ORC-Anlage nutzt Abwärme aus Biogasanlagen

Wer Strom erzeugt oder industrielle Hochtemperaturprozesse betreibt, produziert Abwärme und das nicht zu knapp. Noch all zu oft wird die Abwärme nicht verwertet, da keine wirtschaftliche Nutzung möglich ist. Betreiber von Biogasanlagen kennen das Problem nur viel zu gut. Kleine Organic Rankine Cycle (ORC)-Anlagen versprechen Abhilfe: Sie machen die Abwärme durch Verstromung ohne Einschränkungen nutzbar, erhöhen die Wirtschaftlichkeit und senken den CO2-Ausstoß.

Bisher wird der ORC-Dampfkraftprozess, der statt Wasser organische Medien als Arbeitsmittel nutzt, weltweit vor allem für die Stromerzeugung im Leistungsbereich zwischen 300 und 2000 kWel für Holzheizkraftwerke und geothermische Kraftwerke angeboten. Die Kopplung mit Biogas-Blockheizkraftwerken ist ein Novum. Doch die Zahl kleiner, dezentraler Anlagen, die erneuerbare Energien zur Stromerzeugung nutzen, wächst stetig und mit ihr die Nachfrage nach kleineren ORC-Anlagen, die den Leistungsbereich unterhalb 300 kWel zur Stromerzeugung aus (Ab)wärme erschließen. Allein in Deutschland sind derzeit 3700 Biogasanlagen in Betrieb. An einem großen Teil der Anlagen geht die Blockheizkraftwerk(BHKW)-Abwärme weitgehend ungenutzt verloren.

Abhilfe schaffen kleine, skalierbare ORC-Prozesse, die Fraunhofer UMSICHT mit mittelständischen Partnern für die Nutzung der Abgas- und Motorwärme von Biogasmotoren entwickelt. In Kooperation mit der Cyplan Ltd. und der GE Jenbacher wurde ein ORC-Prototyp mit ca. 100 kWel Auslegungsleistung bei einer Effizienz von 18,3 % zur Verstromung der Abgaswärme von Biogasmotoren entwickelt, gebaut und auf einer Biogasanlage der agri.capital GmbH integriert und in Betrieb gesetzt.

Am Standort in Wasmerslage, Sachsen-Anhalt, werden drei Biogasanlagen mit einer jeweiligen Leistung von rund 500 kWel betrieben. Der ORC-Prozess soll die Leistung insgesamt noch um weitere 100 kWel steigern. Abgaswärme aus zwei Motormodulen wird dazu in Strom umgewandelt. Die übrige Prozess- und Motorwärme dient der Beheizung von vier Ställen direkt am Standort sowie einem Schweinemastbetrieb mit 10 000 Plätzen.

Zwei der drei Biogasanlagen wurden mit einem ORC-Prozess ausgestattet. Dabei wird die Abgaswärme der BHKW genutzt. Die 450 °C heißen Abgase verdampfen ein Silikonöl, das Arbeitsmittel des ORC-Prozesses. Der Dampf treibt einen Turbogenerator für die Stromerzeugung an. Die Verstromung der Abgaswärme in Verbindung mit einem ausgedehnten Wärmenutzungskonzept der Biogasmotoren führen zu einer optimierten Wirtschaftlichkeit und Energieausnutzung der Biogasanlage.

Die agri.capital GmbH und das Fraunhofer-Institut UMSICHT beabsichtigen, einen größeren Feldversuch zur Optimierung des ORC-Prozesses zu initiieren und weitere Biogasmotoren mit ORC-Anlagen auszustatten. Ziel ist es, die Marktnische kleiner ORC-Anlagen im Leistungsbereich unterhalb 300 kWel zu erschließen.

Zunächst werden folgende drei Baureihen entwickelt und erprobt:

• Hochtemperatur-ORC-Modul zur Abgaswärmenutzung mit 350-600°C in der Leistungsgröße 60-120 kWel
• Hochtemperatur-ORC-Modul zur Abgaswärmenutzung mit 350-600°C in der Leistungsgröße 30-60 kWel
• Niedertemperatur-ORC-Modul für Heißwasserantrieb mit 80-120°C in der Leistungsgröße 20-40 kWel

Die Anlagen weisen innovative technische Merkmale auf, haben einen niedrigen Eigenbedarf, sind CE-konform, motorenkompatibel, stromnetzkonform, werden vormontiert für kundenseitigen Anschluss geliefert und können vollautomatisch betrieben werden.

Kundenspezifische Modifikationen sind aufgrund des kompletten Prozess-Know-hows und der hohen Auslegungs- und Fertigungstiefe möglich.

Veranstaltungstipp:

„Nutzung von Niedertemperatur-Wärme mit ORC- und Kalina-Prozess zur Stromerzeugung“ am 13.09.2012 in Karlsruhe