Forschung für Energieeffizienz: Projekt: Feldversuch ORC-Prozesse

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Feldversuch ORC-Prozesse

Verdampfer ORC-Prozess mit Abgaswärmezufuhr aus einem Gasmotor

Ziel des Forschungsprojekts ist es, aus ungenutzter Abwärme von Motoren-BHKW mittels ORC-Prozessen zusätzlich Strom zu gewinnen. Dazu wird die entsprechende Technologie entwickelt und erprobt. Parallel dazu befindet sich ein Hersteller-Zulieferer-Cluster für Motor-ORC-Anlagen im Aufbau.

Projektsteckbrief

Projektstatus	Realisierung
Standort	Entwicklung und Planung in Oberhausen und Ingelheim; Realisierung an 6 BHKW-Standorten der Projektpartner
Projektfahrplan	Weiterführung der Prozessentwicklung; Realisierung von 5 weiteren ORC-Feldanlagen an 3 Standorten; nachfolgendes Monitoring mit Analyse der Betriebsergebnisse
Träger	Fraunhofer UMSICHT, Oberhausen; Cyplan Ltd., Ingelheim
Projektthemen	Dezentrale Lösungen, Abwärmenutzung, Kraft-Wärme-Kopplung, Erneuerbare Energien, Betriebsoptimierung

Projektbeschreibung

Der Organic Rankine Cycle (ORC) ist ein Verfahren des Betriebs von Dampfturbinen mit einem anderen Arbeitsmittel als Wasserdampf. An Stelle von Wasser zirkuliert ein niedrig siedender, organischer Stoff als Arbeitsmedium. Das Verfahren kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn das zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und -senke zu niedrig für den Betrieb einer von Wasserdampf angetriebenen Turbine ist. Mit ORC-Anlagen ist es möglich, auch kleine Quellen thermischer Energie wirtschaftlich in Elektroenergie zu wandeln; z.B. aus Abwärme, Geothermie, Biomasse oder solarthermischen Quellen.

An vielen BHKW-Standorten im Bereich der erneuerbaren Energien (Biogas, Pflanzenöl, Klärgas, Deponiegas, Grubengas) wird BHKW-Abwärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben. ORC-Kreisprozesse können dazu dienen, bisher ungenutzte Abwärme in die wertvolle Nutzenergie Strom umzuwandeln. Auch KWK-Betrieb des ORC ist dabei möglich. Ziel des Projekts ist es, aus Abgas- und Kühlwasserwärme von Motoren-BHKW mittels ORC-Prozessen 20 bis 120 kWel zusätzlichen Strom zu gewinnen und die Energiebilanz der Motoren zu verbessern.

Wirtschaftlichkeit

Standardisierte kleine ORC-Prozesse - realisiert als ORC-Module - sind bei ausreichend niedrigen Herstellungskosten für den BHKW-Betreiber mit relativ kurzen Amortisationszeiten zwischen 3 und 6 Jahren rentabel. Sie erlauben dem Betreiber eine Direktinvestition und sind auch für Energiedienstleister im Abwärmecontracting interessant. Die zusätzlich erzeugte Elektroenergie kann gegenüber dem Ausgangszustand ohne Abwärmeverstromung vollständig als klimaentlastend gutgeschrieben werden.

Evaluierung

Die im Rahmen des Projekts aufgebauten 8 ORC-Feldanlagen zur Abwärmeverstromung an 6 Standorten werden einem nachfolgenden 5-jährigen Betriebsmonitoring unterzogen.

Kenndaten Energie

	vorher	Potenzial	nachher	Einheit
Elektrischer Motorwirkungsgrad	40,00		45,00	%

Kenndaten Wirtschaftlichkeit

	vorher	nachher	Einheit
Gesamt-Projektkosten	4,50		Mio. Euro
Planungsaufwand	1,40		Mio. Euro
Jährliche Stromgutschrift		1.500,00	Euro/kWel,ORC

Kenndaten Nachhaltigkeit

	vorher	nachher	Einheit
Eingesparte CO2-Emissionen durch Stromerzeugung aus Abwärme der 8 Pilotanlagen		2.800,00	t/a
Primärenergie-Vermeidungskosten Pilotanlagen (bei Anrechnung aller Entwicklungskosten)		5,00	Cent/kWhel
Primärenergie-Vermeidungskosten im kommerziellen Betrieb (Schätzung)		2,50	Cent/kWhel