Wer Strom erzeugt oder industrielle Hochtemperaturprozesse betreibt, produziert Abwärme. Oft wird die Abwärme nicht verwertet, da keine wirtschaft-liche Nutzung möglich scheint. Kleine Anlagen mit Organic-Rankine-Cycle (ORC) versprechen Abhilfe:
Sie machen die Abwärme als Strom nutzbar, erhöhen die Wirtschaftlichkeit und senken den CO2-Ausstoß. Saarländische Forscher haben einen Motor entwickelt, der für ein breites Leistungsspektrum aus Niedertemperaturwärme sehr effizient Strom erzeugt.
Motoren wandeln etwa ein Drittel ihres Brennstoffs in Nutzenergie um. Zwei Drittel werden zu Abwärme. Zumeist ver-schwindet diese Wärmeenergie ungenutzt durch den Auspuff oder den Kamin. Das wollen Forscher aus Saarbrücken än-dern. Seit 2004 arbeitet dort ein Spin-off-Unternehmen der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes im Auftrag der Autoindustrie.
Große deutsche Hersteller wollen die Wärme der Autoabgase in mobile Dampfkreisläufe führen, um so den Brennstoffver-brauch um rund ein Zehntel zu senken. 2007 kam der Diplomin-genieur Michael Schmidt auf die Idee, mit dieser Technik in der Industrie die Stromausbeute zu erhöhen. „Viele Teile unseres Dampfexpansionsmotors kommen aus der Serienfertigung und ließen sich leicht für Wär-meströme aus kleinen Kraftwer-ken modifizieren.“ Seit 2009 gibt es eine Demonstrationsanlage an einem Grubengasmotor im nahen Kraftwerk Fenne. Inzwischen entwickeln 12 Mitarbeiter in Saarbrücken Dampfkreisläufe für Motoren und testen neue Teile über jeweils gut tausend Betriebsstunden in der Demoanlage. „Für Abwärmeströme zwischen 200 °C
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und 500 °C haben wir einen hocheffizienten ORC-Prozess entwickelt, der in Deutschland für bis zu 500 Industriebetriebe und etwa 1.000 größere Blockheizkraftwerke mit einer Leistung über 1,2 MW geeignet ist“, sagt Schmidt zum beginnenden Feldtest mit vier verschiedenen Anlagentypen. „Unser Motor ist im Gegensatz zu Turbinen drehzahlunabhängig und daher für schwankende Wärmeströme auch im Teillastbereich gut geeignet. Wir können statt Strom auch mechanische Wellenleistung verkaufen, mit der sich zum Beispiel Druckluft aus Abwärme herstellen lässt.“
Feldtest gestartet.
Der Feldtest wird zeigen, wie die Gesamtanlage viele Tausend Betriebsstunden durchsteht. Als Testanlagen sollen neben einer Biogasanlage bei Bremen die Abwärmeströme von Schmelzwannen in der Glasindustrie, von Gussöfen in der Metallindustrie sowie in der Chemieindustrie genutzt werden. „Alles mit bewährten Industriepartnern, damit wir 2013 wie geplant die Marktreife erreichen“, betont Schmidt. Dann sollen auch die sechs ORC-Module samt Dampfexpansionsmotoren an eine Metallgießerei nach Bad Kitzingen gehen, wo gerade ein vom Bundesumweltamt gefördertes Projekt begonnen hat. Durch die erstmalige großtechnische Umsetzung der neuartigen Anlagenkombination zur Abwärmenutzung will das Unternehmen seine CO2-Emissionen jährlich um über 8.000 Tonnen verringern. Durch den Einsatz der Dampfexpansionsmotoren statt der sonst üblichen Turbinen und den Einsatz von Ethanol statt Silikonöl als ORC-Arbeitsmittel kann neben elektrischem Strom auch Druckluft hergestellt werden.
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Für den Feldtest bauen die Entwickler das ORC-Modul in einen standardisierten Container ein. Weil die Wärmetauscher außerhalb des Containers platziert werden, ist das System schnell an die jeweilige Wärmequelle adaptierbar. Schon bei der ersten Feldtestanlage „Kirchwalsede“, einer Biogasanlage bei Bremen, befinden sich nur die Komponenten im Container, die bei jeder neuen ORC-Anlage als Standard dienen. Dazu gehören das Maschinenbett mit dem Dampfexpansionsmotor sowie Generator, Ölkühlung, Pumpenstation, technische Lüftung und die Schaltschränke inklusive der eigenentwickelten Regelungs- und Bedieneinheit. Innerhalb des Containers befinden sich Maschine, Pumpe und Schaltschränke in getrennten Räumen. Dadurch sind alle Teile des ORC-Moduls separat begehbar. Der Motor ist so positioniert, dass er ohne größeren Aufwand und ohne Demontage des Generators über einen im Container befindlichen Mobilkran oder einen herkömmlichen Gabelstapler stirnseitig entnommen werden kann. Dies steigert die Wartungsfreundlichkeit sowie die Geschwindigkeit eines kompletten Austausches.
Um Grundfläche und somit auch die Gründung für die weiteren Komponenten wie Wärmetauscher oder Notkühler zu sparen, entwickelten die Saarländer eine separate Dachkonstruktion, die mit einem passenden Rahmen auf dem Container platziert wird. Der Container wurde entsprechend der Lastverteilung verstärkt, statisch neu berechnet und geprüft. Die Grundfläche der gesamten Anlage reduziert sich dadurch auf die Grundfläche eines 30-Fuß-Containers (9 m Länge).
...weiter Infos unter:
www.bine.info
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