Können wir mit dem Kondensationskraft-Verfahren den Wirkungsgrad von Kraftwerken verdoppeln?
Wir meinen JA!
Das Kondensationskraft-Verfahren: KonKraV
Sie kennen doch die Wolken, die aus Kraftwerken empor steigen. Dort wird Turbinenwasserdampf kondensiert indem Kühlwasser zu Wolken verdampft. Die Kondensation des Turbinendampfes, könnte auch Propan verdampfen und überhitzen lassen. Der Propandampf könnte dann in einer ORC Turbine zusätzlich Strom erzeugen. Das nennt man dann das KondensationsKraft-Verfahren.
Über das Kondensationskraft-Verfahren:
Wie lässt sich mit dieser Erfindung, der Stromoutput von Kraftwerken nahezu verdoppeln?
Dies ist möglich, indem man mit dem Phasenwechsel (Dampf zu Flüssigkeit) des erzeugten Wasserdampf von Kraftwerken ein organisches Gas erhitzt und dieses durch eine stromerzeugende ORC Turbine leitet. Das Kondensationskraft-Verfahren, könnte zum Beispiel in Frankreich genutzt werden. Frankreich braucht keine neuen Atomkraftwerke zu bauen, wenn Es das Kondensationskraft-Verfahren in die bereits bestehenden Kraftwerke integriert.
Im Gegensatz zu bisherigen ORC-Verfahren wird bei dieser ORC-Turbine nicht die Abwärme von Gaskraftwerken und anderen Industrieprozessen genutzt. Stattdessen verwendet sie das Kondensationskraft-Verfahren zur Erzeugung von kinetischer und elektrischer Energie.
Der Empfänger von Wärmeenergie kann aus der empfangenen Wärme nicht erkennen ob die Wärme durch Verbrennung von Öl, Gas, Müll oder GEOThermie erzeugt wurde, oder aus Kondensation stammt.
Am Geschmack einer Schokolade, ist die Herkunft auch nicht zu erkennen.
Unten ist ein Video von einem Versuchsaufbau, welches den genauen Vorgang zeigt. Es handelt sich dabei NICHT um eine neue tolle Maschine, die Energie aus dem nichts oder aus einer exotischen Energiequelle erzeugt. Es zeigt statt dessen dass der Phasenwechsel von dampfförmig zu flüssig, organische Gase zur Stromerzeugung nutzbar machen kann.
Der Versuchsaufbau ist dazu gedacht, dass er als Anleitung zum Nachbau verstanden wird.
Beim Nachbau ist darauf zu achten; dass die Wärmeverluste durch Rohre u.s.w. beidseitig gleich hoch ausfallen sollten.
Weitere Erklärungen
Die Kondensationswärme von Wasserdampf kann verwendet werden, um Propan zu verdampfen und zu überhitzen.
Dieses überhitzte Gas kann dann in eine Turbine geleitet werden, um Strom zu erzeugen.
Der Schlüssel dieses Prozesses liegt im Unterschied zwischen der Kondensationswärme des Wasserdampfes im Vergleich zur Verdampfungsenthalpie des Propan.
Propan benötigt weniger Energie als Wasser, um es von flüssig zu gasförmig zu bringen und anschließend lässt es sich annähernd gleichwertig überhitzen.
Wenn eine Flüssigkeit verdampft, absorbiert sie Energie, um in die Dampfphase überzugehen.
Diese Energie pro Masse wird als Verdampfungsenthalpie bezeichnet. Beim Übergang von flüssig zu dampfförmig werden Abtrennenergie und Ausdehnungsenergie benötigt.
Abtrennenergie trennt Moleküle, so dass sie sich im Dampf frei bewegen können, und Ausdehnungsenergie gibt ihnen Platz. Je höher die Kondensationswärme des Wasserdampfes und je niedriger die Verdampfungsenthalpie des organischen Gases ist, desto mehr Wärmeenergie kann genutzt werden, um das organische Gas zu überhitzen.
Mehr Überhitzungsenergie im Propan bedeutet mehr Energie, die in Arbeitsleistung durch die Turbine umgewandelt werden kann. Schon die Verhältnisse im voran gestellten Versuchsaufbau lassen rechnerisch zeigen dass das organische Gas genug Wärmeenergie aufnehmen kann, um die Nutzung in einer Turbine rentabel zu machen. Diese Energie wird als Wärme zugeführt und bei Kondensation wieder freigesetzt. Verdampfung und Kondensation sind reversibel und verursachen im Wechsel keine Verluste. Bei thermischem Gleichgewicht enthalten Dämpfe beide Prozesse zugleich. Die Energiemenge für Verdampfung und Kondensation bei gleicher Temperatur ist schließlich gleich. Mit steigender Temperatur verringern sich beide Werte unabhängig von der Art des Gases. Und oberhalb des kritischen Punkts existieren sie nicht mehr.
Rechenbeispiel:
Die Verdampfungsenthalpie/Kondensationswärme von Wasser beträgt bei 90°C ca. 2278 kJ/kg. Das bedeutet, um 1 kg Wasser bei 90°C zu verdampfen, werden 633 Wh Wärme benötigt.
Wenn 1 kg Wasserdampf bei 90°C in einem Wärmeübertrager kondensiert, werden ebenfalls 633 Wh übertragen. In Kraftwerken wird diese Kondensationswärme auch genutzt, um wiederum Wasser zu verdampfen, das dann als Wolken weithin sichtbar abgegeben wird.
Bei Propan beträgt die Verdampfungsenthalpie/ Kondensationswärme bei 90ºC ca.133kJ pro kg. Das heißt um ein kg Propan bei 90ºC zu verdampfen, braucht es eine Energiezufuhr von 36,9 Wh. Wenn ein kg Propan in einem Wärmeübertrager verdampft, werden somit eben diese 41,6Wh übertragen.
633 : 36,9 = 17,1
Durch die Nutzung der Kondensationswärme des Wasserdampfes könnte man also pro kg Wasserdampf 17,1 kg Propan verdampfen.
Allerdings wäre dieser Propan-Dampf auch gesättigt und daher nicht für eine Turbine nutzbar, da Tropfenschlag entstehen würde. Außerdem hätte der Propan am Taupunkt einen unnötig hohen Druck von ca. 37,6 bar.
Daher wäre es besser, das Propan bei 50°C weniger zu verdampfen und dann um 50°C zu überhitzen.
Die Verdampfungsenthalpie von Propan bei 40°C beträgt 307 kJ, was 85,3 Wh pro kg entspricht. Dazu kommen weitere 23,5 Wh pro kg für die spezifische Wärmekapazität/Überhitzung da 1kg Propan ca. 0,47Wh pro 1K/1°C aufnehmen kann.
Damit hat Propan 93% der spezifischen Wärmekapazität von Wasserdampf.
Zusammen ergibt das 108,8 Wh pro kg für überhitzten Propandampf um 50 K/°C.
633 :108,8 = 5,8
Durch die Nutzung der Kondensationswärme des Wasserdampfes könnte man also pro kg Wasserdampf 5,8 kg Propan verdampfen und um 50 K bzw. °C überhitzen
Nur der überhitzte Teil des Propandampfes wird in der Turbine in Arbeitsleistung umgewandelt, indem seine spezifische Wärmekapazität aus der Überhitzung genutzt wird. Im Beispiel werden durch die Kondensationswärme von 633 Wh von 1 kg Wasserdampf ohne Überhitzung etwa 5,8 kg Propandampf mit etwa 494,7 Wh erzeugt.
Etwa 136,3 Wh werden dann zur Überhitzung des Propandampfes genutzt.
Um die gleiche Wärmekapazität von 136,3 Wh in 1 kg Wasserdampf zu übertragen, müsste man es um 267 K/°C überhitzen, da 1 kg Wasserdampf nur 0,51 Wh pro K bzw. °C Überhitzung aufnehmen kann.
136,3 : 0,51 = 267
Kernkraftwerke, die mit niedrigen Temperaturen von 350°C arbeiten, könnten ihren Wirkungsgrad sicherlich verdoppeln, indem sie die Kondensationswärme zusätzlich nutzen.
Ingenieure könnten auch andere Gase verwenden und günstigere Bedingungen schaffen. Allein schon mit der dargestellten Variante könnten große Mengen an zusätzlichem Strom erzeugt werden. Diese Erkenntnis könnte zu weiteren Innovationen und noch höheren Wirkungsgraden führen.
Man stelle sich nur vor wie viel CO2 eingespart werden könnte wenn sämtliche Kohlekraftwerke mit der Hälfte an Kohle die gleiche Menge Strom erzeugen würden.
Anwendungsbeispiel: Französische Atomkraftwerke neuerer Bauart
„Der Kernreaktor vom Typ N4, ist ein vom ehemaligen französischen Unternehmen Framatome entwickelter wassergekühlter und leichtwassermoderierter Druckwasserreaktor der 3. Generation. Er besitzt eine thermische Leistung von 4250 MWth, eine elektrische Leistung von 1450 MWe netto und damit einen Wirkungsgrad von 34,1 %.“ (Quelle: Wikipedia/IAEA)
Somit erzeugen sie 65,9% Abwärme.
Diese Reaktoren werden in Chooz und Civaux in jeweils 2 Blöcken eingesetzt.
Jeder dieser Blöcke kann zurzeit theoretisch 12000GW/h im Jahr produzieren. Insbesondere im Sommer können die Blöcke jedoch nicht in Volllast fahren, da die 2800MW Abwärme dann oft nicht abgegeben werden können. Die Ausnutzung des Kondensationskraft-Verfahrens könnte diese Belastung des Kühlsystems halbieren. Somit könnten diese Blöcke zuverlässiger Strom produzieren.
In Frankreich wird gerade der Bau von 14 neuen Kraftwerksblöcken geplant, obwohl das Kühlproblem neue Standorte erfordert. Der neueste Block in Flammanville kostet allein schon 12,7Mrd. Euro. Auch der finnische EPR neuester Bauart kostete über 10 Mrd. Euro.
Beide Bauvorhaben verzögerten sich um etwa ein Jahrzehnt.
Die neu geplanten Atommeiler würden überflüssig werden, wenn die alten Meiler durch das Kondensationskraft-Verfahren doppelt so viel Strom erzeugen.
Atomkraftbefürworter und Atomkraftgegner können damit gewinnen.
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Danke für Eure Zeit und Euer Interesse!
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Wir glauben, dass wir Kraftwerke in der ganzen Welt, mit dem Kondensationskraft-Verfahren erheblich effizienter machen können.
Uns ist die effiziente und besonnene Nutzung von Ressourcen und eine umweltschonende Energiegewinnung eine Herzensangelegenheit.
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