Wärmekraftanlagen mit organischem Arbeitsmittel

Wärmekraftanlagen mit organischem Fluid als Arbeitsmittel, die sogenannten Organic-Rancine-Cycle (ORC) -Anlagen eignen sich zur Umwandlung der Wärme in mechanische Arbeit mit niedriger Temperatur. Als mögliche Wärmequelle bietet sich hierzu Abwärme, Abgase, Abdampf, Biomasse (Holz) aber auch geothermische Energie oder Solarenergie an. Bei vielen industriellen Prozessen fällt Abwärme an, die sich z.B. zur Heizungsunterstützung, zum Betrieb von Absorptions-Kältemaschinen und zur Stromerzeugung in ORC-Turbinen mit leicht siedendem organischem Arbeitsmedium nutzen lässt. So können für ein Biomasse-Heizkraftwerk thermische Parameter erreicht werden, die sich im Bereich von rund 300°C und 10 bar bewegen. Nach der Verstromung kann aus dem ORC-Prozess Wärme mit einer Vorlauftemperatur von max. 90 °C ausgekoppelt und über die Nahwärmeschiene in die einzelnen Unterstationen eingespeist werden. Die Verstromung aus Biomasse nach dem ORC-Prozess basiert auf dem Grundprinzip einer Dampfkraftanlage mit Wasser.

Im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung wird zunehmend Holz als Energieträger genutzt. Der mit Biomasse befeuerte ORC-Prozess ermöglicht einen wirtschaftlichen, technisch und ökologisch optimalen Betrieb über das gesamte Jahr. Bei der Wärmeübertragung vom Biomasse-Wärmeerzeuger auf den Dampfkreislauf mittels Thermoöl findet eine Trennung der Kreisläufe zwischen der Wärme- und Stromerzeugungseinheit statt.

Beim ORC-Pozess kommt anstelle des Arbeitsmediums Wasser, wie beim Dampfprozess, ein organisches Arbeitsmittel (Ammoniak, Isobutan, Toluol oder Silkonöl) zum Einsatz. Da organische Medien bei einer tieferen Temperatur sieden, sind niedrige Temperaturen und Drücke bei gleichzeitig höherem Wirkungsgrad möglich. Daraus ergeben sich eine Fülle von Vorteilen, wie beispielsweise eine hohe Verfügbarkeit, eine einfachere Betriebsweise und Anlagenüberwachung, geringere Unterhaltskosten sowie ein problemloser Teillastbetrieb. Außerdem entfallen durch den Einsatz eines flüssigen Thermoöls im Wärmeerzeuger und der Trennung zwischen Verbrennungsanlage und Stromerzeugungseinheit die hohen Kosten und Betriebsaufwendungen eines Dampf-Wärmeerzeugers. Für den Fall, dass im Betrieb eine Auslastung von rund 5.000 Betriebsstunden pro Jahr erreicht werden soll und die Stromproduktion aus regenerativen Energieträgern gefördert wird, stellt sich der Einsatz von ORC-Anlagen in jedem Fall als eine wirtschaftlich interessante Lösung zur Kraft-Wärme-Kopplung mittels Biomasse dar.

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