ORC-IC60-Anlage zur Verstromung von Motor-Abwärme
Das IC60-Modul ist eine Organic Rankine Cycle-Anlage zur Verstromung von Abwärme aus BHKW-Anlagen, in denen bisher Wärmeüberschüsse ungenutzt abgeführt werden mussten. Vorzugsweise wurde das IC60-Modul entwickelt, um die vorgenannten Abwärmeströme aus Gasmotor-Kraftanlagen in deren Wertschöpfungsprozess zu integrieren.
Technisches Grundprinzip des IC60-Moduls ist der organische Kreisprozess nach Rankine (Organic Rankine Cycle), in dem anstelle von Wasser, ein durch GMK patentiertes, organisches Medium mechanische Arbeit verrichtet. Durch den Einsatz des organischen Arbeitsmediums können auch andere vergleichbare Nieder-Temperatur-Potentiale als Wärmequelle genutzt werden.
IC60 Organic Rankine Cycle-Funktionsprinzip
Die Motorenabwärme wird in Form von Abgas-, Kühlwasser- sowie Schmierölabwärme dem Kreisprozess zugeführt, um das organische Arbeitsmittel zu verdampfen. Das im Verdampfer gespannte Arbeitsmedium erzeugt einen Druck bis maximal 20 bar. Das bestehende Druckgefälle wird über einen, mit dem GEA Konzern entwickelten Expander, abgebaut. Nachdem das entspannte Arbeitsmedium den Expander verlassen hat, wird dieses über einen Luftkondensator bei Umgebungstemperatur verflüssigt und über das Kondensatsammelgefäß der Speisepumpe zugeführt. Anschließend wird das Organic Rankine Cycle-Fluid erneut dem Verdampfungsprozess zur Verfügung gestellt.
Die am Expander gewonnene mechanische Energie wird getriebelos über einen Synchrongenerator in Elektroenergie gewandelt um diese in das öffentliche Netz einzuspeisen.
Anwendungsbereiche
Das IC60-Modul wurde für einen breiten Einsatzbereich von 300 bis 1.000 kW Wärme-Eingangsleistung entwickelt. Aus diesem Grund ist das IC60-Modul für den Einsatz in vielen Biogas-Blockheizkraftwerken und anderen vergleichbaren Wärmequellen prädestiniert. Das IC60-Modul kann aufgrund des verwendeten Synchrongenerators zur Eigenversorgung der Biogas-Anlage oder zur Erzeugung von Elektroenergie genutzt werden, die in das öffentliche Netz eingespeist wird. Letztendlich dient das IC60-Modul dazu, den Gesamtwirkungsgrad der BHKW-Anlage zu erhöhen, um die Amortisationszeit derselben zu verkürzen.
Durch die kompakte Bauart findet das IC60-Modul in einem 20-Fuß Standard-Container Platz und kann somit in direkter Nähe zum Gasmotor-Blockheizkraftwerk montiert und betrieben werden. Lediglich der Luftkondensator sowie der Thermalölbehälter werden auf dem Containerdach oder einer separaten Konstruktion installiert.
Qualität
GMK besitzt als Hersteller von Organic Rankine Cycle-Anlagen eigene Kraftwerke im Technikum, die schon ca. 70.000 Betriebsstunden absolviert haben. Bei der Konstruktion des IC60-Moduls wurde darauf geachtet, dass nur in Deutschland gefertigte und zertifizierte Hauptbaugruppen Verwendung finden, um langfristig zuverlässige und wertbeständige Organic Rankine Cycle-Aggregate am Markt platzieren zu können. Bspw. werden spezielle Hoch-Effizienzaggregate (η > 75%) eingesetzt, die gemeinsam mit dem GEA-Konzern für Betriebszeiten von über 100.000 Stunden entwickelt wurden. Derartige mittelschnell laufende Expansionsaggregate (3.000 U/min) sind kleinen Turbinen hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Haltbarkeit weit überlegen, da diese mit Drehzahlen von über 20.000 U/min erheblich höherem Verschleiß unterliegen. Ferner werden anstelle von preiswerten Plattenwärmeübertragern, ausschließlich Rohrbündelwärmeübertrager der Germania Apparatebau GmbH als Verdampfer eingesetzt. Als SPS-Baugruppe findet die Síemens S7-300 Steuerung in einem Schaltschrank der Elpro GmbH Berlin Verwendung.
Zuverlässigkeit
Aufgrund der platzsparenden und betriebssicheren Gesamtkonstruktion der IC60-Anlage kann eine hohe Jahresauslastung gewährleistet werden, die sich an der Verfügbarkeit der vorgeschalteten Gasmotor-Generatoranlage orientiert. Aufgrund der robusten Konstruktion des IC60-Moduls, bspw. durch weitgehenden Verzicht auf bewegliche Bauteile, sind kaum Wartungsarbeiten erforderlich. Die wenigen Stunden, die für einen jährlichen Ölwechsel aufgewendet werden müssen, können an die Wartungsintervalle der vorgeschalteten Gasmotor-Anlage angepasst werden.
Installierte Sicherheitsketten gewährleisten, dass der Betrieb des Organic Rankine Cycle IC60-Moduls vollautomatisch absolviert wird. Das Blockheizkraftwerk kann bei eventueller Störung der IC60-Anlage ohne Beeinträchtigung weiter betrieben werden, da über einen Bypass das Abgas am Thermoöl-Wärmeübertrager vorbeigeleitet wird. Die Steuerung sowie der Betrieb erfolgen fern überwacht und erfordern keinen zusätzlichen Personalaufwand. Eventuelle Störungen werden über ein GPRS-Telenotmodul an den Betreiber übermittelt.
