Geothermische Energiegewinnung ist – im Zuge der Energiewende – neben der Stromerzeugung aus Sonnen-, Wind- und Wasserkraft, ein immer wichtiger werdendes Thema. Nachhaltigen Strom zu generieren ist aktueller und dringlicher denn je. Organic Rankine Cycle Anlagen (ORC) spielen dabei eine wichtige Rolle, denn sie eröffnen Wege der Strom- und Wärmeerzeugung, die früher nicht möglich waren. Welche Vorteile und Zukunftschancen das Verfahren bietet, erfahren Sie hier.
Organic Rankine Cycle (ORC) – die zukünftige Nutzung der geothermischen Energie
Geothermische Energie wird schon lange genutzt – zur Wärmeversorgung in Gebäuden war Thermalwasser immer eine wichtige Quelle. Für die Erzeugung von Strom durch Dampfkraftprozesse bedarf es jedoch sehr hoher Temperaturen aus dem inneren der Erde. Das ist aus vielen geothermischen Quellen aber nicht zu realisieren.
Der Organic Rankine Cycle (ORC) ist ein thermodynamischer Prozess, der bereits mit geringeren Temperaturen Strom und Wärme erzeugt:
- Anstelle von Wasser wird für den Dampfkraftprozess ein anderes organisches Prozessmedium mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur verwendet.
- Diese organischen Verdampfungsmedien haben einen höheren Dampfdruck im Vergleich zu Wasser, das üblicherweise in Kraftwerken verwendet wird.
- Der organische Dampf treibt über eine Turbine den Stromgenerator an.
- So ist eine Nutzung von Temperaturen ab 80 °C zur Stromerzeugung möglich.
- Ein gern eingesetztes Prozessmedium ist Pentan.
- Pentan ist eine natürliche Kohlenwasserstoffverbindung mit einem sehr niedrigen Siedepunkt.
Der Organic Rankine Cycle (ORC) Prozess kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn das zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und Wärmesenke zu niedrig ist für den Betrieb einer von Wasserdampf angetriebenen Turbine. Es eignet sich hervorragend für die Stromerzeugung, bei der elektrische und thermische Energie aus verschiedenen Quellen wie erneuerbaren Energien (Biomasse, Geothermie, Solarenergie), herkömmlichen Brennstoffen und Abwärme aus industriellen Prozessen, Müllverbrennungsanlagen oder Gasturbinen erzeugt wird.
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Beispiel eines zweistufigen ORC Kraftwerks mit Wärmeauskopplung
Bei einer ORC Anlage handelt sich um eine Turbine mit zwei Kreisläufen (Binärmaschine). Über einen Wärmetauscher nimmt dieses Arbeitsmittel thermische Energie z. B. aus dem Thermalwasser auf. Das Thermalwasser selbst gelangt dabei nicht in die Turbine. Mit diesem Prozess wird Wärme mit niedrigem Temperaturniveau für die Stromgewinnung nutzbar gemacht.
Quelle: Bundesverband Geothermie: Organic-Rankine-Cycle (ORC)
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Benannt ist der Organic Rankine Cycle (ORC) nach dem schottischen Physiker und Ingenieur William John Macquorn Rankine (5. Juli 1820 - 24. Dezember 1872). Er gilt als einer der Begründer der Thermodynamik und führte den Begriff der „Energie“ ein, für die bis dahin als „lebendige Kraft“ bezeichnete physikalische Größe. |
Vorteile des ORC Prozesses
Die Vorteile des Organic Rankine Cycle (ORC) Verfahrens liegen auf der Hand und sind schlagkräftige Argumente beim Thema nachhaltige Energiegewinnung. Dies gilt auch im Zusammenhang mit der Erreichung der Klimaziele des europäischen Green Deals:
- Nachhaltige, effiziente und umweltverträgliche Energiegewinnung
- Geothermieanlagen sind landschaftsarchitektonisch unproblematisch, da sie wenig Platz benötigen und keine enorme Höhe aufweisen
- Stromerzeugung ist unabhängig von wetter- und jahreszeitenbedingten Schwankungen, anders als bei Sonnen-, Wind- und Wasserkraft
- Möglichkeit der Nutzung jeglicher Abwärme, also nicht nur im Zusammenhang mit der Geothermie
- Der Stromproduktionsprozess kann an die Temperatur der Wärmequelle angepasst werden: ausschlaggebend sind hier die Höhe des Verdampfungsdrucks sowie die Wahl des Lösungsmittels
Pentan sorgt für eine nachhaltige Stromerzeugung
Als ein wichtiges Lösungsmittel zeichnet sich Pentan aus durch einen
- niedrigen Siedepunkt,
- geringe Dichte und
- hohen Dampfdruck.
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Fazit
Mit Hilfe des Organic Rankine Cycle (ORC) Verfahrens können Geothermieanlagen und andere Abwärmequellen selbst Wärme mit geringem Temperaturniveau zur Strom- und Wärmeerzeugung nutzen. Wichtig ist dabei die Wahl des richtigen Verdampfungsmediums wie beispielsweise Pentan. Der ORC Prozess ermöglicht so eine effizientere Wärmenutzung zur Stromerzeugung und kann damit einen wichtigen Beitrag zu den Klimazielen des Green Deal leisten.
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