Neue Möglichkeiten der KWK-Modernisierung mit ORC

• Kostengünstige Stromerzeugung aus Abwärme
• BHKWs werden effizienter und wirtschaftlicher
• Erneute Auslösung des KWK Bonus durch ORC Nachrüstung 
• Investition in Energieinfrastruktur mit hoher Rentabilität

Viele BHKW-Anlagen arbeiten nach Modernisierungen effizienter. Deshalb unterstützt der Gesetzgeber die Modernisierung von Bestandsanlagen im Rahmen des Kraft-Wärmekopplungsgesetzes (KWKG). Die wichtigste Voraussetzung ist, dass dabei wesentliche, die Effizienz bestimmende Anlagenteile erneuert werden und dass die Kosten für diese Maßnahmen mindestens 50 % der Kosten für die Neuerrichtung der KWK-Anlage betragen. (Details der  Förderungsvoraussetzungen bei www. Bafa.de>Energie>Kraft-Wärmekopplung).

Setzen Betreiber bei der Modernisierung auf die hocheffiziente ORC-Technologie von Dürr, können sie aus bisher nicht genutzter Abwärme zusätzlichen Strom erzeugen. Dies erhöht den elektrischen Wirkungsgrad signifikant und erlaubt es, abgeschriebene BHKWs länger zu betreiben. Zusätzlich kann mit der ORC- Nachrüstung der KWK-Bonus neu ausgelöst werden, wie im Folgenden gezeigt wird.

Gängige Praxis einer Modernisierung nach Erreichen der 30.000h Grenze ist der Einbau eines neuen BHKW-Motors. Aus rein technischen Gründen ist ein neuer Motor aber oft nicht notwendig, zudem wirkt sich der relativ hohe Zeitaufwand für Aus- und Einbau negativ auf die Verfügbarkeit der KWK-Anlage aus. Trotzdem ist der Motorentausch bisher üblich, weil er die einfachste Voraussetzung ist, um das o.g. 50% Re-Investitionskriterium zu erfüllen.

Eine sinnvolle Alternative ist die Nachrüstung mit einer ORC-Anlage zur zusätzlichen Stromerzeugung mithilfe der Abgaswärme. Statt in die Erneuerung der Motoranlage wird dabei nur in die Ankopplung einer ORC-Anlage investiert. Das ORC-Modul funktioniert wie ein „stromerzeugender Wärmetauscher“: Die Abgaswärme wird zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie und anschließend als Heizwärme genutzt. Es geht somit keine Wärme verloren und vorhandene Wärmeverbraucher können weiter versorgt werden. Die Nachrüstung mit einer ORC-Anlage erfüllt das 50 % Re-Investitionskriterium für den Modernisierungsanteil bei BHKWs. Dabei entfallen rund 40% auf die ORC-Anlage und 10% auf das BHKW – damit entsteht für die Bestandsanlage ein erneuter Anspruch auf den 30.000 h KWK-Bonus.

Die ORC Nachrüstung hat mehrere Vorteile: Die Anbindung erfolgt schnell und einfach, da ORC-Module vormontiert als Kompaktmodul geliefert und nur noch über Abgasleitungen mit dem BHKW verbunden werden. Das abgeschriebene BHKW kann unverändert weiter betrieben werden, der zeitaufwändige Motorentausch entfällt.

Durch die Modernisierung steigt die Effizienz und damit die Stromkennzahl der Gesamtanlage um bis zu 20%, der elektrische Gesamtwirkungsgrad erreicht Spitzenwerte von bis zu 50 %. Das Gesamtsystem arbeitet damit entsprechend effizienter, generiert zusätzliche KWK-Einnahmen und kann somit wirtschaftlicher betrieben werden.

Die Modernisierung über ein ORC-Modul ist gegenüber dem Motorentausch die wirtschaftlichere Alternative, da sie sich durch die zusätzlichen Stromeinnahmen des ORC-Moduls innerhalb weniger Jahre rechnet. Das bestehende KWK-System profitiert zusätzlich vom erneut gewährten KWK-Bonus.

Höhere Effizenz des KWK-Systems mit ORC
Die ORC-Nachrüstung hat mehrere Vorteile: Durch die ORC Anlage steigt die Effizienz und damit die Stromkennzahl des Gesamtanlage um bis zu 20%; der elektrische Gesamtwirkungsgrad steigt auf bis zu 50%. Der erneute KWK-Bonus wird ohne BHKW-Motorentausch fällig, abgeschriebene Anlagen können unverändert weiterbetrieben werden.

ORC: Bewährte Technologie für vielfältige Anwendungsfälle. Die ORC-Technologie von Dürr ist etabliert und marktverfügbar, zahlreiche Anlagen verstromen bereits zuverlässig Abwärme. Generell lässt sich der Wärmeüberschuss aus Nieder-und Hochtemperaturquellen mit Niveaus zwischen 90oC und 800oC gewinnbringend verstromen. ORC-Anlagen lassen sich mit (Biomasse-) Feuerungen, Abwärme aus industriellen Produktionsprozessen, Geothermie oder Blockheizkraftwerken mit unterschiedlichsten Brennstoffen kombinieren. Je nach Temperaturniveau und Anlagengröße können aus der BHKW-Abwärme bis zu 10 % zusätzlicher Strom erzeugt werden – ohne weiteren Brennstoffeinsatz und ohne weitere Emissionen.

Funktionsprinzip ORC: Abwärmeverstromung auf relativ niedrigem Temperaturniveau
Prinzipiell funktioniert der ORC-Prozess wie eine Dampfmaschine. Statt Wasser verdampft die Abwärme ein organisches Arbeitsfluid bereits bei relativ niederen Temperaturen und treibt damit in einem geschlossenen Kreislauf einen Generator an. So können Wärmequellen bereits ab 90°C zur Stromerzeugung genutzt werden.

Die Kompatibilität mit einer Vielzahl unterschiedlicher Abwärmequellen und das breite Temperaturspektrum machen ORC zu einer hochflexiblen Technologie mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Für passgenaue Lösungen liefert Dürr Cyplan KWK-fähige Kompaktmodule für Leistungsbereiche zwischen 40 KWel und 500 KWel. Für die Entwicklung kleiner KWK-fähiger ORC Systeme erhielt Dürr Cyplan 2013 den Umwelttechnikpreis Baden-Württemberg und den Nachhaltige Produktion Award auf der Hannover Messe. Alle ORC-Anlagentypen sind platzsparend auf einem Grundrahmen montiert und flexibel einsetzbar.

Besonders für Kläranlagen interessant. ORC-Anlagen erzielen den größten Effekt mit Abwärmequellen, die ganzjährig zur Verfügung stehen, und bei Anwendungsbereichen mit relativ konstantem (Eigen-)Strom- und Wärmebedarf. Ein typisches Beispiel sind BHKWs in Klärwerken. Durch ORC-Nachrüstung kann bei einem Klärgas-BHKW ab einer elektrischen Leistung von 500 KWel die Eigenstromproduktion um bis zu 10% gesteigert werden, entsprechend reduziert sich der Strombezug aus dem Netz. Die nach dem ORC-Prozess verbleibende Restwärme kann auf einem Temperaturniveau von bis zu 90°C als Prozesswärme für die Beheizung des Faulturms verwendet werden. Zusätzlich profitieren die Betreiber der Kläranlage von dem erneuerten KWK-Bonus. Diese günstige Konstellation ermöglicht eine sehr gute Rentabilität der Investition und eine erhebliche Senkung der Betriebskosten der Kläranlage.

ORC-Module werden anschlussfertig geliefert
Die vormontiert gelieferten Kompaktmodule müssen nur noch über Abgasleitungen mit dem BHKW verbunden werden. Das bestehende BHKW kann unverändert weiter betrieben werden, der zeitaufwändige Motorentausch entfällt; der Platzbedarf entspricht etwa dem eines BHKWs.

Fazit: Die ORC-Technologie ist grundsätzlich für die Ausrüstung von neuen dezentralen Energieanlagen, die Nachrüstung von Bestandsanlagen und die Modernisierung von Altanlagen geeignet. In allen Fällen lässt sich die Wirtschaftlichkeit der Gesamtsysteme durch die ORC-Integration deutlich steigern. Für kommunale oder industrielle Betreiber ist die ORC-Nachrüstung ihres BHKWs eine Möglichkeit, nachhaltig in die vorhandene Energieinfrastruktur zu investieren und dabei schnelle Effizienzgewinne zu realisieren.