Gegenstromkraftwerk

Das Gegenstromkraftwerk

   Das Ziel
   Das Gesamtsystem
   Die Komponenten

Das Gegenstromkraftwerk ist ein Dampfkraftwerk, das durch konsequenten Einsatz von Gegenstromwärmetauschern eine besondere Energieeffizienz und damit einen herausragenden Wirkungsgrad erreichen soll.
Bedingung für ein dauerhaftes und wartungsarmes Funktionieren einer solchen Anlage ist die Verwendung von sauberem Brennstoff, der bei der Verbrennung weder agressive Verbindungen (beispielsweise Schwefelsäure) noch Schmutz (beispielsweise Ruß) erzeugt. Als Brennstoffe eignen sich Wasserstoff, Methan, Ethan, Propan, Butan, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Kohlenmonoxid, sowie einige weitere Substanzen und Gemische. Die Verbrennung soll nach Möglichkeit so erfolgen, daß dabei nur Wasserdampf, Kohlendioxid oder ein Gemisch aus beidem entsteht.

Das Ziel

Zweck jedes Wärmekraftwerks ist es, mit möglichst wenig Brennstoffeinsatz möglichst viel Elektroenergie zu erzeugen. Ziel dieser Bauart ist, der Wärmeenergie nur einen Weg aus dem Kraftwerk zu öffnen, nämlich in Elektroenergie umgewandelt durch die Stromleitung. Deshalb sind die unterschiedlich temperierten Bereiche des Kraftwerks durch Gegenstromwärmetauscher isoliert. Diese Art von Wärmetauscher erlaubt den Austausch eines Mediums oder zweier Medien bei nur sehr geringem Wärmeaustausch zwischen den Bauteilen.

Das Gesamtsystem

Im linken Cartoon sieht man das Gegenstromkraftwerk im Überblick.

Rechts sind die verschiedenen Kreisläufe und Leitungen farbig markiert.
violett: Treibstoff
gelb: Luft
blau: Wasser
grün: Kühlflüssigkeit

Links ist ein Wärmebild des Kraftwerks dargestellt.
rot: heiß
blau: kalt

Auf der rechten Seite ist der Luftkreislauf hervorgehoben.
Die Luft wird durch ein Gebläse angesaugt und aufwärts in den Frischluftvorwärmer gedrückt. Daran schließt sich der Kessel an, in dessen Brennkammer Treibstoff verbrannt wird. Anschließend durchströmt die Prozeßluft den darüber liegenden Nachbrenner, in dessen Brennkammer ebenfalls bedarfsweise Brennstoff verbrannt wird. Daraufhin wird die Verbrennungsluft in den Überhitzer umgelenkt und strömt nach dessen Passieren abwärts durch den Abluft-Speisewasser-Wärmetauscher. In diesem kondensiert ein Teil des in der Verbrennungsluft enthaltenen Wasserdampfes aus, weshalb das Abluftrohr weiter nach unten zum Wassertank geführt wird. Von dort wird die Abluft weiter in's Freie geleitet, beispielsweise durch einen Kamin.

Der linke Cartoon stellt den Wasserkreislauf des Kraftwerkes dar.
Rechts unten befindet sich der türkisfarben markierte Wassertank. Rechts neben diesem sind zwei Pumpen eingezeichnet, die Frischwasser von außerhalb in den Wassertank und überflüssiges Kondenswasser aus dem Wassertank in die Umgebung pumpen können.
Der Wärmekreislauf beginnt mit der Speisewasserpumpe, die das Speisewasser vom Wassertank in den Kaltwasser-Drucktank pumpt. Speisewasser ist dunkelblau markiert. Über diesem befinden sich zwei Umwälzpumpen, die das Kaltwasser in den Abdampf-Speisewasser-Wärmetauscher links und den Abluft-Speisewasser-Wärmetauscher rechts pumpen. Das im Abdampf-Speisewasser-Wärmetauscher vorgewärmte Speisewasser wird nach Passieren einer Wärmeweiche entsprechend seiner Austrittstemperatur ebenfalls in den Abluft-Speisewasser-Wärmetauscher eingespeist. Nach dessen Passieren wird das so vorgewärmte Speisewasser in den Kessel geleitet, in welchem es auf Siedetemperatur erhitzt wird. Ein Teil des Kesselwassers wird für den Frischluftvorwärmer abgezweigt, in diesem heruntergekühlt und wieder dem Kaltwasser-Drucktank zugeführt. Der im Kessel entstehende Wasserdampf wird am oberen Ende im Dampfdom gesammelt und durch den Überhitzer und das Dampfventil zur Turbine/Wirbelmaschine gedrückt. Dampf ist hellblau markiert. Danach fällt der Abdampf durch das Fallrohr in den Rekombinator. Bei Verwendung einer normalen Turbine, beispielsweise einer Tesla-Turbine, ist der Rekombinator überflüssig und kann weggelassen werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine Dampfscheiben-Unipolarmaschine zu verwenden oder die Turbinenwirkung mit einem Unipolarmaschinen-Effekt zu kombinieren. In diesem Fall würden die Elektronen durch die Lorentzkraft nach außen gedrückt, während das positiv geladene teilweise ionisierte Dampf-Plasma-Gemisch in einem Wirbel nach innen abströmt. Hierfür bräuchte man den Rekombinator zum Schließen des Stromkreises. Im Rekombinator werden dann Plasma-Ionen und Elektronen wieder zu Wasserdampfmolekülen rekombiniert. Plasmahaltiger Dampf ist pastellblau gekennzeichnet. An den Rekombinator schließt sich der Abdampf-Speisewasser-Wärmetauscher an, in welchem der Abdampf kondensiert und das Speisewasser vorgewärmt wird. Der Farbcode für diesen unter Unterdruck stehenden Teil ist hellgrün. Unten links im Kondensator endet der Kreislauf. In ihm wird der letzte noch nicht kondensierte Abdampf heruntergekühlt und das dunkelgrün gezeichnete Kondenswasser gesammelt. Das Kondenswasser wird anschließend zurück in den Wassertank gepumpt.

Im rechten Bild sind sämtliche Umrisse eingezeichnet.

Die mit Buchstaben bezeichneten Bauteile werden im nächsten Abschnitt erläutert.

Die Komponenten

Bauteil A ist die Wirbelmaschine. Das ist das Ding im Kraftwerk, an dem der Elektrogenerator hängt. Als Wirbelmaschine eignen sich ziemlich viele Arten von Turbine. Allerdings kann auch eine Dampfscheiben-Unipolarmaschine verwendet werden. Durch den Unipolarscheibeneffekt kann man im Magnetfeld Wasserdampfmoleküle ionisieren und die abgetrennten Elektronen in einen Gleichstromkreis einspeisen. Das Wasserdampfplasma wird dann in Bauteil E wieder mit den Elektronen vereint und der Stromkreis so geschlossen.

Bauteil B: Dampfventil

Bauteil C: Überhitzer

Bauteil D ist der Nachbrenner und stellt zusätzliche Wärme für den Überhitzer bereit.

Bauteil E ist der Rekombinator. Dieses Bauteil ist nur dann notwendig, wenn als Bauteil A keine normale Turbine, sondern eine Dampfscheiben-Unipolarmaschine zum Einsatz kommt. Bei Verwendung normaler Turbinen wird dieses Bauteil daher weggelassen.