< Menü >    <Verzeichnis>     <Register>

          010 

Der Eintaktmotor als Energiespeicher ?

Durch das  Eintaktsystems, ist man förmlich gezwungen die Anwendung um die Energie- Speichermöglichket auszudehnen. Dabei ist zu bemerken, dass dies nur durch den Eintaktmotor ohne Verdichter möglich ist.
Der Energieaufwand für die Verdichtung im Otto- und noch mehr im Dieselmotor ist erheblich. Im Eintaktmotor, z.B.der Type D-A-D wird dies möglich, indem die gespeicherte Druckluft nicht pneumatisch sondern im Eintakt-Verbrennungsmotor ohne innere Verdichtung genutzt wird.
Trennt man die Verdichtung von der Arbeit und verdichtet extern,  gleich wie hoch, kann man durch den Eintaktmotor - und nur im Eintaktmotor, die verdichtete Luft mit einem hohen Wirkungsgrad auf Abruf nutzen bzw. in Strom verwandeln. Die Druckluft wird nicht pneumatisch, sondern thermisch genutzt werden, indem diese Luft  zu einem stöchiometrischen Gemisch aufgearbeitet wird und in einem Eintaktmotor z.B. der Type D-A-D ohne Verdichter, dann mit einem Wirkungsgrad von 80% Strom erzeugt.
Andere Speichermöglichkeiten sind als Luftspeicher bekannt. Druckluft- und Preßluftbehälter in der pneumatischen Anwendung, halten auf Abruf Druckluft bereit, die die mit ca 1% genutzt wird. Auch nach Vorwärmung, wird  ein sehr schlechter Wirkungsgrad erreicht, der hoch vorgeheizt ca. 7%Effektivität erreicht.
Die Anwendung bei der Automatisierung von Handhabungsvorgängen ist zwar bequem und sauber, deshalb stört auch der Wirkungsgrad von 1% wenig.

Die Größenordnung der Speicherkapazität gibt die Tabelle wieder.

Verdichtungsarbeit für 1m3 angesaugtes Gasvolumen in kp m und kW
n = 1 isothetme Verdichtung.       n = 1,4 isentroper  Verdichtung  (bei zweiatomigen Gasen)

p2/ p2              1,5 bar             2 bar               2,5 bar              3 bar              4 bar
n = 1,4        4300 kp m      7680 kp m     10460 kp m      12900 kp m    17030 kp m
                   0,012 kWh      0,020 kWh        0,028 kWh        0,035 kWh      0,046 kWh

 p2/ p2             5 bar                     6 bar            8 bar                  10 bar
n = 1,4      20400 kp m          23400 kp m    28400 kp m         32600 kp m
                  0,055 kWh            0,063 kWh       0,077 kWh          0,089 kWh

1 kWh = 367000 kp m      1kp m = 0,00272 W


Sehr effiziente, Energiespeicher sind als Pumpspeicher der Wasserkraftwerke bekannt, diese decken den Spitzenbedarf und gleichen die Belastung aus. Es sind rationelle wartungsfreundliche Stromspeicher  hoher Kapazität.  Batterien und Akkumulatoren können in diesem Falle  nicht mithalten.

Neu an diesem hier vorgestellten Vorhaben ist, dass extern gespeicherte Druckluft zwischen 2 und 5 bar, oder auch höher  durch einen  Eintaktmotor ohne Verdichter, in Arbeit umgewandelt werden soll.
Bisher wurde nie erwogen, den Verbrennungsluftanteil in einem  Verbrennungsmotor zu speichern und später auf Abruf  diesen über einen voll wärmeisolierten Eintaktmotor (mit rekuperativer Lufterwärmung) und damit mit 80% Wirkungsgrad in Arbeit zurück umzuwandeln.

Das Prinzip ist recht logisch. Die Verdichtungsarbeit in einen konventionellen Verbrennungsmotor, ist nie ein vollkommener adiabatischer Vorgang, es ist  ein großer Energieverlust der durch Verdichtungswärme entsteht. Am Mitteldruck im Dieselmotor ist dies zu erkennen.
Würde die Verdichtung adiabatisch ablaufen würde der Verdichtungsdruck verlustlos rückwirkend genutzt und ginge annähernd verlustlos in die Bilanz ein.
Beim Dieselmotor ist der Kolbendruck  nach der Zündung beispielsweise 48 bar, davon sind 40 bar nicht nur Druck, sondern Wärme. Könnten die 40 bar der Dieselverdichtung eingespart werden, kämen dies der Leistung zugute. Deshalb ist eine eingesparte Verdichtung, eine ideale Speichergrundlage.
  
Es liegt also nahe, den hohen Arbeitsaufwand  für die Verdichtung extern, ggf. über niedrig- Energieerzeuger, über  lange Zeiträume zu speichern.
Diese Druckluft zwischen 2 und 5 bar einem Otto- oder Dieselmotor zuzuführen, würde auch nur die Leistung, aber nicht den Wirkungsgrad steigern.

Diese Verbrennungsluft die über einen langen Zeitraum, an einem entfernten Ort (Mühle - Windmotor Sonne usw. gespeichert wurde, wird so in  Motornähe aufbereitet und in Strom umgesetzt.

Es wäre das erste Mal, dass ein Verbrennungsmotor mit extern verdichteter Luft betrieben wird. Mit einem konventionellen Ottomotor ist diese Technik aus genannten Gründen nicht möglich.


Motortyp D-A-D Schemazeichnung (wobei D Druckluft bedeutet )

Durch die fehlenden Verdichter wird die Motorkonstruktion vereinfacht ! Siehe unten.

dad4.jpg (32786 Byte)

        
Für eine effiziente Umsetzung kommt daher   nur die  die voll - <wärmeisolierte Motorausführung> - in Frage

Die Druckluft kann in wartungsfreundlichen Druckluftbehältern oder in  geologisch günstigen Kavernen z.B. unter Wasser gespeichert werden.  Niedrige Speicherdrücke und große Speicherbehälter  sind natürlich sehr vorteilhaft.

Die gespeicherte Druckluft steht sofort als beachtliche Energiereserve auf Abruf zur Verfügung, denn es wird nicht die Druckluft mit 1% Wirkungsgrad Pneumatisch direkt genutzt, sondern mit Hilfe von Kraftstoff und 80% Wirkungsgrad  in Arbeit umgesetzt.

Diese Methode  kommt es analog als Ersatz zu einem als Pumpspeicherwerk nahe, wenn kein Nieveauunterschied (Berg) genutzt werden kann, wie es in der Ebene der Fall ist.

Die Speicherkapazität ist erheblich, bei einem  50 kW  Dieselmotor kann sich sich eine Speicherkapazität durch den  Eintaktmotor von ca. 30 kWh ergeben.

Die Speichermethode ist ökologisch aber auch ökonomisch günstiger als die chemische Methode über Bleiakkumulatoren.
Siehe dazu unter der Typenbezeichnung  Typ D -A - D den <PKW tauglichen Dampfmotor>

Komprimierte Luft als Energiespeicher zu benutzen ist nicht neu. Kleine Turbinen werden in Geräten der Zahnmedizin, Goldschmieden   und explosionsgefährdeten Räumen verwendet. Es sind Kleingeräte.
Die Druckluft kann aus Stahlflaschen oder Kompressoren entnommen werden. Der Wirkungsgrad liegt bei ca.1%.
Die zweite Möglichkeit ist Strom aus Druckluft zu erzeugen. Dabei ist es möglich Druckluft statt Heißdampf durch die Dampfturbine zu blasen, um über den Stromgenerator den Strom abzunehmen.
Der Wirkungsgrad wird bei dieser Methode auch nur bei 1% liegen.
Da natürliche große Speicher für die Druckluft gefunden wurden, z.B  in Norton US-Bundesstaat Ohio, soll ein riesiger Hohlraum in 800 m Tiefe mit 110 bar aufgepumpt und soll über einen bestimmten Zeitraum 2700 MW leisten.

In Deutschland wird seit 1978 das erste Luftspeicherkraftwerk der Welt im niedersächsischen Huntorf betrieben. Große Kavernen eines Salzstocks in 800 m Tiefe und 310000 m3 Rauminhalt werden auf 70 bar aufgepumpt. Bei Spitzenbedarf wird in der Art eines Pumpspeicherwerkes die Druckluft abgenommen durch Gasbrenner angewärmt und durch Turbinen getrieben. Der Wirkungsgrad ist aber auch nicht größer wie bei Druckluftwerkzeugen    Siehe dazu: <Energieentstehungspfad>
Über eine Gasturbine werden bis zu drei Stunden 290 MW Strom erzeugt.Wird die Druckluft in den Kavernen mit geringem Energieeinsatz gespeichert und mit dem voll wärmeisolierten Eintaktmotor wie eingangs beschrieben zurück in Strom umgesetzt. Dieser Weg ist effektiver als der mit der dazwischen geschalteten Gasturbine.

1 Geeignet erscheint eine Unterwasserspeicherung der verdichteten Luft in natürlichen Kavernen, bei niedrigem Druck bis 2 bar die z.B. durch Windturbinen oder sonstige leistungsschwache  Kraftquellen durch kleine Kolbenverdichter erzeugt wurde.

                       lllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll