Akustische und strukturdynamische Untersuchung an einer Hochtemperatur-Wärmepumpe

Kurzfassung

Der Klimawandel ist eines der bedeutendsten Themen unserer Zeit. Eine Herausforderung bei der Energieversorgung der Zukunft ist die Reduktion von klimaschädlichen Treibhausgasen bei einem gleichzeitig immer steigenden Energiebedarf in Form von Elektrizität und Wärme. Hochtemperatur-Wärmepumpen stellen dabei eine attraktive Möglichkeit dar, aus Elektrizität aus erneuerbaren Energien, Wärme und Kälte zu erzeugen, die in Industrieprozessen genutzt werden können. Damit werden sie einen bedeutenden Beitrag zum dekarbonisierten Energiesystem der Zukunft und der Phase des Umbaus leisten. Eine beim DLR in Cottbus entwickelte, geplante und gebaute Pilotanlage einer Hochtemperatur-Wärmepumpe arbeitet nach dem Brayton-Prinzip und wird derzeit mit Luft als Arbeitsmedium betrieben. Im elektrisch angetriebenen Verdichter wird das Arbeitsmedium komprimiert und dadurch auf etwa 300°C erwärmt. Anschließend wird ein Großteil der Wärme, unter Verwendung eines Wärmeübertragers, ausgekoppelt. In der nachfolgenden Turbine wird das Arbeitsmedium entspannt und weiter abgekühlt wobei je nach Fahrweise der Wärmepumpe eine Temperatur von etwa -40°C erreicht werden kann. Die Turbine treibt einen Generator an, der einen Teil der elektrischen Energie für den Antrieb des Verdichters zur Verfügung stellt. Beim Betrieb der Anlage ergeben sich auch Herausforderungen aus dem Bereich der Schall- und Schwingungstechnik. Im Beitrag werden experimentelle Modalanalysen, Betriebsschwingungsanalysen und akustische Messungen vorgestellt, die zur sicheren Betriebsweise der Hochtemperatur-Wärmepumpe beitragen.