Organic Rankine Cycle Demonstrationsanlage in Lahendong, Indonesien

Organic Rankine Cycle Demonstrationsanlage in Lahendong, Indonesien (GFZ)

Organic Rankine Cycle Demonstrationsanlage in Lahendong, Indonesien ©GFZ

Niedertemperatur-Stromerzeugungsanlagen

Niedertemperatur-Stromerzeugungsanlagen bestehen aus drei Teilsystemen:

  • Thermalwasserkreislauf
  • Verstromungsprozess im Kraftwerkskreislauf
  • Kühlung

Die effiziente und verlässliche Realisierung einer Anlage entsprechend der gegebenen Randbedingungen der Quelle und der Senke erfordert die technische Charakteristik der einzelnen Teilsysteme sowie eine optimale Abstimmung der Teilsysteme aufeinander. Für den Niedertemperatur-Kraftwerksprozess kommen meist Organic Rankine Cycle (ORC)-Anlagen zum Einsatz. Diese nutzen ein Arbeitsmittel mit niedrigem Siedepunkt in einem geschlossenen Dampfprozess. ORC-Anlagen kommen in Deutschland seit vielen Jahren vorrangig in der Nutzung von Motor- und Industrie-Abwärme (Temperatur der Wärmequelle 200 bis 500 °C) zum Einsatz und stellen in diesem Anwendungsbereich eine etablierte Technik dar. Forschungsbedarf besteht hingegen bei Temperaturen der Wärmequelle unter 200 °C. Diese Technologie bekommt in dem zukünftigen gekoppelten Strom-Wärme-Energiesystem eine besondere Bedeutung

Hochtemperatur-Wandler

Der elektrochemische Wandler AMTEC (Alkali Metal Thermal-to-Electric Converter) ist eine thermoelektrische Zelle die Wärme direkt in Gleichstrom umwandelt. Er kann Temperaturen im Bereich 600 °C– 1000 °C verarbeiten und eignet sich somit für Hochtemperatur-Prozesse wie z.B. konzentrierende Solarenergie, Nutzung industrieller Abwärme und als Stromquelle für die Raumfahrt.

Pluspunkte für Organic Rankine Cycle (ORC)-Anlagen

  • Nutzbarkeit von Energie aus niedrigexergetischen Quellen
  • kontinuierliche Nutzung von geothermischen Quellen mit Stromgewinnung in Zeiten von geringem Bedarf an Wärmebereitstellung
  • Nutzung von abgetrenntem Heißwasser aus Heißwasser-Dampflagerstätten
  • Verstromung in einem geschlossenen System

Potenziale von Organic Rankine Cycle (ORC)-Anlagen

  • Potenzial für die Stromgewinnung aus Abfallwärme oder aus geothermischen Quellen (nach IPCC-Report: weltweit ca. 70 GW bis 2050).
  • ORC hat Marktpotenzial für die heimische Industrie.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Niedertemperatur

  • effzienter Teillastbetrieb von ORC-Anlagen
  • optimierte Kopplung der drei Kreisläufe (Thermalwasser, Verstromung, Kühlung)
  • Verlässlichkeit der Systemkomponenten mit Anpassung an verschiedene Standorte

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Hochtemperatur

  • Materialuntersuchungen (Keramik, Keramik-Metall Verbindungen, Material der Elektroden)
  • Vermeidung der thermischen und elektrischen
  • Verluste und
  • Limitierung der Degradation der Zelle
  • Erhöhung des Wirkungsgrades auch bei Langzeitoperationen
  • theoretische Charakterisierung und multi-physics/ multi-scale Simulation der fluiddynamischen, elektrothermischen, und thermischen Prozesse

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