Producción sostenible de electricidad a bajas temperaturas.

El calor a baja temperatura en forma de calor residual de la industria o las plantas de energía geotérmica ofrece un gran potencial para un suministro de energía sostenible y personalizado. El Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) está trabajando ahora en un ciclo modular de baja temperatura en Karlsruhe (MoNiKa), la única instalación de investigación de este tipo en Europa. El trabajo tiene como objetivo aumentar la eficiencia y el respeto al medio ambiente de la conversión del exceso de calor en electricidad utilizando el ciclo de rankine orgánico (ORC).

Baja temperatura en los últimos años calor ha ganado importancia para la generación eficiente de electricidad con bajos niveles de CO₂ emisiones. “En lugar de liberar el exceso de calor al medio ambiente, tiene más sentido usarlo y generar electricidad a partir de él”, dice el Dr. Dietmar Kuhn, líder del grupo de Ingeniería de Energía y Procesos en el Instituto KIT de Tecnología Térmica y Seguridad Energética (ITES) . Las denominadas instalaciones ORC convierten el calor por debajo de 200 ° C en electricidad para hogares privados. Estos objetos se basan en el Rankine orgánico. ciclo, un proceso que lleva el nombre del fundador británico de la termodinámica, William John Macquorn Rankine, y se utiliza principalmente en energía plantas.

Es un ciclo líquido-vapor en el que el fluido circula y se calienta a mayor presión hasta que se evapora. El vapor caliente se dirige a una turbina, que baja la presión y la temperatura y las convierte en energía cinética y electricidad. El punto de ebullición del agua a presión es de varios cientos de grados. Esto es mucho más de lo que puede proporcionar una fuente de baja temperatura como el calor geotérmico. Por esta razón, el proceso ORC utiliza diferentes fluidos como medios operativos que la central eléctrica de carbón. En MoNiKa, los expertos trabajan con propano, que tiene un potencial de calentamiento global muy bajo y una alta eficiencia.

Estrategias para aumentar el rendimiento de los objetos ORC

Hasta ahora, la eficiencia o el rendimiento energético del exceso de calor de ORC solo ha estado en el rango del 10 al 15 por ciento. Los científicos de KIT ahora quieren desarrollar nuevas estrategias para aumentar la eficiencia de los ORC y reducir sus emisiones de CO₂ huella. “MoNiKa es el centro de investigación y desarrollo más moderno. El único de su tipo en Europa ”, dice Kuhn. A diferencia de la mayoría de las plantas de ORC, el ciclo de vapor de MoNiKa opera en un estado supercrítico. Cuando se trata de temperatura, presión y densidad, el llamado El punto de inflexión donde el gas se vuelve líquido y viceversa. Las transiciones de fase se vuelven suaves. “Como resultado, la producción de electricidad se puede incrementar entre un 20 y un 30 por ciento”, dice Kuhn.

La instalación modular incluye una planta de calefacción que simula una fuente de calor a baja temperatura. Varios sensores miden temperaturas, presiones y tasas de flujo para comparar los datos operativos con los cálculos del modelo y mejorar la calidad del pronóstico. Sobre esta base, los científicos planean analizar y optimizar componentes centrales como un intercambiador de calor o un capacitor híbrido innovador para aumentar su eficiencia energética y compatibilidad ambiental. El trabajo también tiene como objetivo reducir o prevenir las fugas del ciclo.