K u rzfassu n g sb an d - Graz University of Technology

168 Energieinnovation 2006
Der ORC-Prozess wird vom Thermoölkessel über einen Thermoölkreislauf mit Wärmeenergie
versorgt. Die speziellen Vorteile der ORC-Technologie liegen in ihrer Robustheit (hohe Lebensdauer,
geringe Instandhaltungskosten), in der vollautomatischen und unbemannten Betriebsweise
(Personalbedarf nur 3 bis 5 Stunden pro Woche), in ihrem ausgezeichnetem Teillastverhalten und in
dem für dezentrale Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen relativ hohen elektrischen
Wirkungsgrad ( = produzierte Strommenge / der ORC-Anlage zugeführter thermischer Energie) von
rund 18%. Der ORC-Prozess ist ein in sich geschlossener Prozess, über Wärmetausch ist er zum
einen mit dem Thermoölkreislauf (Input an thermischer Energie) und zum anderen mit dem
Fernwärmenetz (Output an thermischer Energie) und dem örtlichen Leitungsnetz (Output elektrische
Energie) verbunden.
Als Arbeitsmittel wird in der ORC-Anlage ein Silikonöl eingesetzt. Dieses wird im Verdampferteil durch
die über das Thermoöl zugeführte Energie verdampft und dann in der nachgeschalteten Turbine
entspannt. Die Turbine treibt einen Generator an, der aus der mechanischen Energie Strom
produziert. Der entspannte Silikonöldampf gelangt dann über einen Regenerator (zur internen
Wärmerückgewinnung) in den Kondensator, wo er kondensiert wird und die dabei freiwerdende
Wärme an das Fernwärmenetz abgibt. Das flüssige Silikonöl wird dann über eine Pumpe wieder auf
den erforderlichen Prozessdruck gebracht und nach Durchströmen des Regenerators wieder dem
Verdampfer zugeführt. Damit ist der ORC-Kreislauf geschlossen.
Die nun schon jahrelange Betriebserfahrung mit den ORC-Anlagen bei Biomasse-KWK-Anwendungen
bescheinigt diesen eine ausgezeichnete Verfügbarkeit von über 97 %. Im Jahr 2004 wurden bei
wärmegeführter Betriebsweise der 2001 in Lienz in Betrieb genommen 1.000 kW el ORC-Anlage rund
5.500 Volllaststunden erreicht. Weiters zeigt sich, das die garantierten Nennleistungen deutlich
überschritten werden konnten. Auch nach der Installation der 1.500 kW el ORC-Anlage im Jahr 2005
werden durch den Ausbau des Fernwärmenetzes und durch die Installation des Pufferspeichers bei
wärmegeführter Betriebsweise über 4.000 Volllaststunden für beide KWK-Anlagen erzielbar sein.
Die auf den gemachten Erfahrungen und gewonnenen Daten durchgeführten wirtschaftlichen
Bewertungen zeigen, dass die Stromgestehungskosten von Biomasse-Kraft-Wärme-
Kopplungsanlagen auf ORC-Basis mit einer elektrischen Nennleistung zwischen 1.000 und 1.500 kW el
zwischen 0,09 und 0,14 €/kWh liegen – je nach den gegebenen Rahmenbedingungen hinsichtlich
Anlagengröße, Brennstoffpreis und Anlagenauslastung. Diese spezifischen Stromgestehungskosten
ermöglichen in denjenigen Ländern einen wirtschaftlich sinnvollen Betrieb derartiger Anlagen, in
denen entsprechende Förderprogramme zur Forcierung der Stromproduktion aus erneuerbaren
Energieträgern gewährt werden. Eine weitere Voraussetzung für einen ökologischen und
kosteneffektiven Betrieb der Anlage ist, dass nicht nur Strom sondern auch die Wärme, die durch den
Betrieb des Heizkraftwerkes produziert wird, als Prozess oder Fernwärme verwendet werden kann
(wärmegeführter Betrieb der Gesamtanlage).
Das größte Einsatzpotential für Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen auf ORC-Basis liegt in
mittelgroßen holzbe- und holzverarbeitenden Betrieben, in dezentralen Altholzfeuerungen sowie in
Biomasse-Fernheizwerken (Neubau oder Umrüstung bestehender Anlagen).
Durch die Weiterentwicklung der ORC-Technologie sind zukünftig noch höhere Wirkungsgrade zu
erwarten. Eine Möglichkeit der Prozessoptimierung stellt die Implementierung eines verzweigten
Kondensatkreislaufes beim ORC-Prozess dar. Durch diese Schaltungsvariante wird in einem zweiten
Thermoöl-Economiser dem Rauchgas zusätzlich Wärme entzogen, wodurch, laut durchgeführter
Berechnungen, der elektrische Anlagenwirkungsgrad zwischen 4 % (gleiche spezifische
Wärmetauscherflächen) und 8% (erhöhte spezifische Wärmetauscherflächen) gesteigert werden kann.
Die ersten praktischen Anwendungen werden zeigen zu welchem Teil diese
Wirkungsgradsteigerungen in Realanlagen erreicht werden können. Eine Erhöhung der Temperatur
des Thermoöles (von 300/250 auf 320/270 °C) trägt ebenfalls zur Steigerung des elektrischen
Wirkungsgrades bei, jedoch sind für eine effiziente Realisierung dieser Option einige Modifikationen
an Komponenten des ORC-Prozesses erforderlich. Ohne Modifikationen führt diese Maßnahme zu
einer Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades, wenn erhöhte Temperaturen im Kühlkreislauf
(Fern- bzw. Prozesswärmevorlauftemperaturen) benötigt werden. Diese Optimierungsmassnahmen
werden derzeit in ersten Anlagen umgesetzt und getestet.