Organischer Rankine-Zyklus (ORC)
Grundlagen
Organischer Rankine-Zyklus
Der Rankine-Zyklus ist ein thermodynamischer Zyklus, der in Kraftwerken weit verbreitet ist, um Wasser in Dampf umzuwandeln und diesen Dampf dann durch eine Turbine zu expandieren, um mechanische Arbeit zu erzeugen. Der organische Rankine-Kreislauf (ORC) ist eine Weiterentwicklung dieser Technologie, bei der anstelle von Wasser ein organisches Arbeitsmittel verwendet wird. Dieses Arbeitsmittel, in unserem Fall Pentafluorpropan, hat einen niedrigeren Siedepunkt als Wasser, um im Vergleich zu größeren Rankine-Kreisläufen Wärmequellen mit niedrigeren Temperaturen nutzen zu können.
ElectraTherm verwendet einen ORC mit firmeneigenen Technologien, um bis zu 125 kW (eine 250-kW-Einheit ist in der Entwicklung) sauberen Strom aus Wärmequellen mit einer Temperatur von nur 70 °C zu erzeugen. Diese niedrigeren Werte eröffnen Möglichkeiten in Branchen, die bisher nicht über ausreichend Wärme für die Stromerzeugung verfügten. Die Betreiber nutzen ihre überschüssige Wärme zur Erzeugung von nachhaltigem Strom, wodurch die Effizienz gesteigert, die Energie-/Brennstoffkosten gesenkt und die CO2-Bilanz verbessert wird.
Unsere Technologie
Das Herzstück der ORC-Systeme von ElectraTherm ist ein speziell entwickelter Doppelschneckenexpander der Muttergesellschaft, BITZER. Die Einführung dieser Technologie stellt eine dramatische Veränderung gegenüber früheren ORC-Technologien dar, bei denen Radial- oder Axialturbinen zum Einsatz kommen, und bietet eine kosteneffizientere, robustere Konstruktion, die die Zuverlässigkeit erheblich verbessert.
Da unsere Systeme einen Expander mit niedrigerer Wärmetemperatur verwenden, ist der Druck auf die Pumpe geringer und die Betriebsgeschwindigkeit niedriger als bei Turbinentechnologien, was zu einem einfacheren Betrieb und weniger Wartung führt. Der Expander verträgt auch "nassen" zweiphasigen Durchfluss, so dass er zuverlässig Strom erzeugen kann, während er Temperatur- und Durchflussschwankungen akzeptiert und die schlimmste Befürchtung einer Turbine - Feuchtigkeit - zulässt.
Die ORC-Systeme von ElectraTherm sind flexibel und skalierbar - das bedeutet einfache Integration und die Möglichkeit der Skalierung von 75 - 125 Kilowatt (oder weniger) bis hin zu Multi-Megawatt-Anwendungen.
Unser Prozess
- Das Arbeitsmedium wird auf einen höheren Druck gepumpt und in den Vorwärmer geleitet.
- Die Temperatur des Arbeitsmittels wird im Vorwärmer erhöht und dem Verdampfer zugeführt.
- Durch die vom Verdampfer aufgefangene Wärme wird das Arbeitsmittel zu einem Dampf mit hohem Druck verdampft.
- Der Dampf strömt durch den Doppelschneckenexpander und treibt einen elektrischen Generator zur Stromerzeugung an.
- Der Dampf wird abgekühlt und kondensiert wieder zu einer Flüssigkeit, und der Zyklus wiederholt sich.
ORC-Wärmerückgewinnung Vorteile
Auch wenn es sich bei den Anwendungen nicht um 100% saubere Energie handelt, ist die ORC-Stromerzeugung an sich eine 100% saubere Lösung ohne Emissionen oder schädliche Nebenprodukte - heißes Wasser ist der Brennstoff. Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen sind die gleichbleibenden Stromkosten extrem niedrig, was die ORC-Technologie für Unternehmen, die ihre Bilanz verbessern und gleichzeitig Nachhaltigkeitsziele erreichen wollen, sehr interessant macht.
Effizienzsteigerung
Durch die Nutzung überschüssiger Wärme zur Stromerzeugung wird die Energieeffizienz erheblich verbessert. bis zu 10% in einigen Anwendungen - und die Kühllast wird um 70-100% reduziert. Dies bedeutet eine erhebliche Verringerung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe, der damit verbundenen Emissionen und der Betriebskosten.
Ökologische Anreize
Unsere Betreiber profitieren häufig von einer Reihe von Umweltanreizen, die Effizienz, saubere Energie, erneuerbare Wärme und mehr fördern. Je nachdem, wo die ORC-Anlage in Betrieb genommen wird, können Sie sich für attraktive Kickbacks qualifizieren. Bei geeigneten Projekten kann dies die Wirtschaftlichkeit erheblich verbessern.
Fördert ESG
Innovative Technologien - wie z. B. Wärme zu Strom und Netto-Null-Kühlung zum Strom - die sowohl den Betrieb als auch die Umwelt verbessern, sind die perfekte Ergänzung für jedes Unternehmen. Angesichts der Tatsache, dass die Welt nach Wegen sucht, um Kohlenstoff-Nettoneutralität zu erreichen, werden sich Organisationen, die Schritte zur Erreichung dieses Ziels unternehmen, von ihren Mitbewerbern abheben.
Wärmequellen
Geeignete Wärmequellen für Flüssigkeiten liegen zwischen 70°C und 150°C.
Gasförmige Wärmequellen mit einer Temperatur von mehr als 150°C können ebenfalls genutzt werden, wenn ein sekundärer Wärmeaustauschkreislauf eingesetzt wird.
Unsere Niedertemperatur-ORC-Lösungen nutzen heißes Wasser als Brennstoff, um bis zu 125 kWe sauberen Strom zu erzeugen - ohne zusätzliche Kosten für den Betreiber. Das Wasser kann auf verschiedene Weise zu uns gelangen, solange wir genug davon haben und die Temperatur hoch genug ist. Die Leistungsabgabe steht in direktem Zusammenhang mit der Durchflussmenge und der Temperatur der Quelle, doch kann eine Anwendung mit einer geringeren Durchflussmenge auskommen, wenn das Wasser eine ausreichend hohe Temperatur hat.
Gemeinsame Anwendungen
// Wasser für Kühlkreisläufe (Motoren und Kompressoren)
// Mikrogeothermische Quellen (Sole, koproduzierte Fluide)
// Industrielle Abwärme wie heiße Gase aus Öfen, Schmelzöfen usw.
// Abgase und Rauchgase (zusätzlicher Wärmetauscher erforderlich)
// Thermoöl oder andere Hochtemperaturquellen (erfordert zusätzlichen Wärmetauscher)
// Kesselsysteme, wie sie bei der anaeroben Vergärung und bei Biomasseprozessen eingesetzt werden
// Netto-Null-Kühlung zum Strom (stromerzeugende Kühleralternative)
Jede Anwendung, bei der es um Wärme geht, die auf ein Fluid übertragen werden kann, kann ElectraTherms Lösungen für die ORC-Stromerzeugung integrieren. Für detaillierte Spezifikationen, Referenzen oder allgemeine Informationen wenden Sie sich bitte an einen unserer Vertreter, indem Sie unsere Kontakt-Seite besuchen.
Leistungsvariablen
Verfügbare Wärme / thermische Leistung
Die verfügbare Wärmeleistung ist die Menge an BTUs/Std. oder kWth, die kontinuierlich von der Abwärmequelle erzeugt wird und für die ORC-Stromerzeugungssysteme von ElectraTherm zur Verfügung steht. Je mehr Wärme zur Verfügung steht, desto mehr elektrische Leistung gibt es.
Durchflussmenge
Während die erzeugte und für die Umwandlung verfügbare Wärme eine große Rolle für die Systemleistung spielt, spielt die Durchflussmenge der Wärmequelle eine ebenso große Rolle. Ein höherer Durchfluss erhöht die dem ORC zur Verfügung gestellte Wärmeenergie. Eine Wärmequelle mit niedrigerer Temperatur und hohem Durchfluss kann eine maximale Leistung erzielen und umgekehrt für Wärmequellen mit niedrigerem Durchfluss.
System-Delta T
Standortbedingungen wie das System-Delta T (das von der Umgebungstemperatur und dem Temperaturunterschied zwischen Heiz- und Kühlwasser beeinflusst wird) wirken sich ebenfalls auf die ORC-Leistung aus.
Das Systemdelta T ist der ΔT-Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und der Verflüssigungsquelle und ist auch die Hauptantriebskraft für die Steigerung des Wirkungsgrads von ORC-Anlagen. Die Temperaturbereiche für TH und TC, in denen ORC-Systeme mit minderwertiger Wärme typischerweise betrieben werden, diktieren niedrigere Wirkungsgrade als ORC-Systeme mit hochwertiger Wärme aufgrund der höheren Temperatur der Wärmequelle TH. Das Power+ System ist aufgrund der physikalischen Eigenschaften von flüssigem Wasser durch die Delta-T-Temperatur begrenzt.
Der Standort der ORC-Anlage beeinflusst die Temperaturbedingungen der Umgebungsluft. An Standorten mit heißem Klima, wie z.B. in Afrika und am Äquator, ist die Nettoleistung geringer als die Nettoleistung von Anlagen, die an Standorten mit kaltem Klima, wie z.B. in Nordeuropa, installiert sind, selbst bei gleicher Warmwasser-Eingangstemperatur. Diese Diskrepanz ist auf ein geringeres System-Delta T (Differenz zwischen der Warmwasser-Eingangstemperatur und der Verflüssigungstemperatur) in warmen Klimazonen gegenüber kalten Klimazonen zurückzuführen.
Beispiel einer Wärmekraftmaschine
Eine Wärmekraftmaschine ist ein einfacher Motor, der thermische Wärme in mechanische Arbeit umwandelt. Eine Wärmekraftmaschine funktioniert, indem sie einem heißen Reservoir Wärme entzieht und sie in ein kaltes Reservoir überträgt, wobei sie Arbeit erzeugt.
Um die Arbeitsleistung einer Wärmekraftmaschine zu maximieren, muss die Temperatur des heißen Reservoirs so weit wie möglich erhöht werden, während die Temperatur des kalten Reservoirs gesenkt werden muss.
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