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Nutzung von Niedertemperatur-Wärme mit ORC-Anlagen zur Stromerzeugung

Nutzung von Niedertemperatur-Waerme mit ORC-Anlagen zur Stromerzeugung_Grafik_LIAG Leibniz-Institut fuer Angewandte Geophysik Hannover

Nutzung von Niedertemperatur-Wärme mit ORC-Anlagen zur Stromerzeugung (Grafik: LIAG - Leibniz-Institut fuer Angewandte Geophysik, Hannover)

Ein Großteil der in Deutschland in Energieerzeugungs- oder industriellen Anlagen anfallenden Abwärme wird nicht genutzt. Gründe hierfür sind fehlende Abnahmestrukturen wie Fernwärmenetze oder ein für eine herkömmliche Verstromung der Abwärme nicht geeignetes Temperaturniveau. Aber auch natürliche Wärmequellen wie die Geothermie werden nicht konsequent genug erschlossen. Der Einsatz moderner ORC-Technik kann hier helfen, dieses Wärmepotenzial gezielt zur Stromproduktion einzusetzen.

Beim Organic-Rankine-Cycle (ORC) handelt es sich um einen thermodynamischen Kreisprozess, benannt nach dem schottisch-britischen Physiker und Ingenieur Rankine. Dieser Kreisprozess arbeitet nicht mit Wasserdampf, sondern mit einer organischen Flüssigkeit als Arbeitsmedium und bei einer niedrigen Verdampfungstemperatur. Diese Anlagen sind ähnlich aufgebaut wie Kreisläufe in Kältemaschinen- und Wärmepumpen. Die Aufgaben sind jedoch unterschiedlich.

Im Kältemittel-Kreislauf einer Kältemaschinen oder Wärmepumpe ist eines der wichtigsten Bauteile der Verdichter (Kompressor), der dampfförmiges Kältemittel aus dem Verdampfer absaugt (Kälteerzeugung) und in den Verflüssiger (Kondensator) zur Wärmeabfuhr fördert. Bei der Kältemaschine wird der kalte Teil genutzt (Verdampferleistung), bei der Wärmepumpe der warme Teil (Verflüssigerleistung).

Mit ORC-Anlagen wird Wärme von 100 bis 150 °C in elektrischen Strom gewandelt. Dort ist das wichtigste Bauteil die Entspannungsmaschine, meist eine Turbine oder ein Schrauben-Expander. Bei der Wärmepumpe spricht man auch von einer "thermodynamischen Heizmaschine". In Anlehnung an diese Bezeichnung könnte man beim ORC-Prozess von einem "thermodynamischen Stromerzeuger" sprechen.

1970 wurde vom russischen Ingenieur Kalina ein dem ORC-Prozess vergleichbares Verfahren vorgeschlagen, der "Kalina-Prozess". Dieser verwendet ein Ammoniak/Wasser-Gemisch und soll - theoretisch - einen höheren Anlagenwirkungsgrad haben. Allein schon wegen des Arbeitsstoffes "NH3" sind Kalina-Anlagen aufwendiger und damit teurer. Es ist zu vermuten, dass ORC-Anlagen aus diesem Grunde in Zukunft eine größere Verbreitung finden werden als Kalina-Anlagen.

Zu diesem Thema findet am 13. September 2012 in Karlsruhe das Symposium "Nutzung von Niedertemperatur-Wärme mit ORC- und Kalina-Prozess zur Stromerzeugung" statt. Organisiert wird das Symposium mit vielen Experten durch Prof. Dr. Ing. Johannes Reichelt von der TWK GmbH, Test- und Weiterbildungszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik.

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"Nutzung von Niedertemperatur-Wärme mit ORC-Anlagen zur Stromerzeugung" wurde am 11.08.2012 verfasst