Direktverdampfung und Mikro-Expansionsturbine sind vielversprechende Ansätze zur Entwicklung wirtschaftlicher ORC-Anlagen auch im kleinen Leistungsbereich.
Trotz des vielfach nachgewiesenen Potenzials an Abwärme fehlt es derzeit an wirtschaftlichen Lösungen für die Verstromung im Bereich < 50>
rechts: Der Mikroturbinengenerator (Quelle: Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse)
Die Marktlücke im Bereich kleiner Leistungen soll durch die Entwicklung eines ORC-Minikraftwerkes geschlossen werden. Durch den Einsatz einer neuartigen Mikro-Expansionsturbine und die direkte Kopplung der Abwärmequelle an den ORC-Prozess mittels eines Direktverdampfers sollen der Anlagenwirkungsgrad maximiert und die Kosten minimiert werden. Ziel ist die Errichtung einer Demonstrationsanlage mit 15 kW elektrischer Leistung.
Unter Einbeziehung der spezifischen Expertise der drei Projektpartner wurden die Entwicklungsstadien stationäre Simulation und Fluidauswahl, Auslegung und Fertigung eines Direktverdampfers und einer Mikro-Expansionsturbine mit Generator, Konzipierung der Demonstrationsanlage sowie Aufbau und Betrieb der Anlage durchlaufen. Mittels systematischen Screenings und stationärer Prozesssimulationen wurde Cyclopentan als geeignetes Fluid identifiziert. Als Direktverdampfer wird ein Plate & Shell-Wärmeübertrager eingesetzt, der die Vorteile der beiden konventionellen Übertragerarten ─ Platten- und Rohrbündelwärmeübertrager ─ in sich vereint. Für die Entspannung wurde eine neuartige, hochintegrierte Turbinen-Generator-Einheit entwickelt, die aus einer axialen Gleichdruckturbine mit hermetisch dichtem Synchrongenerator besteht. Die errichtete Demonstrationsanlage konnte 2013 erfolgreich in Betrieb genommen werden und dient nun umfangreichen Untersuchungen zur Optimierung der Komponenten und des Gesamtsystems.
