Issuu on Google+

Wärmeerzeugung

16 17

POW Sonderheft BHKWs & POWER SUPPLIES 3/4-2013

Abwärme energieeffizient verstromen Jochen Fink, Director Sales & Operation.

Wer aus Abwärme Strom erzeugen will, kann das thermische Kreislaufverfahren Organic-Rankine-Cycle (ORC) nutzen. Der Maschinen- und Anlagenhersteller Dürr Cyplan hat dafür eine Nachverstromungstechnologie entwickelt. Die Anlage lässt sich an unterschiedliche Abwärmequellen koppeln und nutzt sowohl Hoch- als auch Niedertemperatur-Wärmequellen. Das breite Einsatzspektrum der flexiblen Technologie umfasst auch Bestandsanlagen. Für den Hochtemperaturbereich kommen Anlagen wie etwa Biogas-Blockheizkrafwer­ke, Abfalldeponien und Klärwerke in Frage. Dagegen verarbeiten NiedertemperaturORC-Anlagen beispielsweise die Abwärme modularer Geothermiekraftwerke, industrieller Produktionsprozesse und aus dem Bereich der thermischen Abluftreinigung. Mit der Direktverdampfungstechnologie lassen sich von der Abwärme bis zu 20 % in elektrische Energie umwandeln. Die restlichen 80 % stehen mit einer Temperatur von bis zu 90 °C für die nachgeschaltete Wärmenutzung bereit. „Die Kombination von Motoraggregat und Nachverstromungs­ technologie ist eines der spannendsten Themen, die es im Bereich Motortechnik derzeit gibt“, sagt Jochen Fink, Director Sales & Operation. „Fragt man etwa einen Hersteller nach einem Motor aus der Standardbau­ reihe mit einer 5 % höheren Effizienz, erhält man sicher die Antwort: vielleicht in zehn Jahren. Aber genau das kann unsere ORCTechnologie bereits heute schon leisten.“ Das Unternehmen bietet standardisierte Kompaktmodule in Leistungsgrößen zwischen 40 und 500 kWel an. Ähnlich einem Großkraftwerk arbeiten die Anlagen mit Gas und Dampf. Sie lassen sich direkt in das Abgassystem einbinden und nutzen Abwärme zur Stromerzeugung ohne weiteren Brennstoffbedarf.

Für den passiven Dampfkreisprozess greift ein Wärmetauscher Abgaswärme ab und führt sie dem Prozess zu. Dort wird ein organisches Arbeitsfluid verdampft und somit der Druck aufgebaut, der eine Turbine antreibt. Die so entstehende mechanische Energie wird schließlich in Strom umgewandelt. Anschließend wird das Arbeitsfluid wieder kondensiert und noch vorhandene Restwär­me abgeführt. Eine Pumpe sorgt für den geschlossenen Kreislauf. Während andere ORC-Prozesse mit chemischen Verbindungen wie beispielsweise Kältemittel arbeiten, verwendet der Hersteller für seine Anlagen einen handelsüblichen, nichttoxischen Kohlenwasserstoff, wie er auch als Lösungsmittel für Lacke eingesetzt wird. Die Vorteile liegen auf der Hand: Kohlenwasserstoff ist reichlich verfügbar, thermisch hoch stabil und mit etwa drei €/l kostengünstig.

Ausgezeichnete Technologie „Entscheidend ist, mit dem kaskadischen Prozess geht Wärme nicht verloren“, sagt Fink. „Unsere mit dem „Umwelttechnik-Preis Baden-Württemberg“ ausgezeichnete ORCTechnologie ist eine Neuheit, da sie eine

Kraft-Wärme-Kopplung schon in kleinen Leistungsbereichen ab 40 kW ermöglicht.“ So konnten beispielsweise die Stadtwerke in Groß-Gerau mit einer ORC-Anlage die Stromproduktion eines Biogas-Blockheizkraftwerks um 560 MWh pro Jahr erhöhen. Die verbliebene Restwärme nutzen die Stadtwerke zur Beheizung von Gebäuden und im Sommer zusätzlich für Trocknungsprozesse in einem benachbarten landwirtschaft­lichen Betrieb.

Nahezu wartungsfrei Eine ORC-Anlage hat in etwa die Größe eines BHKWs. Die Fläche ist notwendig, um die Wärme übertragen zu können. Mit eigener Steuerung direkt neben dem BHKW platziert, sind lediglich Abgas und Kühlwas­ ser anzuschließen. Generator und Turbine der ORC-Anlage sind hermetisch abgeschlos­sen und komplett in das System integriert. Das heißt, ein aufwendiger Zwischenkreis und eine separate Turbinenschmierung mit Schmieröl entfallen, da das Arbeitsfluid aus dem Prozess diese Funktion übernimmt. Das sorgt für eine hohe Betriebsstabilität, da sich Arbeitsfluid und Turbinenöl nicht vermischen können. Damit ist das System nahezu wartungsfrei. Einzig die in der Druckgeräte-Richtlinie vorgeschriebene Druckprü­fung nach zehn Jahren ist durchzuführen.

70 kW ORC Anlage im Dürr-Technologiezentrum in Bietigheim-Bissingen.


ORC-Anlage bei der Anlieferung am Kranhaken.

Investition in die EnergieInfrastruktur Im Allgemeinen ist die Integration einer ORC-Anlage in eine Biogasanlage ab einer Größe von 500 kW und einer Dauerleistung von 8.000 Stunden im Jahr wirtschaftlich. Die Anschaffungskosten für eine 40-kWAnlage, die sich mit einem 500-kW-BHKW kombinieren lässt, liegen in etwa in einer Größenordnung von 5.000 €/kW. Damit erwirtschaftet die Anlage einen Betriebsüberschuss von etwa 50.000 € im Jahr je nach Anwendungsfall und Auslastung. „Betreiber von Biogasanlagen können sich mit der Investition in eine ORC-Anlage wett-

bewerbsfähiger aufstellen,“ erklärt Fink. „Dabei ist es nicht entscheidend, ob sich die Anschaffung in vier oder fünf Jahren lohnt. Vielmehr geht es darum, mit steigendem Wirkungsgrad auch die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage zu erhöhen. Zudem ist eine ORC-Anlage eine Investition in die Energie-Infrastruktur, weil sich damit auch der Energiebedarf von Bestandsanlagen wirtschaftlich decken lässt.“

Direktverdampfungstechnologie nachgerüstetes BHKW um 17,6 % höhere KWK-Einnahmen bei gleichbleibender Wärmenutzung errechnet. Bei einer Wärmenutzung mit einer Trocknungseinrichtung wie zum Beispiel einer Holz-, Gärrest- oder Kräutertrocknung von 1,5 Mio. kWh/a ergeben sich danach zusätzliche Einnahmen von etwa 7.100 € jährlich. (cte) Bilder: Dürr Cyplan Ltd.

Eine sinnvolle Ergänzung sind die ORC-An­ lagen darüber hinaus für Konzepte, die nach dem EEG 2009 und 2004 vergütet werden, da hier die Vergütung mit der Erhöhung der Stromkennzahl steigt. Die Bietigheim-Bissinger haben für ein mit der

info Dürr Cyplan Ltd. 74321 Bietigheim-Bissingen Fon: +49 (0)7142 78 1829 www.durr-cyplan.com

ORC-Modul im KWK-Betrieb an einer Biogasanlage der Stadtwerke Groß Gerau.

Perkins Gasmotoren von 300 bis 1.000 kW Flexibel, zuverlässig, wirtschaftlich, weltweites Service-Netzwerk

www.bu-power-systems.de

BU Power Systems ist Perkins® 4000 Series Gas Centre of Excellence

THE HEART OF EVERY GREAT MACHINE


Bhkw 03 04 2013 s16 17 duerr