CO2-Emissionen vermeiden, Kosten senken, Ausgaben minimieren: Mit einer Modifikation der bestehenden KWK-Anlage ist die Maschinenfabrik Bernard Krone allen drei Zielen näher gekommen.

 

An seinem Standort in Spelle (Emsland) fertigt der Familienbetrieb Krone ein breites Spektrum an landwirtschaftlichen Maschinen für die Grünfutterernte. Schon seit Längerem wird dort ein erdgasbetriebenes Blockheizkraftwerk mit 834 kW elektrischer und 900 kW thermischer Leistung betrieben. Hauptabnehmer der Wärme ist die Lackierstraße mit Vorlauftemperaturen von etwa 95 Grad Celsius zur Temperierung der Becken. Die Produktion erfolgt in einem Dreischichtmodell, weshalb das BHKW trotz hoher elektrischer Grundlast am Wochenende nicht betrieben wurde.

Um das volle Potenzial der Wärmeenergie ausschöpfen zu können, koppelte die Dürr Systems AG aus Bietigheim-Bissingen das Blockheizkraftwerk mit zwei neuen ORC-Anlagen. „Das Ziel war es bei der Integration der ORC-Anlagen, dass Krone nichts an seinen Primärprozessen und dem vorhandenen Wärmekonzept modifizieren muss. Das war keine triviale Aufgabe, denn die neue Lösung musste exakt an alle existierenden Volumen- und Wärmeströme angepasst werden“, erklärt Davide Pitta, Projektleiter bei Dürr.

Abwärmeanlage spart CO2 und Geld

Die ORC-Technologie von Dürr deckt den breiten Temperaturbereich von 90 Grad Celsius bis über 500 Grad Celsius ab. Die Hochtemperatur-ORC-Module arbeiten wie „stromerzeugende Wärmetauscher“: Sie generieren mit Abgaswärme zusätzliche elektrische Energie und stellen Nutzwärme bereit. Der Prozess ähnelt dem Wasser-Dampf-Kreislauf eines konventionellen Kraftwerks. Im Gegensatz zum offenen Kreislauf einer Dampfturbine sind die Kreisläufe bei einer ORC-Anlage jedoch geschlossen und sie verdampfen statt Wasser ein organisches Arbeitsfluid mit niedrigem Siedepunkt. Üblicherweise kommen dafür Kohlenwasserstoffe oder Kältemittel zum Einsatz.

Im ersten Schritt fließt bei Krone laut den Informationen von Dürr die Rauchgaswärme des stationären BHKW-Gasmotors direkt in das ORC-Modul. Im nächsten Schritt wird das Arbeitsfluid unter Verwendung der Wärmeenergie des Rauchgases zu Dampf, der anschließend in einen Turbogenerator strömt. Dieser von Dürr patentierte Turbogenerator ist das Herzstück jedes ORC-Moduls. Der in der Turbine expandierte Dampf erzeugt mechanische Energie, die den an die Turbine gekoppelten Generator antreibt. Darin wird ein Teil der Wärmeenergie in Elektrizität gewandelt, die der Betreiber selbst nutzen oder ins öffentliche Stromnetz einspeisen kann. Beides bietet laut dem Hersteller Dürr finanzielle Vorteile: entweder, indem der Betreiber Stromkosten einspart oder Erlöse für seinen grünen Strom erzielt.
 
Im Anschluss wird der Dampf durch die Wärmeentnahme kondensiert und als flüssiges Arbeitsmittel von einer Pumpe zurück in den Verdampfer transportiert, um dort erneut zu verdampfen. An dieser Stelle schließt sich der Kreis und die im Kondensator extrahierte Wärmeenergie steht als Nutzwärme mit bis zu 95 Grad Celsius bereit.

Bei Krone wurde für die Heißgasschnittstelle zum BHKW eine ORC-Hochtemperaturanlage mit Kraft-Wärme-Kopplung ausgewählt, während eine ORC-Niedertemperaturanlage dem Warmwasserkreislauf zugeordnet ist. „Wir haben damit eine Lösung auf zwei Ebenen entwickelt, die zu einem höheren Strom-Output führt, ohne mehr Input zu benötigen, und eine Laufzeiterhöhung des BHKW ermöglicht.

„Dadurch steigt die Eigenversorgungsquote um 22 Prozentpunkte und es wird 4,5 Prozent weniger Primärenergie im Vergleich zum vorherigen Erzeugungsmix benötigt“, sagt Sebastian Schulte, Leiter der Betriebstechnik bei Krone.
Bislang hatte Krone das BHKW nicht rund um die Uhr laufen lassen können, da die Wärmeabnahme im Werk unter Berücksichtigung der Hocheffizienzkriterien am Wochenende hierfür nicht ausreichend war. Durch dieses Anlagenkonzept konnte die Laufzeit der BHKW-Anlage signifikant gesteigert werden. Nach rund vier Jahren soll sich die ORC-Anlage amortisiert haben.

Auch der Umwelt komme die Technik zugute: Unter der Voraussetzung, dass ein 70-kW-Standardmodul 8.000 Stunden jährlich über 15 Jahre läuft, produziert es rund 7.500 MWh Strom. Da der Strom ohne Primärenergie rein aus Abwärme entsteht, lassen sich dadurch rund 6.500 Tonnen CO2 vermeiden. „Für jeden Standort mit einem entsprechenden Verbrauch und einem erdgasbetriebenen BHKW, das mehr als 500 kW elektrische Leistung erzeugt, rechnet sich die ORC-Technik schon heute“, so die Einschätzung von Timm Greschner, Head of Cyplan ORC bei Dürr, mit Blick auf den Unterschied zwischen den Strombezugs- und den Stromgestehungskosten und mit Blick auf Subventionen und Steuervorteile. „Wenn in Zukunft die Preise für CO2-Zertifikate weiter steigen, wird das die Attraktivität der Anlagen noch einmal wesentlich erhöhen.“