Das Grundkonzept eines gesamten Micro ORC Systems ist immer gleich und besteht aus folgenden Anlagenteilen:

• Verdampfer mit Wärmeentnahme aus einem thermischen Prozess
• Arbeitsmedium
• Expander mit Generator
• Verflüssiger mit Wärmesenke
• Konzept der Netzanpassung
• Pumpe
• Rekuperatur/ Zusätzliche Wärmeeinspeisung
• Regelung / Steuerung

 

Herkunft

Die Organic Ranking Cycle Theorie geht auf den schottischen Wissenschaftler und Ingenieur William John Macquorn Rankine (1820-1872) zurück. Er beschreibt den thermodynamischen Dampfturbinen Prozess. Einfach dargestellt ist es ein rückwärts drehender Kühlprozess. Der ORC Prozess unterscheidet sich im Grundprinzip von einem normalen Kraftwerksprozess (Rankine Cycle) nur dadurch, das ein „organisches“ Medium an Stelle von Wasser als Arbeitsmedium genutzt wird. Dieses Arbeitsmedien besitzt im Vergleich zu Wasser günstigere Verdampfungseigenschaften bei tieferen Temperaturen und Drücken. Diese Chemikalien können Kohlenwasserstoffe oder Silikonöle sein. Für eine optimale Betriebsweise des ORC-Prozesses ist die richtige Arbeitsmittelwahl sehr wichtig.

 

Funktion

Bisher ungenutzte Wärmeenergie wird in einer ORC Anlage zur Verdampfung des Arbeitsmediums genutzt. Das gasförmige Arbeitsmedium wird über einem Expander entspannt und erzeugt dadurch ein Drehmoment zum Antrieb eines Generators. Das entspannte Arbeitsmedium wird in der Rückkühlung verflüssigt und über eine Pumpe wieder dem Verdampfer zugeführt.

ORC-Anlagen können Abwärmemengen zu einer universell einsetzbaren Energieform (elektrische Energie) umwandeln. Die Energie kann ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden, falls kein aktueller Eigenbedarf besteht oder kann als mechanische Energie z.B. für den Antrieb von Druckluftkompressoren, Pumpen, Ventilatoren o. a. genutzt werden.

 

Prinzip der Rückkühlung

Die ORC a Module arbeiten mit Vollleistung auf Grund der relativ hohen Verflüssigungstemperatur in der Rückkühlung mit Trockenkühlern. Auf Grund der Nutzung eines Rekuperators (nicht in den schematischen Darstellungen enthalten) bringen Maßnahmen zur jahreszeitlichen Absenkung der Verflüssigungstemperatur nur geringe Effizenzsteigerungen, die aber wirtschaftlich nicht relevant sind.

Auf Grund der relativ hohen Verflüssigungstemperatur von ca. 50°C im ORC Kreis, beträgt das Temperaturniveau im Rückkühlkreis 64°C. Dieses hohe Temperaturnivau kann in verschiedenen Applikationen auch noch als Nutzwärme mittels KWK Bonus verkauft werden. Schon ohne zusätzliche Wärmeniveauanhebung ergeben sich Applikationen wo eine Nutzung der 500 kWh sinnvoll sind:

• Heizung von Gebäuden oder Erzeugung von Warmwasser
• Heizung von Fermenter und Anmaische/Hydrolyse (AHS)

Die Rückkühlwärme kann mittels Motorwärme oder/und Thermalölkreiswärme nach dem Verdampfer auf 80°C angehoben werden, so dass mit dieser Wärme auch:

• Speisung von Fernwärmenetzen
• Betrieb der Hygienisierung
• Reinigungsprozesse

betrieben werden können.