Neue ORC-Anlage: Stromerzeugung aus industrieller Abwärme

Angesichts steigender Energiepreise wächst das Interesse an Energietechnologien, die auf dem Organic Rankine Cycle (ORC) beruhen. Dabei handelt es sich um den im Prinzip altbekannten Dampfkraftprozess, der nach dem schottischen Physiker und Ingenieur William John Macquorn Rankine (1820 – 1872) benannt ist und zurzeit leicht abgewandelt eine Renaissance erfährt.

Statt Wasser werden heute organische Fluide als Arbeitsmedium eingesetzt – beispielsweise Kältemittel, wie sie in Kühlschränken verwendet werden, und Kohlenwasserstoffe, die auch als Bestandteile in Otto- oder Dieselkraftstoffen vorkommen. Diese organischen Fluide haben den Vorteil, dass sie bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen verdampfen.

Hohe Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung

Vor kurzem wurde im Zentrum für Energietechnik (ZET) der Universität Bayreuth ein neues ORC-Minikraftwerk präsentiert. Diese Anlage ist aus einem Gemeinschaftsprojekt hervorgegangen, in dem drei Partner seit 2011 zusammengearbeitet haben: der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT) im ZET, die Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden und die DEPRAG Schulz GmbH u. Co in Amberg.

Die Bayerische Forschungsstiftung hat das Projekt über mehrere Jahre gefördert. Bei der Präsentation in der vergangenen Woche konnten sich Vertreterinnen und Vertreter von rund 20 Industrieunternehmen ein Bild von der Funktionsweise und Leistungsfähigkeit des ORC-Minikraftwerks machen. Während des laufenden Betriebs zeigten sie sich beeindruckt von den hohen Wirkungsgraden, die sie live am Anlagenschaubild mitverfolgen konnten.

„Mit der neuen Anlage erzielen wir einen thermischen Wirkungsgrad von bis zu 11,6 Prozent und einen Turbinenwirkungsgrad von bis zu 65 Prozent“, erklärt Diana Rauh, M.Sc., Projektbearbeiterin am ZET. „Damit übertreffen wir sogar die bei Projektbeginn erhofften Wirkungsgrade. Beachtlich sind zudem die hohen Teillastwirkungsgrade, da diese bei der Verstromung von Abwärme besonders wichtig sind.“

Das ORC-Minikraftwerk auf dem Campus der Universität dient insbesondere der dezentralen Nutzung industrieller Abwärme. „Stromerzeugung aus Abwärme kann auch für die oberfränkische Wirtschaft ein wichtiger Schritt sein, um die Energieeffizienz von Industrieprozessen zu steigern“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann, Direktor des ZET. „Daher kommt die Förderung durch die Bayerische Forschungsstiftung am Ende auch wieder der regionalen Wirtschaft zu Gute.“

Synergien verschiedenartiger Partner

Im Rahmen der Kooperation war das ZET in Bayreuth für den Betrieb der Anlage und insbesondere für die Weiterentwicklung der thermischen Komponenten zuständig. Dabei gelang es, das organische Fluid, das als Arbeitsmedium dient, bei 350 Grad ohne Zwischenkreislauf zum Verdampfen zu bringen – ein entscheidender Schritt bei der Erhöhung des Wirkungsgrads.

Die DEPRAG in Amberg und das Team um Prof. Dr.-Ing. Andreas Weiß an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden (OTH) entwickelten im Projekt eine neuartige Mikroexpansionsturbine, die auch im kleinen Leistungbereich bis 120 kW eine wirtschaftliche Lösung darstellt.

Dr.-Ing. Markus Preißinger, Geschäftsführer des ZET, erklärt dazu: „Besonders freut mich die durch das Projekt entstandene Kooperation zwischen einer Universität, einer Hochschule für Angewandte Wissenschaften und einem Industrieunternehmen. Jeder Partner hätte allein mit seinen Kompetenzen nicht die Möglichkeit gehabt, das Vorhaben erfolgreich abzuschließen. Solche Erfolge sind erst möglich, wenn die Partner ihr spezifisches Know-how bündeln. Gerade hierbei bewährt sich die projektbezogene Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen Hochschultypen, wie wir sie auch in der TechnologieAllianzOberfranken (TAO) realisieren.“

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann
Zentrum für Energietechnik (ZET)
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 / 55-7160 und -7161
E-Mail: Brueggemann@uni-bayreuth.de 

Dr.-Ing. Markus Preißinger
Zentrum für Energietechnik (ZET)
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 / 55-7285
E-Mail: Markus.Preissinger@uni-bayreuth.de