Nachhaltige Wärmenutzung von Biogasanlagen - e-sieben.at
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ηtherm Thermodynamischer Wirkungsgrad des Prozesses<br />
<br />
Wärmefluss<br />
P Mechanische Energie pumpe/turbine<br />
3.4.2 ORC-Systeme<br />
Gleichung 14<br />
Der Organische-Rankine-Kreisprozess (Abbildung 32, Abbildung 33), eine spezielle Art des<br />
Rankine-Kreisprozesses, verwendet an Stelle <strong>von</strong> Wasser und Dampf organische<br />
Flüssigkeiten (Abbildung 34). Dadurch wird die Verwendung auch <strong>von</strong> niedrigeren<br />
Temper<strong>at</strong>uren ermöglicht, wie z.B. bei der Abwärme aus <strong>Biogasanlagen</strong> mit Temper<strong>at</strong>uren<br />
<strong>von</strong> 70–90°C. Im Gegens<strong>at</strong>z zu Wasser, dessen Siedepunkt bei 100°C liegt, besitzen<br />
organische Flüssigkeiten einen niedrigeren Siedepunkt. Dies ist jedoch der einzige<br />
Unterschied, ansonsten sind die Funktionsprinzipien des ORC und des Rankine<br />
Kreisprozesses dieselben - das Arbeitsmedium wird in einen Kessel gepumpt, wo es<br />
verdampft, durch eine Turbine geleitet wird und schließlich rekondensiert.<br />
Der Wahl des Arbeitsmittels in Rankine-Kreisprozessen mit niedrigen Temper<strong>at</strong>uren wird<br />
eine besondere Bedeutung zugeschrieben. Hier ist der Wärmeübergangskoeffizient <strong>von</strong><br />
besonderer Wichtigkeit, da er die thermodynamischen Eigenschaften des Arbeitsmittels<br />
beschreibt und somit die Rahmenbedingungen für den Prozess schafft. Verschiedene<br />
Kühlmittel und Kohlenwasserstoffe kommen zum Eins<strong>at</strong>z (Tabelle 9). Arbeitsmittel werden<br />
<strong>von</strong> den folgenden Parametern beeinflusst, wobei einige Arbeitsmittel auch kombinierbar<br />
sind:<br />
Isentrope S<strong>at</strong>tdampfkurve<br />
Gefrier- und Siedepunkt<br />
Maximale Temper<strong>at</strong>urtoleranz<br />
L<strong>at</strong>ente Wärme und Dichte<br />
Ozonabbaupotenzial (ODP) und Treibhauspotenzial (GWP)<br />
Korrosionspotenzial, Entflammbarkeit und Giftigkeit<br />
Verfügbarkeit und Kosten<br />
Schätzungen zu Folge kann durch die Abwärme eines BHKWs mit einer Leistung <strong>von</strong> 1<br />
MWel, 7-10 % zusätzlichen Strom im Umfang <strong>von</strong> 70-100 kWel erzeugt werden (FNR 2010).<br />
Dadurch kann der elektrische Gesamtwirkungsgrad einer Biogasanlage auf ca. 45 % erhöht<br />
werden. Theoretisch wäre auch die Verwertung der Abwärme aus der ORC-Anlage möglich,<br />
meistens wird diese Abwärme aber nicht genutzt.<br />
In Abbildung 35 wird ein Beispiel eines ORC-Moduls für <strong>Biogasanlagen</strong> dargestellt. In<br />
diesem Beispiel stellt eine Anlage mit einer Wärmequelle <strong>von</strong> ca. 980 kWth thermischer<br />
Leistung ca. 125 kWel elektrische Leistung zur Verfügung. Die Mindesttemper<strong>at</strong>ur beträgt<br />
121°C, wo<strong>von</strong> der Großteil aus der Wärmerückgewinnung <strong>von</strong> Abgasen stammt und zu<br />
einem geringen Teil aus dem Motorkühlungskreislauf.<br />
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