Bislang haben die beiden Blockheizkraftwerke 8,3 Millionen Kilowattstunden Strom pro Jahr produziert und rund 7.100 Endverbraucher mit Strom versorgt. Die dabei erzeugte Wärme wird zur Beheizung der Gebäude der Stadtwerke und der benachbarten Unternehmen verwendet. Zusätzlich werden der Fermenter und der Nachfermenter beheizt. Die Temperaturen werden auf einem konstanten Niveau von 40° C gehalten, um ideale Lebensbedingungen für die Mikroben zu gewährleisten, die für die Fermentations- und Ausgasungsprozesse verantwortlich sind. Im Sommer wird die Wärme auch zur Trocknung von Kräutern in einem benachbarten landwirtschaftlichen Betrieb genutzt. „Das Konzept entspricht somit dem Grundgedanken der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), wonach die Energie gleichzeitig in elektrische Energie und Wärme umgewandelt und genutzt wird“, sagt GGV-Geschäftsführer Paul Weber.
Dürr ORC-Technologie
Die Integration des ORC-Systems des Systembauspezialisten Dürr verbessert die umfassende Energienutzung. ORC steht für Organic Rankine Cycle (Organic Rankine Cycle) - ein Verfahren, bei dem Abwärme mithilfe eines Verdampfungsprozesses zur Stromerzeugung verwendet wird. In Groß-Gerau wird dazu die Hochtemperatur-Abgasabwärme eines BHKW mit einer elektrischen Leistung von 800 kWel genutzt. „Dieses bewährte Prinzip erzeugt durchschnittlich 60 kWel zusätzliche Leistung“, erklärt Dürr-Projektleiter Timm Greschner. „Dabei geht keine Wärme verloren, unabhängig davon, ob ein Konzept zur Wärmenutzung existiert oder nicht. Bis zu 18% der Gesamtwärme des Rauchgases wird in Elektrizität umgewandelt, und die verbleibende (etwa 82%) wird auf einem Temperaturniveau von bis zu 90 ° C bereitgestellt. “Daher wurde eine erhebliche Effizienzsteigerung bei der Stromerzeugung realisiert Groß-Gerau, ohne das bestehende Wärmekonzept zu beschränken.
Das ORC-System ist einfach und robust und lässt sich leicht in das Gesamtsystem integrieren. Da es keinen komplexen Zwischenkreis und keine separate Turbinenschmierung mit Schmieröl gibt, arbeitet das System auch sehr stabil. Das ORC-System nutzt das ganze Jahr die Rauchgaswärme und produziert dank des hohen Kondensationsniveaus auch im Sommer volle Leistung.
Wirtschaftlichkeit
Diese Investition hat sich für die Stadtwerke Groß-Gerau gelohnt. Durch die Integration des ORC-Systems konnte der Abluftwärmetauscher hinter dem BHKW entfallen. Die gesamte erzeugte elektrische Leistung wird von 8,3 auf über 8,7 Mio. kWh erhöht. Damit können rund 360 weitere Endverbraucher mit Strom versorgt werden. Trotz des Wegfalls des Abluftwärmetauschers wird die Wärme in das Heiznetz eingespeist und steht voll zur Trocknung der Kräuter und zum Beheizen des Verwaltungsgebäudes, des Fermenters und des Nachfermenters zur Verfügung.
Die Amortisationszeit einer solchen ORC-Investition beträgt fünf Jahre bei einem Stromrückkaufpreis von 20,3 Cent / kWh und einer vollen Auslastung von 7.500 Stunden. Bei einem Abschreibungszeitraum von zehn Jahren entspricht dies einer internen Verzinsung von 15,6%.
Durch den Einsatz der ORC-Technologie wird die KWK-Vergütung spürbar erhöht. Gemäß der Empfehlung der Clearingstelle für das Erneuerbare-Energien-Gesetz vom 25. November 2010 gilt: „Systeme mit Wärmeauskopplung (…) sind als Einheit zu betrachten, um das Verhältnis von Leistung zu Wärme bei Verwendung eines Geräts zu bestimmen um die entzogene Wärme mittels eines zusätzlichen Generators in Elektrizität umzuwandeln. “Folglich verbessert sich das Leistungs-Wärme-Verhältnis des Gesamtsystems, bestehend aus KWK-Einheit und ORC, gemäß der folgenden Formel:
Verhältnis von Leistung zu Wärme
Die KWK-Vergütung ergibt sich aus der Summe der extern genutzten Wärme multipliziert mit dem Verhältnis von Leistung zu Wärme und dem KWK-Bonus. Dies bedeutet, dass die Vergütung automatisch ansteigt, wenn das Verhältnis von Leistung zu Wärme durch das ORC-System erhöht wird.
Bei gleichbleibender Wärmeausnutzung steigen die KWK-Erträge mit einer nachgerüsteten KWK-Anlage um 17,6%. Bei Wärmenutzung mit einem Trockner (z. B. Holz-, Gärrest- oder Kräutertrockner) von 1,5 Mio. kWh / a liegen die zusätzlichen KWK-Einnahmen bei etwa 7.100 € pro Jahr.
Andere Anwendungen
„Neben dem Einsatz in KWK-Konzepten eignen sich ORC-Systeme von Dürr für ein breites Anwendungsspektrum. Die energieeffiziente Technologie von Dürr lässt sich generell mit den unterschiedlichsten Verbrennungsmotoren und Abwärmequellen verbinden. Abwärme ist eine der größten ungenutzten potenziellen Energiequellen in Deutschland “, erklärt Frank Eckert, Geschäftsführer von Dürr Cyplan. „Abwärme aus Industrie, Feuerungssystemen und die Nutzung geothermischer Wärmequellen sind besonders attraktive Anwendungsmöglichkeiten für die ORC-Technologie, die zur Entwicklung von Energieeffizienzpotenzialen sowie zu attraktiven Kapitalrenditen beiträgt.“
