelle zu entnehmen und den
Wirkungsgrad der Anlage zu steigern. Die dritte Ausführungsform 3 gemäß Fig. 7 stellt
eine Weiterentwicklung der zweiten Ausführungsform 2 dar, durch die entsprechend niedrige
Temperaturen im Fernwärme-Rücklauf erreicht werden können.
[0043] Alternativ zur Stromerzeugung wird durch die dritte Ausführungsform 3 nach Fig. 7
ein Wärmepumpen-Betriebsmodus des ORC ermöglicht. Dazu wird der Expander 32 als Kompressor
32 betrieben, indem das Ventil 54 geschlossen und das Ventil 53 geöffnet wird, so
dass das Fluid auf der Niederdruckseite in die Expansionsmaschine 32 strömt. Weiterhin
wird das Ventil 55 geschlossen. Durch das offene Ventil 52 strömt das verdichtete
Arbeitsmedium in den Kondensator 34, wo es Wärme an das Heiznetz 20 abgibt. Durch
die Drossel 56 erfolgt eine Druckabsenkung, die mit einer Verringerung der Siedetemperatur
einhergeht. Mittels des dritten Wärmeübertragers 40 wird ein Teil der Wärmeenergie
an das Heiznetz 20 übertragen und so die Rücklauftemperatur auf einen für die Wärmepumpe
geeigneten Bereich herabgesenkt. Anschließend kann das Arbeitsmedium über das 3-Wege-Ventil
51 zum vierten Wärmeübertrager 50 geleitet werden, wo es verdampft werden kann. Dadurch
wird der Fernwärme-Rücklauf weiter gekühlt.
[0044] Der Wärmepumpenbetrieb bietet für Wärmekunden den Vorteil, dass die installierte
Anschlussleistung geringer ausfallen kann. Dies liegt darin begründet, dass die Nennanschlussleistung
sich durch eine festgelegte Spreizung zwischen Fernwärme Vor- und Rücklauf sowie der
Fläche der Wärmeübertrager definiert. Durch die zusätzliche Auskühlung des Rücklaufes
bei konstanter Wärmeübertragerfläche und konstantem Massenstrom, ist die tatsächliche
Wärmezufuhr im Wärmepumpenbetrieb größer als die Nennanschlussleistung. Für Betreiber
von beispielsweise Geothermie-Heizwerken ergibt sich der Vorteil, dass der regenerativen
Wärmequelle so mehr Energie entzogen werden kann. Durch die höhere Ausbeute thermischer
Energie bei niedrigen Rücklauftemperaturen kann darüber hinaus ein Teil der Bereitstellung
von Spitzenlastenergie ersetzt werden.
[0045] Im ORC-Betrieb gemäß Fig. 8 verhält sich diese dritte Ausführungsform 3 analog zur
zweiten Ausführungsform 2. Hierbei sind die Ventile 54 und 55 offen, das 3-WegeVentil
51 versperrt den Zugang zum vierten Wärmeübertrager 50 und ermöglicht den Zugang zum
ersten Wärmeübertrager 31.
[0046] Durch die Ventile 52, 53, 54, 55 ist ein Bypass der Expansionsmaschine 32 möglich,
somit sinken die Druckverluste und die Wärmebereitstellung an das Heiznetz 20 kann
über einen Naturumlauf realisiert werden. Alternativ kann der dritte Wärmeübertrager
40 den Bypass ermöglichen. Im Wärmepumpen-Betriebsfall sind niedrige FernwärmeRücklauftemperaturen
erreichbar. Eine Begrenzung der Heiznetz-Vorlauftemperatur besteht durch die maximale
Kondensationstemperatur plus der Grädigkeit des Wärmeübertragers. Der Einsatz ist
mit geringfügigen Modifikationen sowohl bei getrennten als auch bei gemischten Heizkreisen
möglich. Die Kavitationsvermeidung ist hier wie für die zweite Ausführungsform gegeben.
Die Temperaturspreizung des Verdampfers ist wie in der zweiten Ausführungsform. Bei
der großen Temperaturspreizung zwischen Fernwärme Vor- und Rücklauf stößt die Wärmeübertragung
im Verdampfer schnell an ihre Grenzen. Aufgrund des Pinch Points zwischen Arbeitsmedium
und Fluid in der Fernwärmeleitung ist die Auskühlung des Fernwärme Rücklaufes und
somit die Wärmezufuhr an den ORC nur begrenzt möglich.
[0047] Fig. 9 zeigt eine vierte Ausführungsform 4 der erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation.
In dieser vierten Ausführungsform 4 sind Mittel zum Aufteilen des Massenstroms des
ersten Fluids in einen ersten Teil und einen zweiten Teil in Form eines Dreiwegeventils,
und Mittel zum Leiten des ersten Teils des ersten Fluids zum dritten Wärmeübertrager
40 vorgesehen. Weiterhin gibt es einen Wärmespeicher 60 in thermischem Kontakt mit
dem zweiten Fluid. Bei einem Ausfall des Kreisprozesses kann die gesamte Wärmemenge
über den dritten Wärmeübertrager 40 zugeführt werden. Eine Notlauffunktionalität ist
somit bei ausreichender Dimensionierung des dritten Wärmeübertrager 40 gegeben. Im
ORC-Betrieb ist die Fernwärme-Rücklauftemperatur leicht erhöht gegenüber der zweiten
Ausführungsform 2. Die Vorlauftemperatur im Heiznetz ist beliebig regelbar. Wenn (z.B.
bei Spitzenlast) ein gesteigerter/erhöhter Wärmebedarf besteht, wird der Massenstrom
zum Kreisprozess gesenkt, dadurch wird mehr Wärme auf einem höheren Temperaturniveau
über den dritten Wärmeübertrager 40 an das Heiznetz 20 übertragen. Die Heiznetz Vorlauftemperatur
ist wie bei der zweiten Ausführungsform 2. Der Einsatz ist mit geringfügigen Modifikationen
sowohl bei getrennten als auch bei gemischten Heizkreisen möglich. In den Rücklauf
des Heiznetzes 20 ist als thermischer Puffer ein Wärmespeicher 60 (Latentwärmespeicher
oder ein sensibler Wärmespeicher) vor den Kondensator 34 geschaltet werden. Dieses
ermöglicht eine Abflachung der Temperaturgradienten des in den Kondensator 34 eintretenden
Heizwassers. Bei der großen Temperaturspreizung zwischen Fernwärme Vor- und Rücklauf
stößt die Wärmeübertragung im Verdampfer schnell an ihre Grenzen. Aufgrund des Pinch
Points zwischen Arbeitsmedium und Fluid in der Fernwärmeleitung ist die Auskühlung
des Fernwärme Rücklaufes und somit die Wärmezufuhr nur begrenzt möglich.
[0048] Bei der fünften Ausführungsform 5 nach Fig. 10 wird der Kondensator 34 des ORC auf
der Seite des Heiznetzes 20 immer mit der kältesten Temperatur sowie mit einem großen
Massenstrom durchströmt, da das zweite wärmeführende Fluid vollständig sowohl durch
den Kondensator 34 als auch durch den dritten Wärmeübertrager 40 geleitet wird. Dies
ist für den elektrischen Wirkungsgrad der Anlage vorteilhaft, da sich bei einem größeren
Massenstrom eine geringere Temperaturdifferenz im HeizwasserRücklauf einstellt. Bei
konstantem Pinch Point stellt sich somit ein niedrigerer Gegendruck zur Expansionsmaschine
ein (siehe dazu Fig. 11), was zu einer höheren elektrischen Leistung führt. Bei einem
Ausfall des Kreisprozesses kann die gesamte Wärmemenge über den dritten Wärmeübertrager
40 zugeführt werden. Eine Notlauffunktionalität ist somit bei ausreichender Dimensionierung
des dritten Wärmeübertragers 40 gegeben. Aufgrund der Erwärmung des Heiznetz-Rücklaufes
im Kondensator 34 kann der Fernwärme-Rücklauf durch den dritten Wärmeübertrager 40
nicht so weit gekühlt werden wie bei der zweiten Ausführungsform. Dadurch ergibt sich
im ORC-Betrieb je nach Betriebsweise eine Erhöhung der Fernwärme-Rücklauftemperatur,
beispielsweise um etwa 10 bis 15 K. Die Vorlauftemperatur im Heiznetz 20 ist beliebig
regelbar. Wenn Wärmebedarf besteht, wird der Massenstrom im Kreisprozess gesenkt,
dadurch wird mehr Wärme auf einem höheren Temperaturniveau über den dritten Wärmeübertrager
40 direkt an das Heiznetz übertragen. Der Einsatz ist mit geringfügigen Modifikationen
sowohl bei getrennten als auch bei gemischten Heizkreisen möglich. Kavitationsvermeidung:
In den Rücklauf des Heiznetzes kann wie bei der vierten Ausführungsform 4 als thermischer
Puffer ein Latentwärmespeicher oder ein sensibler Wärmespeicher vor den Kondensator
34 geschaltet werden. Dieses ermöglicht eine Abflachung der Temperaturgradienten des
in den Kondensator eintretenden Heizwassers. Temperaturspreizung im Verdampfer der
fünften Ausführungsform 5 entspricht jener der zweiten Ausführungsform 2.
[0049] Zusammenfassend weist die erfindungsgemäße Wärmeübergabestation die folgenden Vor-
und Nachteile auf. Als Vorteile sind eine bessere Ausnutzung der eingesetzten Exergie
(bei wenig zusätzlicher Wärmeleistung großer zusätzlicher Nutzen, siehe Fig. 2); weniger
Vernichtung von Exergie bei Wärmeübergabe an Wärmeverbraucher; dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung
beim Endnutzer (Strom erzeugendes Heizsystem); Nutzung unterschiedlicher Temperaturvarianten
und Netztypen (gemischte und getrennte Kreise); große Flexibilität in Leistung und
Betrieb, an wachsendes Wärmenetz anpassbar (kann als Stack ausgeführt werden); und
Steigerung von Wirkungsgrad und Stromkennzahl des Gesamtsystems aufzuführen. Als Nachteil
ist eine geringfügig niedrigere maximale Wärmebereitstellung für den Wärmekunden zu
nennen und in den Ausführungsformen 1, 2, 4, 5 eine geringfügige bis mäßige Erhöhung
der Temperatur des Fernwärmerücklaufs. In den Ausführungsformen mit Notlauffunktion
kann durch einen Bypass des ORC, also dessen Abschaltung, und einer ausreichenden
Dimensionierung des dritten Wärmeübertragers 40 trotzdem die gesamte Anschlussleistung
zur Verfügung gestellt werden.
[0050] Die dargestellten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft und der vollständige
Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche definiert.
1. Wärmeübergabestation zum Übergeben von Wärme von einem Lieferantenwärmenetz mit einem
ersten wärmeführenden Fluid auf ein Kundenwärmenetz mit einem zweiten wärmeführenden
Fluid, umfassend:
eine thermodynamische Kreisprozessvorrichtung mit einem Arbeitsmedium, insbesondere
eine ORC-Vorrichtung mit einem organischen Arbeitsmedium, wobei die thermodynamische
Kreisprozessvorrichtung umfasst:
einen als Verdampfer ausgebildeten ersten Wärmeübertrager zum Vorwärmen, Verdampfen
und optional zusätzlichen Überhitzen des Arbeitsmediums unter Zuführung von Wärme
aus dem ersten Fluid,
eine Expansionsmaschine zum Erzeugen von mechanischer Energie durch Entspannen des
verdampften Arbeitsmediums,
einen mit der Expansionsmaschine gekoppelten Generator zum zumindest teilweisen Wandeln
der mechanischen Energie in elektrische Energie,
einen als Kondensator ausgebildeten zweiten Wärmeübertrager zum Kondensieren und optional
zusätzlichen Enthitzen und/oder optional zusätzlichen Unterkühlen des entspannten
Arbeitsmediums und Übertragen von Wärmeenergie aus dem entspannten Arbeitsmedium auf
das zweite Fluid, und
eine Speisepumpe zum Fördern des kondensierten Arbeitsmediums unter Druckerhöhung
zum Verdampfer.
2. Wärmeübergabestation nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:
einen dritten Wärmeübertrager zum unmittelbaren Übertragen von Wärme aus dem ersten
Fluid auf das zweite Fluid.
3. Wärmeübergabestation nach Anspruch 2, weiterhin umfassend:
Mittel zum Aufteilen des Massenstroms des zweiten Fluids in einen ersten Teil und
einen zweiten Teil;
Mittel zum Leiten des ersten Teils des zweiten Fluids durch den Kondensator und zum
Leiten eines zweiten Teils des zweiten Fluids durch den dritten Wärmeübertrager; und
Mittel zum Zusammenführen des ersten Teils des Massenstroms des zweiten Fluids nach
dem Leiten durch den Kondensator und des zweiten Teils des Massenstroms des zweiten
Fluids nach dem Leiten durch den dritten Wärmeübertrager.
4. Wärmeübergabestation nach Anspruch 3, wobei die Mittel zum Aufteilen des Massenstroms
des zweiten Fluids in einem Vorlauf oder in einem Rücklauf des Kundenwärmenetzes vorgesehen
sind und vorzugsweise ein Dreiwegeventil, ein Magnetventil oder eine Pumpe in einem
Vorlauf zum dritten Wärmeübertrager umfassen.
5. Wärmeübergabestation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend:
einen vierten Wärmeübertrager zum unmittelbaren Übertragen von Wärme aus dem ersten
Fluid auf das Arbeitmedium.
6. Wärmeübergabestation nach Anspruch 5, weiterhin umfassend:
Mittel zum Umleiten des Arbeitsmediums aus einem Vorlauf des Verdampfers zum vierten
Wärmeübertrager, insbesondere in Form eines Dreiwegeventils oder
eines Magnetventils; und
Mittel zum Betreiben der Expansionsmaschine als Kompressor.
7. Wärmeübergabestation nach Anspruch 6, wobei die Mittel zum Betreiben der Expansionsmaschine
als Kompressor umfassen:
Mittel zum unmittelbaren Leiten des Arbeitsmediums vom vierten Wärmeübertrager zu
einer Niederdruckseite der als Kompressor betriebenen Expansionsmaschine, insbesondere
ein erstes Ventil zum Sperren der Verbindung zwischen Verdampfer und der Hochdruckseite
der Expansionsmaschine und eine Bypassleitung mit einem zweiten Ventil zum Herstellen
einer Verbindung zwischen dem vierten Wärmeübertrager und der Niederdruckseite der
Expansionsmaschine, und
Mittel zum unmittelbaren Leiten des komprimierten Arbeitsmediums von einer Hochdruckseite
der als Kompressor betriebenen Expansionsmaschine zum Kondensator, insbesondere ein
viertes Ventil zum Sperren einer Verbindung zwischen der Niederdruckseite der Expansionsmaschine
und dem Kondensator und eine Bypassleitung mit einem dritten Ventil zum Herstellen
einer Verbindung zwischen der Hochdruckseite der Expansionsmaschine und dem Kondensator.
8. Wärmeübergabestation nach Anspruch 2, wobei die Wärmeübergabestation derart ausgebildet
ist, dass das zweite wärmeführende Fluid vollständig sowohl durch den Kondensator
als auch durch den dritten Wärmeübertrager geleitet wird.
9. Wärmeübergabestation nach Anspruch 2 oder 8, weiterhin umfasssend:
Mittel zum Aufteilen des Massenstroms des ersten Fluids in einen ersten Teil und einen
zweiten Teil, insbesondere ein Dreiwegeventil, und
Mittel zum Leiten des ersten Teils des ersten Fluids zum dritten Wärmeübertrager.
10. Wärmeübergabestation nach Anspruch 9, weiterhin umfassend:
einen Wärmespeicher in thermischem Kontakt mit dem zweiten Fluid.
11. Verfahren zum Übergeben von Wärme von einem Lieferantenwärmenetz mit einem ersten
wärmeführenden Fluid auf ein Kundenwärmenetz mit einem zweiten wärmeführenden Fluid
mittels einer thermodynamischen Kreisprozessvorrichtung, insbesondere einer ORC-Vorrichtung,
wobei die thermische Kreisprozessvorrichtung einen als Verdampfer ausgebildeten ersten
Wärmeübertrager, eine Expansionsmaschine, einen mit der Expansionsmaschine gekoppelten
Generator, einen als Kondensator ausgebildeten zweiten Wärmeübertrager und eine Speisepumpe
umfasst, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Vorwärmen, Verdampfen und optional zusätzliches Überhitzen des Arbeitsmediums unter
Zuführung von Wärme aus dem ersten Fluid mit dem ersten Wärmeübertrager;
Erzeugen von mechanischer Energie durch Entspannen des verdampften Arbeitsmediums
mit der Expansionsmaschine und zumindest teilweises Wandeln der mechanischen Energie
in elektrische Energie mit dem Generator;
Kondensieren und optional zusätzliches Enthitzen und/oder optional zusätzliches Unterkühlen
des entspannten Arbeitsmediums und Übertragen von Wärmeenergie aus dem entspannten
Arbeitsmedium auf das zweite Fluid mit dem zweiten Wärmeübertrager; und
Fördern des kondensierten Arbeitsmediums unter Druckerhöhung zum Verdampfer mit der
Speisepumpe.
12. Verfahren nach Anspruch 11, mit dem weiteren Schritt:
unmittelbares Übertragen von Wärme aus dem ersten Fluid auf das zweite Fluid mit einem
dritten Wärmeübertrager.
13. Verfahren nach Anspruch 12, mit den weiteren Schritten:
Aufteilen des Massenstroms des zweiten Fluids in einen ersten Teil und einen zweiten
Teil;
Leiten des ersten Teils des zweiten Fluids durch den Kondensator und Leiten eines
zweiten Teils des zweiten Fluids durch den dritten Wärmeübertrager; und
Zusammenführen des ersten Teils des Massenstroms des zweiten Fluids nach dem Leiten
durch den Kondensator und des zweiten Teils des Massenstroms des zweiten Fluids nach
dem Leiten durch den dritten Wärmeübertrager.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, mit dem weiteren Schritt:
unmittelbares Übertragen von Wärme aus dem ersten Fluid auf das Arbeitsmedium mit
einem vierten Wärmeübertrager.
15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das zweite wärmeführende Fluid vollständig sowohl
durch den Kondensator als auch durch den dritten Wärmeübertrager geleitet wird.