Sorptionstechnik - Bedeutung und Potenziale (Prof. Dr.-Ing. Felix Ziegler, Technische Universität Berlin)

Technische Universität BerlinMaschinen- und Energieanlagentechnik

Technische Universität BerlinInnovationszentrum EnergieInstitut für EnergietechnikProf. Dr.-Ing. Felix Ziegler

Sorptionstechnik –Bedeutung und Potenziale


Wir können einen Zuwachs an Kältenutzung nicht verhindern.

Wir sollten aber den damit einhergehenden Zuwachs an Stromverbrauch einschränken.

Wir werden verstärkt mit Sorptionstechnik(und anderen thermischen Kälteverfahren)Kälte aus Abfall-Wärme erzeugen.

(International Institute of Refrigeration, 2004)

Kälteanlagen und Kühlschränkeverursachen etwa 15% des weltweiten Stromverbrauches!


Q1´´

Q0

EV

K

V

LP

Q1´´

Q0

EV

K

V

LP

stage absorption chiller

Q1´´

Q0

EV

K

V

Q2

A

Q1´

LEVLP

LWT

G

Q1´´

Q0

EV

K

V

Q2

A

Q1´

LEVLP

LWT

G

Kompression Absorption


Sorptionstechnik –Bedeutung heute

Bedeutung heute für Markt Umwelt

Hotelkühlschrank Groß Negativ (elektrischer Antrieb)

Campingkühlschrank Mittel Neutral

Tiefkälte Klein Positiv (meist Abwärmenutzung)

Klimakälte Speziell Uneinheitlich (s.u.)

Wärmepumpe Klein Positiv


Bedeutung heute für Markt Umwelt

Gas- oder Dampfantrieb Speziell Negativ (zu geringe Effizienz)

Abwärmenutzung Klein Positiv (aber Hilfsenergiebedarf)

Solares Kühlen Klein Uneinheitlich(solare Deckung, Hilfsenergiebedarf)

… in der Klimakälte:


Q1´´

Q0

EV

K

V

LP

Q1´´

Q0

EV

K

V

LP


Q1´´

Q0

EV

K

V

Q2

A

Q1´

LEVLP

LWT

G

Q1´´

Q0

EV

K

V

Q2

A

Q1´

LEVLP

LWT

G


Technologisch: Absorption ist komplizierter

Ökonomisch: Absorption ist teurer

Ökologisch: Absorption ist grüner

gegen


Absorption und Adsorption sind komplizierter …… zu verstehen und zu berechnen, aber nicht komplizierter zu bauen und zu betreiben.Es gibt wenig Erfahrung.


Q1´´

Q0

EV

K

V

LP

Q1´´

Q0

EV

K

V

LP


Q1´´

Q0

EV

K

V

Q2

A

Q1´

LEVLP

LWT

G

Q1´´

Q0

EV

K

V

Q2

A

Q1´

LEVLP

LWT

G





gegen


Arbeitsmittel: Wasser, Ammoniak, Salze, Silikate, Kohlenstoff…Grün (aber nicht immer harmlos)

Vorsicht bei Zusatzstoffen!

Energieverbrauch: Solarer Antrieb: grünAbwärme als Antrieb: grünFernwärme als Antrieb: grün

Aber…


0

0,5

1

1,5

2

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Solar fraction

Πauxiliary power demand pa=0

pa=10%

pa=1%

break even

Parameter:

COPcom=3;

η=0.3;

COPabs=0.8;

ηb=0.9

Notwendige solare Deckungsrate, um Primärenergieeinsparung zu erzielen

Absorption und Adsorption sind ökologisch vorteilhaft …… aber nur wenn die Systemtechnik stimmt.

Solar

Vergleich

PE

PE=Π


Q1´´

Q0

EV

K

V

LP

Q1´´

Q0

EV

K

V

LP


Q1´´

Q0

EV

K

V

Q2

A

Q1´

LEVLP

LWT

G

Q1´´

Q0

EV

K

V

Q2

A

Q1´

LEVLP

LWT

G





gegen

Stimmt meistens, ist aber nicht immer wichtig… .


Potenzial und Entwicklungsbedarf

Bedeutung heute für Umwelt Notwendige Verbesserungen

Mögliche Bedeutung

Hotelkühlschrank,Campingkühlschrank

Negativ / Neutral

Effizienz Weiter groß

Tiefkälte Positiv Kosten und Effizienz Größer

Wärmepumpe Positiv Kosten und Systemtechnik

Sehr groß


… in der Klimakälte:

Bedeutung heute für

Umwelt Notwendige Verbesserungen

Mögliche Bedeutung

Gas- oder Dampfantrieb

Negativ Mehrstufigkeit Weiter groß

Abwärmenutzung Positiv Effizienz, Systemtechnik

Groß

Solares Kühlen Uneinheitlich Kosten und Systemtechnik

Mittel


Pilotanlagen im Institut für Energietechnik

Antrieb mit Fernwärme

Kühlung von ca 200m2 Nutzfläche(Serverraum, Hörsaal, Seminarraum… )(bis 1000m2 möglich)

10 kW(TUB, ZAE Bayern,PhönixSonnenwärme)

50 kW(TUB, ZAE Bayern,Vattenfall Wärme)


Wärmetransformator (Templifier, heat pump type II)Heizung aus Kälte (Pierre LeGoff, ~1980)

Abgewertete WärmePolar-Wind

(-40°C)

WärmezufuhrPolar-Wasser

(4°C)

Aufgewertete WärmeHeizwärme

(30°C)

Q2

T2

T1

Q3

T3

Q1


Hybridisierung:

Absorptionskälte im Solarbetrieb und Kompressionskälte im fossilen Betrieb

T0

T1 T2

absorber

evaporator

condenser generator

compressor

T1

p0

p1

rectifier

Q2

Q0

Pcomp

π= p1 / p0

Qgen Solare Antriebswärme

Antriebsarbeit


Thermochemische EnergiespeicherungMit der Möglichkeit integrierter Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Nach Honigmann, 1883


Sorptionstechnik –Bedeutung und Potenziale

Bedeutung derzeit in EU: „klein aber fein“

Potenziale: Deutlich größerUnverzichtbar wegen Vielfalt!

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Sorptionstechnik - Bedeutung und Potenziale (Prof. Dr.-Ing. Felix Ziegler, Technische Universität Berlin)