Integrierte Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung zur dezentralen, bedarfsgerechten Energieversorgung mittels eines variablen Gaskreisprozesses

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Gegenwärtig entfallen mehr als 40 % unseres Endenergieverbrauches auf die Heizwärme- und Warmwasserversorgung in Wohngebäuden, vorwiegend in Form fossiler Primärenergieträger (Öl, Erdgas). Durch dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und durch Wärmepumpen - insbesondere mit thermischem Antrieb - ließe sich hier das größte Einsparpotential in unserer Energieversorgung erschließen. Die Verbreitung der dezentralen KWK scheitert jedoch an der starren, nicht bedarfsgerechten Kopplung von Strom und Wärme, während Wärmepumpen mit den Investitionskosten derzeitiger Heizungssysteme konkurrieren müssen. In dem beantragten Projekt soll ein regenerativer Gaskreisprozess ausgelegt und experimentell realisiert werden, der in einzigartiger Form beide Funktionen vereinigt und so ein integriertes Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungssystem darstellt. Er lässt sich bedarfsgerecht zwischen drei Betriebszuständen umschalten: gezielte Stromproduktion zur Spitzenlastabdeckung (KWK durch Stirlingmotor), effiziente Wärmeversorgung in Grundlastzeiten (Vuilleumier-Wärmepumpenbetrieb) sowie eine Zwischenstufe mit anteiliger Stromerzeugung und Wärmepumpenwirkung. Hierzu ist eine speziell strukturierte Optimierungsstrategie zu entwickeln. Weiterhin soll der experimentelle Aufwand durch erstmalige Anwendung einer ähnlichkeitstheoretischen Skalierung reduziert und damit diese Methodik sowie die Anwendbarkeit vorhandener Simulationsmodelle auf solche Fälle verifiziert werden.