Versuchsanlage für Hochtemperatur-Wärmepumpen mit R718

Abstract

Ein beträchtlicher Anteil des Primärenergiebedarfs wird für die Prozesswärmeerzeugung benötigt. Da dabei größtenteils fossile Energieträger zum Einsatz kommen, sind die CO2-Emissionen entsprechend hoch. Mittels Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTWP) kann ein gewisser Anteil der Prozesswärme durch die Aufwertung von Ab- oder Umweltwärme genutzt werden. Trotz der seit längerem vorhandenen Technologie der Dampfverdichtung haben sich HTWP bisher nicht durchgesetzt. Offene Fragestellungen sind dabei unteranderem wie die Anlagen durch die Verwendung von Verdichtern mit einem hohen Druckverhältnis möglichst einfach gestaltet werden können und wie die Wär-mepumpen effizient integriert werden können. Um diesem Forschungsbedarf zu begegnen wird derzeit am DLR Institut für CO2-arme Industrieprozesse eine Pilotanlage einer geschlossen HTWP mit dem Arbeitsmittel (Wasser-)Dampf aufgebaut. Durch die Gestaltung der Anlage ergibt sich eine hohe Flexibilität, die allerdings wiederum eine komplexe Anlagensteuerung erforderlich macht. In diesem Beitrag wird neben der Entwicklung des Fließschemas auf das Steuerungs- und Regelungskonzept der Anlage eingegangen, dass es erlaubt, trotz der begrenzten Kenn-feldbreite der verwendeten Turboverdichter, diese jeweils in einem stabilen Betriebspunkt zu betreiben.