Dezentrale Lösungen entwickeln – Stromerzeugung aus industri
Mit dem Voranschreiten der Energiewende wächst das Interesse an dezentralen und regelbaren Erzeugereinheiten. Die Nutzung von Abwärme in Industrieprozessen kann nennenswert dazu beitragen, die Energieeffizienz zu steigern und CO2-armen Strom zu erzeugen. Der Organic Rankine Cycle (ORC) bietet hierfür einen technologischen Ansatz zur Wandlung von Abwärme in Strom. Das nordbayerische Konsortium aus Universität Bayreuth, OTH Amberg-Weiden und der Firma DEPRAG beschäftigt sich seit nunmehr 7 Jahren erfolgreich mit der Entwicklung von ORC-Systemen und insbesondere von Mikroexpansionsturbinen im kleinen Leistungsbereich unter 50 kW (elektrisch).
Die Rückgewinnung von ungenutzten Energieströmen wie die Wärme in Abgasen von Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen oder auch die Abwärme industrieller Prozesse stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Verbesserung der Energieeffizienz dar. Die existierenden technischen Lösungen, wie nachgeschaltete Dampfkraftprozesse oder Turbinen als Erdgasexpander, beschränken sich auf Energieströme mit Temperaturen über 500 °C und elektrische Anlagenleistungen über 100 kW. Um eine breite Marktdurchdringung zu erreichen und einen spürbar positiven Effekt auf das heutige Energiesystem zu erzielen, ist es wichtig, auch die erheblichen Potentiale auf niedrigen Temperaturniveaus zu erschließen.
Das Konzept: effiziente, kleinskalierte ORC-Turbine
Der ORC bietet sich insbesondere für Wärmequellen mit Temperaturen von 100 °C bis 500 °C als Technologie zur Energiewandlung an. Dabei handelt es sich im Prinzip um den altbekannten Dampfkraftprozess, der nach dem schottischen Physiker und Ingenieur William John Macquorn Rankine (1820 – 1872) benannt ist. Im Unterschied zu konventionellen Kraftwerken werden in ORC-Systemen jedoch organische Fluide statt Wasser als Arbeitsmedium eingesetzt. Diese Stoffe haben den Vorteil, dass sie bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen verdampfen. Im elektrischen Leistungsbereich kleiner 100 kW hat sich diese Technologie noch nicht ausreichend etabliert. Dies ist unter anderem im Mangel an wirtschaftlichen Mikroexpandern mit Generatoren begründet. Gerade hier besteht ein wichtiger Ansatzpunkt der intensiven Forschungs- und Entwicklungsarbeit der Kooperationspartner. Zum einem wurde eine neuartige, hochintegrierte Turbinen-Generator-Einheit entwickelt, welche aus einer axialen Gleichdruckturbine mit hermetisch dichtem Synchrongenerator besteht (Abbildung Turbine). Darüber hinaus wurde ein innovatives Wärmeübertrager-Design (Plate & Shell-Wärmeübertrager) erprobt, um das ORC-Arbeitsmedium direkt mit dem Abgas zu koppeln. Durch diese Maßnahme werden kostenintensive Zwischenkreisläufe vermieden.
Mehr Informationen: DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO.
