ORC – zusätzliche Stromerzeugung aus der Abwärme einer KWK-Anlage

Der Organic Rankine Cycle funktioniert ähnlich wie ein Dampfkreislauf, verwendet aber ein Arbeitsmedium, das bei niedrigeren Temperaturen als Wasser verdampft. Wärme erhitzt das Medium; der Dampf treibt eine Expansionsmaschine oder Turbine an, ein Generator erzeugt Strom. Danach kondensiert das Medium und kehrt in den Kreislauf zurück.

Aus welchen Quellen einer KWK-Anlage bezieht ein ORC-System Wärme?

Die wertvollste Wärmequelle ist meist das Motorabgas. Über einen Wärmetauscher wird die Wärme auf Heißwasser oder Thermalöl und anschließend auf das ORC-System übertragen. Einige modulare Konzepte können auch einen Teil der Kühlwasserwärme zum Vorwärmen des Arbeitsmediums nutzen. Das endgültige Schema hängt vom Motor- und vom ORC-Hersteller ab.

Wann ist ein ORC-System interessant?

• die KWK-Anlage viele Stunden im Jahr läuft
• ein stabiler Überschuss an Wärme mit höherem Temperaturniveau besteht
• kein Abnehmer diese Wärme bei direkter Nutzung besser vergüten würde
• zusätzlicher Strom vor Ort oder bei Netzeinspeisung einen Wert hat
• genügend Platz für Wärmetauscher, ORC-Modul und Rückkühlsystem vorhanden ist

ORC liefert keinen kostenlosen Strom

Die Wärmequelle ist zwar vorhanden, doch das System erfordert Investitionen, elektrischen Hilfsbedarf, Pumpen, Ventilatoren, Wartung und die Abführung der Kondensationswärme. Lässt sich dieselbe Wärme an einen nahe gelegenen Industriebetrieb verkaufen oder in einem Trockner wirtschaftlicher nutzen, ist ORC nicht automatisch die erste Wahl.

Wärmekaskade: erst ORC, dann ein weiterer Wärmeabnehmer

Interessant ist, dass die Wärme nicht nur einmal genutzt werden muss. Nach dem ORC-Prozess steht weiterhin Wärme auf niedrigerem Temperaturniveau zur Verfügung. Passen die Prozesstemperaturen, kann sie an ein Wärmenetz, einen Trockner, ein Gewächshaus oder einen anderen Niedertemperaturabnehmer abgegeben werden. Eine solche Kaskade kann die Gesamtausnutzung des Systems verbessern.

Beispiele für Hersteller

• Turboden – ORC-Systeme für erneuerbare Energien und Abwärmenutzung, einschließlich der Wärme von Motoren und Gasturbinen.
• Orcan Energy – modulare ORC-Systeme der Reihe „efficiency PACK“ für Motoren und Gasturbinen; der Hersteller beschreibt insbesondere die Nutzung von Abgaswärme und Wärme aus dem Motorkühlkreislauf.

Welche Daten braucht der Hersteller für eine erste Abschätzung?

Benötigt werden Daten zu Motor, Abgastemperatur und -volumenstrom, verfügbarer Kühlwasserwärme, jährlichen Betriebsstunden, Umgebungstemperatur und Rückkühlmöglichkeit. Erst daraus lassen sich eine realistische elektrische Leistung und Jahreserzeugung ableiten – nicht allein aus der Nennleistung der KWK-Anlage.