TH Nürnberg

Mikro-Dampfprozess zur Abwärmenutzung

Kraft-Wärme(-Kälte)-Kopplung ist besonders energieeffizient und damit ein wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Energieversorgung. Von zunehmender Bedeutung für die Energieversorgung ist, dass sich mit dezentralen Blockheizkraftwerken Strom vor Ort erzeugen lässt, z.B. genau dann, wenn erneuerbare Energien gerade den Bedarf nicht decken können. Zudem lassen sich dadurch kurze Transportwege für den erzeugten Strom erzielen, was die Verluste reduziert und die Versorgungsnetze entlastet. Häufig wird dabei aber mehr Wärme erzeugt, als lokal benötigt wird. Insbesondere im heißen Abgas der Motoren und Turbinen steckt noch ungenutzte, hochwertige Energie. Um diese Energie zu nutzen, wird in zentralen Gas- und Dampfkraftwerken dem eigentlichen Kraft-Wärme-Prozess der Gasturbine noch ein Dampfprozess als sog. Bottoming Cycle (Clausius Rankine Cycle – CRC) nachgeschaltet. Damit lassen sich heute Gesamt-Wirkungsgrade von über 61 % erreichen. CRC bietet neben diesem noch viele andere Vorteile gegenüber dem konkurrierenden ORC-Prozess. So hat der zum Einsatz kommende Wasserdampf keinen Einfluss auf das Klima (GWP = 0) oder die Ozonschicht (ODP = 0), ist ungiftig, nicht brennbar und thermisch stabil.

Allerdings erfordert die Beherrschung der beim CRC-Verfahren üblichen hohen Drücke und des großen Expansionsverhältnisses von Wasserdampf besonders anspruchsvolle Technologien, so dass dieses Verfahren trotz seiner Vorteile bislang nur in großen Kraftwerken eingesetzt wird. Ziel des Forschungsverbundes aus der Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg (SUN) als Betreiber, dem Spezialisten für Abgaswärmetauscher Aprovis GmbH und der Siemens AG unter der Leitung der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm (www.th-nuernberg.de) ist es, diese Technologie nun auch für dezentrale BHKW zu erschließen. Erstmalig soll dazu in diesem Projekt eine hermetische Mikro-Dampfturbine-Generator-Einheit von Siemens mit einer Leistung von 40 kWel eingesetzt werden, die magnetgelagert ist und dadurch völlig ölfrei und damit auch wartungsfrei betrieben werden kann.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben mit 600.000 €, der Anlagenbauer UAS Messtechnik ist mit dem Bau der Versuchsanlage beauftragt. Ziel ist die Erprobung der Turbine in einem hermetischen Dampfkreislauf, der mit der Abgaswärme eines BHKW versorgt wird.

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