Stadtwerke Groß-Gerau nutzen ORC-Technik zur Abwärmeverstromung aus Biogas-BHKW

Die Stadtwerke Groß-Gerau nutzen seit November 2012 eine innovative ORC-Anlage, um aus der Abwärme zweier Biogas-BHKW Strom zu gewinnen. Die nach der Verstromung verbleibende Abwärme wird dann zur Gebäudebeheizung und zur Kräutertrocknung in einem benachbarten Landwirtschaftsbetrieb genutzt. Nun liegen die ersten vielversprechenden Betriebsergebnisse vor.

Die Stadtwerke Groß-Gerau Versorgungs-GmbH (GGV) betreiben seit 2007 eine Biogasanlage. Das daraus entstehende Biogas wird in zwei Blockheizkraftwerken (BHKW) verbrannt und damit rund 8,3 Millionen Kilowattstunden Strom pro Jahr zur Versorgung von etwa 7100 Personen erzeugt. Die bei dem Prozess entstehende Wärme wird für die Beheizung eigener und benachbarter Firmengebäude genutzt. Auch der Fermenter und der Nachgärer werden damit beheizt. Im Fermenter werden die Temperaturen konstant auf 40 °C gehalten, um den für die Gär- und Ausgasprozesse verantwortlichen Mikroben ideale Lebensbedingungen zu gewährleisten. Im Sommer wird die Wärme zusätzlich für die Kräutertrocknung in einem benachbarten landwirtschaftlichen Betrieb eingesetzt.

Seit November 2012 wird jetzt über eine Organic Rankine Cycle-Anlage (ORC-Anlage) der Dürr Cyplan Strom auch aus der Abwärme der BHKW erzeugt. In Groß-Gerau wird dafür die Hochtemperatur-Rauchgasabwärme einer BHKW-Einheit mit einer elektrischen Leistung von 800 kWel genutzt. Auf den dem BHKW nachgeschalteten Abgaswärmetauscher konnte somit verzichtet werden. 100% Rauchgaswärme werden mit bis zu 18% in Strom umgewandelt, während die verbleibenden ungefähr 82% auf einem Temperaturniveau von bis zu 90 °C zur Verfügung gestellt werden. So können im Mittel 60 kW_el zusätzlich erzeugt und die Effizienz der Biogasanlage wesentlich erhöht werden. Da auf einen aufwendigen Zwischenkreis und eine separate Turbinenschmierung mit Schmieröl verzichtet wurde, ist sie zudem äußert betriebsstabil.

Die Investition in die ORC-Anlage scheint sich zu rechnen: Die produzierte Strommenge konnte durch die Integration der ORC-Anlage von 8,3 auf über 8,7 Mio. kWh gesteigert werden. Dadurch können etwa 360 Personen mehr als vorher mit Strom versorgt werden. Die Wärme wird trotz des Verzichts auf den Abgaswärmetauscher in das Wärmenetz eingespeist und steht uneingeschränkt für die Kräutertrocknung sowie zur Heizung von Verwaltungsgebäude, Fermenter- und Nachgärer zur Verfügung. Die Amortisationszeit einer solchen ORC-Investition liegt bei einer Einspeisevergütung von 20,3 ct/kWh und 7.500 Vollnutzungsstunden damit bei etwa 5 Jahren. Bei einer Abschreibungsdauer von 10 Jahren entspricht dies einer internen Verzinsung von 15,6 %.

Der Einsatz der ORC-Technologie erhöht zudem die KWK-Vergütung (Kraft-Wärme-Kopplung). Die KWK-Vergütung ergibt sich aus der Summe der extern genutzten Wärme multipliziert mit der Stromkennzahl multipliziert mit dem KWK-Bonus. Das bedeutet, dass die Vergütung automatisch mit der Erhöhung der Stromkennzahl durch die ORC-Anlage steigt. Bei gleichbleibender Wärmenutzung erhöhen sich im Falle eines nachgerüsteten BHKW die KWK-Einnahmen um 17,6 Prozent. Bei einer Wärmenutzung mit einer Trocknungseinrichtung wie zum Beispiel einer Holz-, Gärrest- oder Kräutertrocknung von 1,5 Mio. kWh/a ergeben sich KWK-Mehreinnahmen von etwa 7100 Euro jährlich.

Dürr Cyplan aus Bietigheim-Bissingen entwickelte die ORC-Anlagen zusammen mit dem Fraunhofer Institut UMSICHT aus Oberhausen. Diese können in verschiedenen Größen an unterschiedlichen Abwärmequellen eingesetzt werden. Dazu zählen neben Biogasanlagen auch stationäre Verbrennungsmotoren, industrielle Abwärmequellen sowie Geothermie und Solarthermie. Die Hochtemperatur-ORC-Module erzeugen nicht nur Strom aus Abwärme, sondern geben danach noch energiereiche Kondensationswärme ab, die in Nahwärmenetze eingespeist oder für den Betrieb von Trocknungsanlagen eingesetzt werden kann. So kann die ORC-Technologie auch mit Blockheizkraftwerken mit niedrigen Leistungsbereichen ab 50 kW gekoppelt werden.