Roberto Lisker - Technische Hochschule Wildau

Integrierte KraftWärme-Kopplung mit
einer Tesla Turbine
ROBERTO LISKER, M.ENG.
Entstehung
• Mikroalgen werden in einem
geschlossenen Kreislauf zur
Wertstoffproduktion kultiviert
• Wärme und Strom des BHKW wird in
den Kreislauf integriert
• Ernte
• Trocknung
• Aufarbeitung d. Biomasse
• BHKW Abgastemperatur zu hoch für
die Alge
 Nutzung der thermischen Restenergie
INTEGRIERTE KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG MIT EINER TESLA TURBINE
ORC mit Tesla Turbine
• Untersuchung geeigneter Arbeitsmedien
 Butan, Propan
• Auslegung der Systemkomponenten
Tesla Turbine
• Mehrere Scheiben planparallel und koaxial in
einem definierten Abstand auf einer Welle
angeordnet
• Kraftübertragung durch Reibung


Kraftübertragung von Viskosität abhängig
Realisierbares Enthalpiegefälle ist
Werkstoffabhängig
• Einfache Skalierbarkeit durch
Scheibendurchmesser und Anzahl
• Wenig Wissen vorhanden
INTEGRIERTE KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG MIT EINER TESLA TURBINE
Problem Tesla Turbine
• Theoretische Auslegung  wenig Wissen
• Kein kommerziellen Anbieter  Selbstbau
• Wie baut man eine Turbine?
• Unbekannter Wirkungsgrad
•  Versuche/ Versuchsstand
INTEGRIERTE KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG MIT EINER TESLA TURBINE
Kühlung in den Scheiben
• Kühlung der Scheiben ist technisch möglich
 Ermittlung der Wärmeübergangskoeffizienten
 Berechnungsmodell
• Auswirkungen auf den Turbinenwirkungsgrad
und die Leistung
• Wechselwirkung Turbine <-> Pumpe
• Kondensation
 Tropfenkondensation
 Filmkondensation
 Auswirkung der Kondensation auf das
Betriebsverhalten und die Peripherie
INTEGRIERTE KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG MIT EINER TESLA TURBINE
Integrationskonzept Dampfkreislauf
• Turbine wärmt das Speisewasser vor und
verdichtet auf den Verdampfungsdruck
• Kleinere Speisewasserpumpe
• Brennstoffeinsparung durch effektivere
Wärmenutzung
• Scheiben bieten große Übertragungsfläche
Brennkraftturbine mit Drehkessel LaMont GmbH
INTEGRIERTE KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG MIT EINER TESLA TURBINE
Integrationskonzept Gas und Dampf
• Gasturbine mit gekühlten Scheiben
• Höhere Verbrennungstemperaturen in der
Turbine  Wirkungsgraderhöhung
• Überhitzung des Dampfes in der Gasturbine
und Druckerhöhung
• Dampfturbine mit gekühlten Scheiben
• Vorwärmung des Speisewassers und
Druckerhöhung
• Effektivere Nutzung des Brennstoffes und der
thermischen Energie
INTEGRIERTE KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG MIT EINER TESLA TURBINE
Kraft-Wärme-Integration in Turbinen
• Nutzung zur Vorwärmung der
Verbrennungsluft
Capstone Mikroturbine
• Wird meistens in Mikroturbinen angewandt
• Leistung zwischen 15-100 kWel
• Umgebaute Turbolader
• Hohe Drehzahlen notwendig, da kompakte
Permanentmagnetsynchrongeneratoren
notwendig
• Meist industrielle Anwendungen für
Prozesswärme
• Abgastemperatur von 275°C
• Temperaturbegrenzt  Wirkungsgrad
Erhöhung nur durch Abwärmenutzung
INTEGRIERTE KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG MIT EINER TESLA TURBINE
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit