SteamScrew - Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter zur Wärme- und Prozessdampfbereitstellung
Projektbeschreibung
Verbundvorhaben: SteamScrew - Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit Wasserdampf-Schraubenverdichter zur Wärme- und Prozessdampfbereitstellung
Teilvorhaben: Theoretische und experimentelle Untersuchung von Wasserdampf-Schraubenverdichtern
In dem Projekt SteamScrew soll eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einem Wasserdampf-Schraubenverdichter entwickelt werden. Die Quellentemperatur der Wärmepumpe liegt dabei zwischen 80 und 120°C, während die Wärme auf bis zu 200°C bereitgestellt werden soll. Übergeordnetes Ziel ist die Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung, die in energieintensiven Industrien häufig konventionell durch werkseigene BHKW geschieht.
Die Verwendung von Wasser als Kältemittel ist technisch anspruchsvoll, da Wasserdampf während der Kompression eine starke Temperaturerhöhung erfährt. Als Verdichter kommt daher ein ölfreier Schraubenverdichter mit Wassereinspritzung zum Einsatz, der aufbauend auf bewährten Verdichterkonzepten entwickelt wird. Schraubenverdichter sind geeignet, den benötigten Druck- bzw. Temperaturhub einstufig zu realisieren.
Nach der experimentellen Vermessung der Wärmepumpe besteht die Möglichkeit, den Verdichter bzw. den Wärmepumpenkreislauf zur industriellen Anwendung in den Megawatt-Maßstab zu skalieren. Perspektivisch soll damit eine umweltfreundliche Wärmepumpe zur Dekarbonisierung der industriellen
Wärmeversorgung etabliert werden.
Demonstratoren der neu entwickelten Schraubenverdichter werden zunächst im Wasserdampf-Kreislauf des Fachgebiet Fluidtechnik der Technischen Universität Dortmund experimentell untersucht. Hierbei erfolgt eine systematische Variation der Betriebsparameter der Maschinen. Weitergehende Versuche werden zu den optimalen Einspritzparametern durchgeführt. Im Rahmen der theoretischen Untersuchungen werden Kammermodell-Simulationen zur Bestimmung des thermodynamischen Betriebsverhaltens unter besonderer Berücksichtigung des Wärme- und Massenaustauschs zwischen dem dampfförmigen Arbeitsfluid und der eingespritzten Flüssigphase durchgeführt.
Ansprechpartner
Kooperation / Förderung
Dieses Projekt wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung gefördert und wird in Zusammenarbeit mit der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG sowie der Aerzener Maschinenfabrik GmbH durchgeführt.
