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Warum treibt man Wärmepumpen mit Strom statt Öl/Erdgas (Verbrennungsmotor) an?
Hallo,
eine Frage, die ich mir schon oft gestellt habe: Strom wird im Kraftwerk mit 45% Wirkungsgrad aus Primärenergie erzeugt, hinzu kommen dann die Übertragungsverluste. Mit diesem Strom treibt man dann den mechanischen (!!!) Kompressor einer elektrischen Wärmepumpe an. Die kann mit ihrer Nutzungszahl gerade mal die Verluste Primärenergie -> Strom -> Stromübertragung wieder kompensieren.
Ist das nicht idiotisch?
Warum geht man den Umweg über Strom-Fernübertragung?
Würde man die ohnehin flächendeckend verfügbare Primärenergie Heizöl oder Erdgas direkt in einem Verbrennungsmotor verfeuern und dieser dann den Kompressor der Wärmepumpe antreiben, hätte man nicht nur die Verluste der doppelten Wandlung (mach.->el.->mech.) eingespart. Nein, man könnte die Abwärme des Verbrennungsmotors sogar noch besser nutzen als bei einem BHKW, indem man nämlich die Abgase mit Hilfe der Wärmepumpe unter den Taupunkt abkühlt (Brennwerttechnik).
Rechnung:
Verbrennungsmotor mit 25% Wirkungsgrad erzeugt
P mech 1kW
P therm 3kW
Von P therm können 2,5kW direkt in den Heizungsvorlauf geschickt werden. Die Restenergie der Auspuffgase von 0,5kW muß wegen des niedrigen Temperaturniveaus über die Wärmepumpe entzogen werden.
Wärmepumpe mit Erdsonde, Nutzungszahl 5. Kann bei 1kW Antriebsleistung 5kW Wärmeleistung auf das Niveau des Heizungsvorlaufs bringen, davon entzieht es 4,5kW der Erdsonde und 0,5kW den Auspuffgasen. Gesamtwärmeleistung 6kW (da die Antriebsleistung des Kompressors ebenfalls im Heizkreislauf landet)
Summe:
Durch die Gas- oder Ölleitung fließen 4kW "chemische Leistung" (gibt es diese Angabe für den Volumenstrom eines Treibstoffs überhaupt?).
Daraus entsteht zum Heizen folgende Heizleistung:
direkte Motorabwärme: 2,5kW
Abkühlung des Abgases unter Taupunkt: 0,5kW
Wärmeleistung von der Erdsonde: 4,5kW
Kompressor-Antriebsleistung, welche ebenfalls als Wärmeleistung endet: 1kW
Summe: 8,5kW
"Wirkungsgrad" der Heizanlage: 212,5%, also das Doppelte eines Brennwertkessels. Zudem völlig unabhängig vom Stromnetz, da auch sämtliche Nebenaggregate (Umwälzpumpen u.s.w.) direkt mechanisch angetrieben werden.
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29 Antworten
Tun sie doch: --> Irsching http://www.youtube.com/watch?v=JZTtTBqFuAk&feature=channel
Inzwischen ist der Probetrieb erfolgreich auf 61% Wirkungsgrad zusammen mit der noch zu installierenden Dampfturbine.
Gruß SRAM
Nettes Video. Ich nehme an, das soll ein Mittel- oder Spitzenlastkraftwerk sein? Läßt sich sowas auch für Ölbefeuerung konstruieren? Könnte dann ja eine Konkurrenz zum Zweitakt-Schiffsgroßdiesel werden, welcher als effizienteste Wärmekraftmaschine gilt.
Davon abgesehen. Mögen Großanlagen noch so effizient sein, sie haben immer mit einem Problem zu kämpfen: Wie bringe ich die Abwärme nutzbringend mit geringer Vorlauftemperatur zum Konsumenten.
Dezentrale Anlagen lösen das Problem elegant, weil die Wärme immer direkt am Ort des Bedarfs/Verbrauchs produziert wird. Zudem weichen sie das Preisdiktat und die Abhängigkeit von Oligopolisten auf.
Zitat:
Läßt sich sowas auch für Ölbefeuerung konstruieren? Könnte dann ja eine Konkurrenz zum Zweitakt-Schiffsgroßdiesel werden, welcher als effizienteste Wärmekraftmaschine gilt.
Ja, aber welches Schiff braucht eine so hohe Antriebsleistung ?
.....andererseits: Falls man hinter dem Fluzeugträger wasserski laufen will....... --> http://www.youtube.com/watch?v=BgJ-vzsj8rs :D (Boxen voll aufdrehen ;) )
Gruß SRAM
Gasmotorbetriebene Wärmepumpen sind scheinbar auch in der Entwicklung. Hier wird auch die Abwärme des Motors genutzt.
http://...rale-energieversorgung.com/.../index.html
Absorptionswärmepumpe-ohne mechanischen Antrieb:
http://www.igwp.de/gaswaermepumpe/gasabsorption
Zitat:
Ja, aber welches Schiff braucht eine so hohe Antriebsleistung ?
Das GuD-Kraftwerk liefert 340MW, der größte Schiffsdiesel der Welt bringt es schon fast auf 1/4 der Leistung. Eine maßvolle Verkleinerung des GuD-Kraftwerks sollte also möglich sein, um den maritimen Bedarf zu befriedigen. Immerhin verringern rotierende Maschinen enorm die Vibrationsbelastungen.
So, erste Rückmeldung zu deinem integrierten Verdichter:
Die Zusammensetzung des zu verdichtenden Luft/Butan-Gemisches liegt wegen Lambda = eins fest. Leider ist der Luftgehalt damit sehr hoch. Es muß sehr viel Luft im Verhältnis zum Butan verdichtet werden. Die Luft gibt zwar ihre Wärme im Kondensator ab, kann aber nicht verflüssigt werden. Damit wird die Verdichtungsleistung für den Luft-Ballast sehr viel größer als die nutzbare für die Butanverflüssigung. Nur verflüssigtes Butan kann aber im Verdampfer Wärme auf Umgebungsniveau ziehen. Der COP der Wärmepumpenfunktion wird damit sehr schlecht.
Damit wird der von mir zunächst vermutete Hauptverlustbringer locker übertroffen. COP wird deutlich unter zwei liegen. Genaue Zahlen bekommst du noch.
Gruß SRAM
Ja, das mit dem stöchiometrischen Gemisch ist Mist. Deine Berechnung ist einleuchtend. Da hilft es nur, bei diesem Aggregat einen reinen LPG-pur-Verdichtungstakt einzufügen, und anschließend ein zweiter Ansaughub, bei dem die Verbrennungsluft hinzugefügt wird. 6 Takte:
1. pures LPG aus der Erdsonde ansaugen
2. Verdichten und 80% davon in den Kondensator drücken
3. reine Verbrennungsluft ansaugen
4. Gemisch verdichten
5. Arbeitshub
6. Abgas ausschieben
Interessant ist dann der 4-Ventil-Zylinderkopf, bei dem jedes einzelne Ventil andere Steuerzeiten hat. Wober man ein Ventil für Abgas und Luftansaugung gemeinsam verwenden könnte, da die Takte so weit auseinanderliegen. Einfach einen leichtgängigen Drehschieber nachschalten. (3/2-Wegeventil)
Allerdings wird natürlich immer ein Rest Abgas in den Kältemittelkreis eingetragen, der dann in einem Gasabscheider ständig entfernt werden muß.
Na, ist das Aggregat schon interessanter geworden? OK die Schwungmasse muß nun auch richtig schön groß werden.
Jetzt raff ich das, du willst den Kühlmittelkreislauf (Butan) anzapfen und als Brennstofflieferant mißbrauchen? Das wird heftig. Du mußt ja wieder genauso viel Butan dem Kreislauf zusetzen, wie rauskam, denn der optimale COP wird ja dann erst erreicht, also vermutet wird das zumindest a) eine schwierige Regelung und b) auch ziemlich gefährlich, c) auch noch recht aufwändig, denn du mußt die Drücke unbedingt wieder angleichen.
Aber um nochmal auf deine Ausgangsüberlegung zurückzukommen.
Das Berliner GuD (Vattenfall) erzeugt an die 50% Strom und der Rest geht ins Fernwärmetz, also auch sowas wie Wirkungsgrad an die 100%.
Der Vorteil von Strom als Wärmepumpe ist der einfache Motoraufbau, billige Beschaffung, wartungsfreier Betrieb und leichtes an-und abschalten, dazu der Wirkungsgrad von 90% und das wars. Die Gaswärmepumpe ist für größere Anlagen sicher interessant, z.B. als Wärmegeführtes BHKW mit mechanisch angeschlossener Wärmepumpe -könnt ich mir vorstellen. Durch die Abgasnutzung könnte man auch auf höhere Temperaturen der Wärmepumpe verzichten und die im Bereich 0/30 laufen lassen, also mit COP5 und höher für eine Niedertemperaturheizung (z.B. Fußboden)
Nachheizung des Brauchwassers über Abgaswärmetauscher in einen höher temperierten Pufferspeicher (einmal täglich bis 60Grad wegen Salmonellen) - ja das könnte besonders fürs Brauchwasser bei z.B. Schwimmbad sehr interessant werden. Bei mittleren Anlagen denkbar, ca ab 100kW Wärmeleistung.
Um an die Ausgangsfrage zurückzukehren, an windreichen Tagen kannst du Wp wie alle WP´s natürlich mit Windstrom betreiben, gleichzeitig auch genug steuerbare Last ins Netz hängen, um die (oft zu viele) Windkraft auch sinnvoll zu nutzen. Das geht ganz einfach mit "Tarifen" ist übrigens EU Vorschrift seit 2014 solche Tarife einzuführen, also lastabhängig.
Welches vorsintflutliche EU Land, sträubt sich dagegen, weil angeblich die Technik nicht vorhanden ist? Deutschland!
Es lebe der Faustkeil, der Dieselmotor und die Brennwertheizung (alles Teutsch)
Um mal die Ausgangsfrage, die auch/nur in der Überschrift vorhanden ist, zu beantworten: Weil man die Wärmepumpe idealerweise mit einer lokalen Stromerzeugung z. B. durch Photovoltaikanlage und/oder (Mini-) Windkraftanlage koppelt und somit keine/kaum externe Zulieferung benötigt.
Hallo nur mal so zur INfo, der Wirkungsgrad von Wärmepumpe mit Kraftstoff liegt deutlich unter 45 Prozent. Ähnlich ist es beim Auto.
Ich wollte mir vor drei Jahren ein Blockheizkraftwerk ins Haus stellen, die Alternative war (und ist nun) eine moderne Gasheizung und elektrische Wärmepumpe für Warmwasser. Wie oben schon erwähnt, rechnet sich ein kleines Blockheizkraftwerk innerhalb der Lebensdauer der Anlage schon ohne Berücksichtigung der hohen Servicekosten nicht. Dann kommen noch die ungünstigen - politisch gewollt niedrigen - Einspeisevergütungen, Netzentgelte etc. dazu. Kurzum, so etwas ist weder politisch gewünscht noch wirtschaftlich sinnvoll.
OpenAirFan
Ich will auch mal beantworten, warum in (unserem) Einfamilienhaus eine elektrische WP werkelt.
Die berechnete Heizlast (innen 20° halten, bei außen -16°C und keine Sonne) beträgt 3,5kW.
Da irgendwann auch die Brauchwassererwärmung mal fertig werden muss, ist unsere WP zu 80% Überdimmensioniert. (6kW Nennleistung)
Dazu braucht's 1,2 kW Antriebsleistung. Läuft ca. 1000 bis 2000 Stunden /Jahr.
Du willst mir jetzt also einen Verbrenner hinstellen,
> der einen VERDICHTER antreiben kann (Anlaufmoment=10xNennmoment)
> der bei 1,2kW Abgabeleistung Effizent läuft (Mofa-Motor) und aber bitteschön
> 20.000 Stunden weitgehend wartungsfrei läuft ? (20.000 Stunden sind beim Auto etwa 1 Mio km)
das alles, um 500€ Stromkosten zu reduzieren.
Dafür brauche ich dann
> einen Wärmetauscher,
> einen Pufferspeicher, nebst Pumpenregelung.
> eine Anlassvorrichtung,
> eine Abgasführung mit Ummantelung,
> den Schorni,
> und die Grundgebühr für den Gasanschluss ?
Positiver Nebeneffekt: ich muss kein schwingungsentkoppeltes Fundament mehr machen, damit man den Scroll-Verdichter nicht hört. Das erledigt dann der 1-Zylinder-Motor.
Oder sollte man schöne leise eine 1,2kW - Gasturbine erfinden ?????
Dann bertreibe ich doch lieber den Backofen mit Heizöl, und den Mixer mit einem Modellbau-Ethanolmotor. Der Schafft sie Drehzahl ohne Getriebe !
Mein Diesel-Borhammer ersetzt das Schlagwerk sehr elegant durch die erste Oberwelle der Antriebsswingung, und ein Benzin-Akkuschrauber beseitigt die Reichweiten-Angst.
Soviel zu "Primärenergie-Nutzen"
Hier die Vorteile: https://m.youtube.com/watch?v=pCs8B-TlylY
Kam im Video gut rüber: je kleiner die Maschine, desto unwirtschaftlicher und giftiger wird der Betrieb. Bei 1,2 kW Wellenleistung ergibt sich die Antwort von allein. Schiffsdiesel im Kreuzfahrschiff sind per se nicht "böse" aber die fehlende Abgasbehandlung machen den hohen Wirkungsgrad von bis zu 52% zum unwichtigen Nebeneffekt für den, der den Dreck einatmet.
Deshalb sind auch Kleinst-BHKW auch immer unwirtschaftlicher als eine Gasheizung mit deren unterirdischen Brennstoffnutzung