Die ORC-Anlage lässt sich direkt in die Struktur einer Biogasanlage integrieren.
Wärmeerzeugung
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POW Sonderheft BHKWs & POWER SUPPLIES 1-2015
Abwärmeverstromung mit geschlossenem Kreislauf Bereits seit 20 Jahren beschäftigt sich GMK (Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH) aus Bargeshagen mit thermodynamischen Systemen und Fragen zum organischen Kreisprozess (ORC). Das Unternehmen entwickelt und fertigt ORCAnlagen zur Nutzung von Abwärme aus Großmotoren, die zum Beispiel in Biogasanlagen oder Blockheizkraftwerken zum Einsatz kommen. So hat der Hersteller mit Inducal (industrial caloric) einen Anlagentyp entwickelt, der neben den genannten Wärmequellen auch Abwärme aus industriellen Anlagen wie beispielsweise von Glasund Stahlwerken ab Temperaturen von 100 °C in elektrische Energie umwandelt.
Die ORC-Anlage arbeitet dazu mit zwei geschlossenen Kreisläufen. Im Primärkreislauf wird die im Motorabgas anfallende Wärme von einem mit Thermalöl durchflossenen Rohrbündel-Abgaswärmeübertrager aufgenommen. Das erhitzte Thermalöl gelangt mithilfe einer Pumpe in eine ebenfalls mit Rohren ausgestattete Vorwärmer-Verdampfer-Einheit. Hier wird die thermische Energie aus dem Thermalöl an ein organisches ORC-Arbeitsmedium im Sekundärkreislauf übertragen, welches an die jeweilige Abwärmequelle individuell angepasst ist. Das Arbeitsmedium siedet und verdampft bereits bei Temperaturen von 80 - 90 °C. Es gelangt dann über die
Ansicht einer ORC-Anlage. Metalldichtungen stellen einen vollkommen geschlossenen Kreisprozess sicher.
Frischdampfleitung in ein Expander-Generator-Aggregat, das die thermische Energie des Arbeitsmediums in elektrische Energie wandelt. Bei dem geschlossenen Kreislauf verflüssigt eine Rekuperator-KondensatorEinheit anschließend das entspannte Arbeitsmedium und eine Kondensat-Speisepumpe führt es der Vorwärmer-VerdampferEinheit wieder zu. „Für einen sicheren und effizienten Betrieb ist die Dichtigkeit der ORC-Anlage entschei dend“, sagt Aldo Piacentini-Timm, Geschäftsführer der GMK. „So garantieren beispielsweise Rohrbündelwärmeübertrager einen äußerst zuverlässigen Kreispro-
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Aldo Piacentini-Timm, Geschäftsführer zess, da die robusten Rohrbündelwärmeübertrager nicht in Schwingung geraten können. Dieses Problem kann dagegen beim Einsatz von Plattenwärmeübertragern auftreten. Hier können die einzelnen Platten durch die bei der Verdampfung des Arbeitsmediums entstehende Blasenbildung und die damit verbundene ungleiche Druckverteilung in Schwingung geraten, was letztendlich zu Rissen in den Platten führen kann. Ein Fakt, der in der Vergangenheit bei manchem Kunden zu Verunsicherungen gegenüber dem ORC-Prozess geführt hat.“ Da für den ORC-Prozess ein hohes Vakuum erforderlich ist, muss die Anlage enormen Differenzdrücken standhalten. Um dabei einen vollkommen geschlossenen Kreisprozess sicherzustellen, setzt der Hersteller bei seinen Anlagen ausschließlich Metalldichtungen ein. „Dabei geht es neben den zu handhabenden Druckdifferenzen zwischen Innen- und Umgebungsdruck auch darum, ein Diffundieren von LuftSauerstoff in den Kreisprozess zu verhindern. Deshalb setzen wir bei unseren ORC-Anlagen keine Elastomere wie etwa Gummidichtungen, Gummischläuche oder PTFE-Kunststoffe ein“, fügt Piacentini-Timm hinzu. Um den Kreisprozess optimal auslegen zu können, setzt das Unternehmen ferner auf das für den jeweiligen Prozess passende ORC-Arbeitsmedium mit entsprechenden Stoffeigenschaften. Grundlage hierfür bilden eigens erstellte und an den jeweiligen Kreisprozess angepasste Stoffdatengleichungen. Danach erfüllen lediglich etwa 100 oftmals synthetische Stoffe aus schätzungsweise 2.000 verfügbaren Arbeitsmedien die strengen Auswahlkriterien. So müssen die Stoffe frei von Giften sein, die Mensch und Tier – insbesondere Fische – gefährden könnten. Darüber hinaus müssen sie klimafreundlich, betriebssicher und thermisch stabil sein. Weitere wichtige Attribute bilden der erzielbare Wirkungsgrad, die Entflammbarkeit und der Kostenfaktor. Damit lassen sich die ORC-Anlagen unter Berücksichtigung der gesetzlichen Vorgaben bestmöglich an die jeweiligen Forderungen der Kunden anpassen. Auch ergeben sich daraus laut Aussage der Bargeshagener inzwischen eine Reihe von Skaleneffekten, die sich positiv auf die Herstellungskosten auswirken. (cte)
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