12. Symposium Energieinnovation Februar 2012, Graz. Dr.-Ing. Andreas Dengel

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1 Energetische Nutzung von Abwärmeströmen - neuartige wirkungsgradoptimierte ORC Anlage im niedrigen Leistungsbereich Entwicklung, Inbetriebnahme und Erprobung 12. Symposium Energieinnovation Februar 2012, Graz Dr.-Ing. Andreas Dengel

2 Gliederung Einleitung Technisches Grundprinzip Versuchsanlage Fenne Feldtestanlage Kirchwalsede Ausblick 2

3 Gliederung Einleitung Technisches Grundprinzip Versuchsanlage Fenne Feldtestanlage Kirchwalsede Ausblick 3

4 Schematische Darstellung des DeVeTec ORC- Kreisprozess 1 Überhitzer Industrieabwärme 2 Speisepumpe 4 3 Verdampfer Erwärmung flüssige Phase 2 3 Verdampfung 3 4 Überhitzung 4 5 Entspannung 5 6 Kondensation 6 1 Druckerhöhung Dampfmotor 5 Kondensator P th nutzbar P el nutzbar niedrigere Investitionskosten durch Ansatz der Direktverdampfung 4

5 Grundprinzip ORC-Kolbenmaschine T max Temperatur Carnot Prozess (Grundlage des ORC- Kreisprozesses) ORC- Prozess (Verdränger) 3 T min 2 1 Kreisprozess Dampfmotor Kreisprozess (Verdränger) Kolbenexpander (Verdränger) 4 Verdränger s min s max Entropie 5

6 Grundprinzip ORC-Turbine Temperatur Carnot Prozess (Grundlage des ORC- Kreisprozesses) klassischer ORC (Turbine) T max 2* 3 4 Turbine 2 Realer Prozess Turbine 4 2* Wärmeenergieübertrag im Rekuperator (4 5 = 2 2*) T min 1 s min 5 s max Verlust Regenerieren Entropie 6

7 Gliederung Einleitung Technisches Grundprinzip Versuchsanlage Fenne Feldtestanlage Kirchwalsede Ausblick 7

8 Demonstrationsanlage am Standort Fenne Kraftwerk Fenne mit einer der weltweit größten Grubengasmotorenanlagen (14 Grubengasmotoren mit je 3MW el) 8

9 Grundprinzip Demonstrationsanlage Fenne Abgassystem, Tmax= 450 C, Pth,max= 1,3MW Medienstrom, Tmax= 300 C, pmax= 35bar Kühlwasser, Tmax= 90 C Kondensator Dampfmotor Bediener Medienpumpe Saugzuggebläse Abgaswärmetauscher Verdampfer und Überhitzer 9

10 Demo-Anlage Kraftwerk Fenne 10

11 Expansionsmaschine 11

12 Demo-Anlage Kraftwerk Fenne 12

13 Gliederung Einleitung Technisches Grundprinzip Versuchsanlage Fenne Feldtestanlage Kirchwalsede Ausblick 13

14 Biogasanlage Kirchwalsede 14

15 Daten Biogasanlage Kirchwalsede Allgemein: Ausgewiesenes Gebiet: Sondergebiet Biogas Grundstücksgröße: m² Anlagenkenndaten Anlagentyp: NaWaRo Biogasanlage Inputstoffe: NaWaRo (Mais, Gras, Gülle) Feuerungswärmeleistung: kw Inst. Nennleistung therm.: kw Inst. Nennleistung elektr.: KW 15

16 Aufstellung an der Biogasanlage Aufbau ORC-Modul mit Wärmeübertragungssystem Standardisierte, mobile und modulare Containerlösung System ist so gestaltet, dass der Kernprozess stets unabhängig betrieben werden kann Schnell an Wärmequelle adaptierbar 16

17 Projektstatus Kirchwalsede Anlage Fenne wird Technologieplattform Erprobungsträger Aufbau der 1. Feldversuchsanlage Mitte Am Standort Kirchwalsede gleicher Expandertyp wie in Fenne, jedoch anstatt mit /min nur noch mit /min, da dort nur ca. 2/3 der Abgasenergie wie am Versuchsstandort in Fenne zur Verfügung stehen etwa 130 kw el. Wärmetauscher wurden von der Firma Würz geliefert. Besonderheit: Vorwärmung des Ethanol auf 140 C wegen Säuretaupunkt. Aufbau der Anlage ist im September 2011 abgeschlossen. IBN geplant September 2011, aber 17

18 ORC Feldtestanlage Kirchwalsede 18

19 ORC Feldtestanlage Kirchwalsede 19

20 Gliederung Einleitung Technisches Grundprinzip Versuchsanlage Fenne Feldtestanlage Kirchwalsede Ausblick 20

21 Feldtestphase Einsatz des ORC Moduls in Verbindung mit entsprechendem Wärmeüberträgersystem in verschiedenen Anwendungen: Biogasanlage (Abwärme Motoren) Biogasanlage (Abwärme Motoren) Stahlindustrie Stahlindustrie (Abwärme (Abwärme Kupolofen) Kupolofen) Glasindustrie (Abwärme Schmelzwanne) Chemische Chemische Industrie Industrie (Prozessabwärme) Automobilindustrie Automobilindustrie (Abwärme (Abwärme Nachverbrennungsanlagen) Nachverbrennungsanlagen) Entwicklung geeigneter Wärmetauscher Medienentwicklung 21

22 Medienentwicklung Ziel: Abwärmenutzung im Temperaturbereich von 90 C bis 400 C Es gibt kein allumfassendes ORC Medium. Deshalb Forschen nach geeigneten Stoffen für verschiedene Temperaturbereiche. Partner: Evonik Degussa GmbH Fokus: nasse Fluide Vorgehensweise: experimentell und durch thermodynamisches Fluidscreening experimentell und durch thermodynamisches Fluidscreening Berechnung der T-s Diagramme für ausgewählte Medien Berechnung Berechnung des der Wirkungsgrades T-s Diagramme des ORC für ausgewählte Prozesses mit Medien unterschiedlichen Randbedingungen Prüfung Berechnung der Anwendbarkeit des Wirkungsgrades im Hinblick auf des Toxizität, ORC Prozesses Umweltauswirkungen, mit unterschiedlichen Entflammbarkeit, Korrosionsaggresivität, thermische Stabilität, Randbedingungen Prüfung der Anwendbarkeit im Hinblick auf Toxizität, Umweltauswirkungen, Entflammbarkeit, Korrosionsaggresivität, thermische Stabilität, 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit