Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk e.V.


Die ORC-Technik bietet vor allem im mittleren Leistungsbereich eine Möglichkeit, biogene Festbrennstoffe zur Stromerzeugung und zur Wärmebereitstellung zu nutzen. Im Leistungsbereich unter 200 kWel befindet sie sich in der Erprobung.

Der ORC-Prozess

Der ORC-Prozess – ORC steht für Organic Rankine Cycle – basiert wie der konventionelle Dampfkraftprozess auf dem Rankine-Prozess. Anstelle von Wasser wird jedoch ein organisches Arbeitsmedium verwendet, das geringere Siede- und Kondensationstemperaturen als Wasser aufweist, z.B. Silikonöl. Der ORC-Prozess ist aus verschiedenen Anwendungsbereichen bekannt, insbesondere zur Nutzung von Abwärme aus Produktionsprozessen. In jüngerer Zeit wurde er für die Nutzung von geothermischer Energie, von Solarenergie sowie zuletzt von Energie aus Biomasse weiterentwickelt.

Der ORC-Prozess ist ein typischer Nachschaltprozess. Er diente ursprünglich der Nutzung von Wärme, die auf einem niedrigen Temperatur- und Druckniveau anfällt. Ein Biomasseheizkessel jedoch stellt Wärme auf einem hohen Temperaturniveau zur Verfügung. Daher sind mit dem ORC-Prozess, wenn dieser Wärmeenergie aus einer Biomasseverbrennung nutzt, prinzipiell größere Wirkungsgrade zu erzielen als bei der Nutzung von Erdwärme. Allerdings kann die Wärme aus der Biomasseverbrennung dem ORC-Prozess nicht direkt zugeführt werden. Um eine Überhitzung und damit Zerstörung des organischen Arbeitsmittels zu verhindern, wird ein Thermoöl- oder Heißwasserkreislauf zwischen die Biomassefeuerungsanlage und den ORC-Prozess geschaltet, welcher die Wärmeenergie der Biomasseverbrennung in einem Verdampfer auf das organische Arbeitsmittel überträgt. Der Thermoölkreislauf verteuert die Anlage nicht unerheblich. Auch sind dadurch die erreichbaren elektrischen Wirkungsgrade der Anlage begrenzt.

Durch die Verbrennung von Biomasse wird das Thermoöl auf eine Vorlauftemperatur von ca. 300°C erwärmt, wobei ein praktisch druckloser Kesselbetrieb möglich ist. In einem Verdampfer wird die Wärme des Thermoöls auf das organische Arbeitsmedium übertragen, das Arbeitsmedium wird verdampft. Mit dem Dampf (z.B. 250°C, 20 bar) wird eine langsam laufende Axialturbine beaufschlagt, die direkt, ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, mit dem Generator gekuppelt ist. Der entspannte Dampf wird einem Regenerator und schließlich einem Kondensator zugeführt. Die vom Kondensator abgeführte Wärme kann als Prozess- oder Fernwärme ausgekoppelt werden. Vorwärmer, Verdampfer, Regenerator, Kondensator, Umwälzpumpe, Turbine und Generator werden anschlussfertig auf einem Rahmen montiert als ORC-Modul geliefert.

Wirkungsgrade, Vorzüge

Der bei KWK-Anlagen wünschenswerte wärmegeführte Betrieb kann mit Hilfe des ORC-Prozesses bei relativ hohen Teillastwirkungsgraden im Bereich zwischen 10 und 100 % der Nennlast erfolgen. Die langsam laufende, getriebelose Turbinen-Generator-Einheit ermöglicht hohe Verfügbarkeiten der Anlage und einen akzeptablen elektrischen Wirkungsgrad. Dieser kann um 17 % liegen, wenn mit niedrigen Heißwasser-Vorlauftemperaturen am Austritt des Kondensators gefahren wird. Für die gesamte Anlage einschließlich Thermoölkreislauf liegen die erreichbaren elektrischen Wirkungsgrade bei etwa 13 %. Der Verlauf der Taulinie erlaubt einen Turbinenbetrieb ohne die Gefahr einer vorzeitigen Kondensation des Arbeitsmittels. Der Personalbedarf einer ORC-Anlage wird mit drei bis fünf Stunden pro Woche angesetzt und ist damit vergleichsweise gering; insbesondere entfällt der in Deutschland beim Dampfkraftprozess übliche Dampfkesselwärter.


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