Stromerzeugung aus Abwärme

Abwärme entsteht bei zahlreichen technischen Prozessen und verpufft häufig ungenutzt in die Atmosphäre. Inzwischen wird auch versucht, sie als Quelle für die Wärmeversorgung in Gebäuden und für die Stromerzeugung zu nutzen.
Die Erzeugung von Strom aus Abwärme erfolgt im ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle). Diese Technologie ist nicht neu. Sie wird bereits seit den 1960er Jahren genutzt. Inzwischen wurde sie verbessert und gewinnt angesichts der hohen Energiepreise, der strengen CO2-Vorgaben und des Klimawandels immer mehr an Bedeutung. Niedertemperatur-Abwärme wird in Strom umgewandelt.

Einsparpotenzial durch industrielle Abwärme

Täglich verpuffen gewaltige Mengen Energie in Zementwerken, Stahlfabriken und Gießereien. Die freigesetzte Energie in Form von Abwärme könnte klimafreundlichen Strom liefern. Das ist mit der ORC-Technik möglich, die ähnlich wie ein klassisches Dampfkraftwerk funktioniert.

Die Deutsche Energieagentur (Dena) rechnet bei der Nutzung von industrieller Abwärme zur Stromerzeugung mit einem Einsparpotenzial von ungefähr 450 Petajoule beziehungsweise 125 Terawattstunden.

Das bedeutet jährliche Kosteneinsparungen von ungefähr 5 Milliarden Euro. Abwärme ist also kein energetischer Abfall, sondern sie kann den Strombedarf in der Industrie kostengünstiger und klimafreundlicher decken.

Funktionsweise einer ORC-Anlage

Eine ORC-Anlage nutzt Abwärme zwischen 90 und 500 Grad Celsius für die Stromerzeugung. Die Basis bildet der Rankine-Kreisprozess. Dabei handelt es sich um ein thermodynamisches Verfahren, bei dem Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Eine Dampfturbine verwendet statt Wasser ein organisches Arbeitsmedium, das bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft.

Häufig entsteht Abwärme auf einem Temperaturniveau, das zu niedrig für den Betrieb von klassischen Dampfturbinen ist. Abwärme kann jedoch für ORC-Verfahren genutzt werden. Als Arbeitsmittel wird kein Wasserdampf, sondern organische Flüssigkeiten oder Kältemittel mit einem niedrigeren Siedepunkt als Wasser genutzt. So kann auch bei einem niedrigeren Druck und niedrigeren Temperaturen eine Turbine betrieben werden. Da auch kompaktere Anlagen gebaut werden können, lassen sich auch kleinere Abwärmequellen erschließen.

Beim ORC-Verfahren zirkuliert eine organische Flüssigkeit als Medium in einem geschlossenen Kreislauf. Die Flüssigkeit wird durch die Zufuhr von Abwärme erwärmt und verdampft. Abwärme kann als heiße Luft, heißes Wasser oder Dampf zugeführt werden.

Der Dampf gelangt in die Expansionsmaschine. Sie dreht sich und treibt einen Generator an, der elektrischen Strom erzeugt. Die organische Flüssigkeit kondensiert in einem nachgeschalteten Kühler. Das Kondensat wird wieder zur Wärmequelle geführt. Der Kreislauf beginnt erneut.

Vorteile einer ORC-Anlage

Eine ORC-Anlage erzeugt Strom aus thermischer Energie. Sie bietet ein hohes Sparpotenzial und arbeitet effizient. Sie leistet einen wichtigen Beitrag zu nachhaltigen Versorgungsstrategien. Unternehmen können von mehreren Vorteilen profitieren.

Energieeinsparung und hohe Wirtschaftlichkeit

Angesichts der steigenden Energiekosten kann die Umwandlung von Abwärme in Strom wirtschaftlich sein. Sie hilft Unternehmen, Energiekosten zu sparen. Wichtig ist jedoch eine genaue Analyse des Betriebs.

ORC-Anlagen eignen sich insbesondere für Unternehmen mit Laufzeiten von mehr als 5.000 Volllaststunden pro Jahr.

Die Anlage amortisiert sich dann oft schon nach wenigen Jahren. ORC-Systeme sind für energieintensive Branchen geeignet, zu denen die Zement-, Glas-, Metall- und Chemieindustrie gehören. Ungenutzte Abwärme kann in diesen Unternehmen wirtschaftlich genutzt werden.

Geringerer Strombedarf und weniger Kohlendioxid-Emissionen

Unternehmen senken ihren externen Strombezug, wenn sie die erzeugte Abwärme mit einer ORC-Anlage in Strom umwandeln. Unternehmen reduzieren damit langfristig ihre Energiekosten.

Mit einer ORC-Anlage tragen Unternehmen zum Klimaschutz und zur Dekarbonisierung bei. Sie benötigen weniger fossile Energieträger und senken ihre CO2-Emissionen. Ähnlich wie mit einer Photovoltaik-Anlage kann auch mit einer ORC-Anlage Strom erzeugt werden, der nicht sofort benötigt wird. Er kann in ein öffentliches Stromnetz eingespeist und vergütet werden.

Planungssicherheit und Zuverlässigkeit

Eine moderne ORC-Anlage zeichnet sich durch einen geringen Wartungsaufwand aus und gilt als technisch zuverlässig.

Sie ermöglicht Unternehmen eine stabile Kalkulation ihrer Kosten und Einsparpotenziale und sorgt für Planungssicherheit.

Wann ist eine ORC-Anlage wirtschaftlich sinnvoll?

Nicht für jedes Unternehmen ist eine ORC-Anlage wirtschaftlich sinnvoll. Sie ist dann wirtschaftlich, wenn die Abwärme eine Temperatur von mindestens 100 Grad Celsius, besser jedoch über 200 Grad Celsius hat. Zusätzlich sollte eine hohe Zahl an Volllaststunden pro Jahr zu verzeichnen ist.