Stromerzeugung aus Abwärme

Besteht im Betrieb kein Wärme- oder Kältebedarf oder ist die Abwärmenutzung zur Wärme- bzw. Kältebereitstellung nicht sinnvoll anwendbar kann die Abwärme auch zur Erzeugung von Strom genutzt werden.

Allgemeine Informationen zur Stromerzeugung aus Abwärme

Die häufig vorhandene große Menge an nutzbarer Energie in der Abwärme kann zur Nachwärmeverstromung genutzt werden, wobei als Technologien der ORC-Prozess, die Dampfturbine und der Stirlingmotor zur Verfügung stehen. Die Entscheidung für eine Technologie hängt in erster Linie vom Temperaturniveau der Abwärme ab. Relativ niedrige Wirkungsgrade können dabei durchaus in Kauf genommen werden, da die bisher ungenutzte Abwärme als Energieträger keine zusätzlichen variablen Kosten verursacht.

Beispielrechnung zur Stromerzeugung aus Abwärme (ORC-Anlage)

 

Abwärmeleistung thermisch1.000kW
Wirkungsgrad0,11
erzeugte elektrische Leistung110kW
Investition inklusive Planung und Installation430.100Euro
Voll-Laststunden5.000h
Erzeugung Strom550.000kWh/a
Kosteneinsparung71.280Euro/a
Kapitalrendite17%

Praxisbeispiele Praxisbeispiele zur Kälteerzeugung aus Abwärme

Hier können Sie sich Praxisbeispiele zur Stromerzeugung aus Abwärme in der dena Referenzprojekte-Datenbank ansehen:

  1. Einsatz von ORC-Modulen bei einem KMU - der Conrad Liphard & Söhne GmbH
  2. Abwärmeverstromung und Wärmerückgewinnung bei der Volkswagen AG im Werk Kassel
  3. Strategisches Energiemanagement und zentrale Wärmerückgewinnung bei der Viessmann Werke GmbH & Co KG

Dampfturbine

Der Einsatz von Abwärme zum Antrieb einer Dampfturbine basiert auf dem Prinzip, wie es in jedem kon-ventionellen Kraftwerk zum Einsatz kommt.  Die Abwärme wird genutzt um Wasser, welches bereits mittels einer Pumpe auf ein hohes Druckniveau gebracht wurde, in einem Dampferzeuger zu erhitzen. Der dadurch entstehende Hochdruckwasserdampf wird anschließend in einer Dampfturbine entspannt, wobei die potentielle Energie in die kinetische Energie einer rotierenden Welle umgewandelt wird. Diese Energie wird anschließend in einem Generator in Strom umgewandelt. Der aus der Turbine austretende Niederdruckwasserdampf wird in einem Kühlkreislauf vollständig kondensiert und die dabei entstehende Wärme kann weiter genutzt werden. Anschließend beginnt der Kreislauf von neuem. Bei Dampfturbinen kommt Abwärme auf einem Temperaturniveau von 250 – 540 °C zum Einsatz. Dabei sind Leistungsklassen von 45 bis 160 MW und ein elektrischer Wirkungsgrad von 25 bis 42 Prozent möglich. Die Investitionskosten werden mit 1.100 bis 1.400 €/kW installierter Leistung angegeben.

ORC-Prozess

ORC-ProzessDer ORC-Prozess (Organic Rankine Cycle) basiert auf dem gleichen Prinzip wie der Dampfturbinenprozess, nur dass anstatt Wasser eine organische Flüssigkeit verdampft wird, was einen Betrieb bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht. Die verwendeten organischen Flüssigkeiten haben einen niedrigeren Siede-punkt, so dass der Verdampfungsprozess bei niedrigeren Temperaturen ablaufen kann. Die verdampfte Flüssigkeit wird wie im gängigen Dampfprozess in einer Expansionsmaschine entspannt, die anschließend einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Das Medium wird nach der Abkühlung und Verflüssigung in einem Kondensator wieder in den Kreislauf zurückgeführt. Die Übertragung der Wärme von der Abwärmequelle  zur ORC-Anlage findet über einen Wärmeträgerkreislauf (bspw. mit Wasser) statt. Das Zwischenschalten eines Wärmeträgerkreislaufes ist notwendig, da sich die verwendeten organischen Flüssigkeiten ab einem bestimmten Temperaturniveau zersetzen würden. Dieser Wärmeträgerkreislauf kann zusätzlich mit einem Wärmespeicher ausgestattet werden, wodurch Temperaturschwankungen und Lastspitzen ausgeglichen werden können. Die geringeren Temperaturdifferenzen zwischen höchster und niedrigster Prozesstemperatur führen zu einem vergleichsweise geringen Wirkungsgrad von 10 – 20 Prozent, weswegen ORC-Prozesse im optimalen Betriebspunkt der Turbine und mit hohen jährliche Voll-aststunden betrieben werden sollten. ORC-Anlagen können mit Abwärmetemperaturen von 70 – 450 °C und in Leistungsklassen von 35 kW bis 25 MW betrieben werden. Die Investitionskosten liegen bei 3.000 €/kW installierter Leistung.