Organic Rankine Cycle

Der Organic Rankine Cycle (ORC-Prozess) ist ein thermodynamischer Kreislaufprozess, der mit Ausnahme des Arbeitsmediums grundsätzlich einem konventionellen Wasserdampfkreislauf mit Dampfturbinen entspricht. Anstelle von Wasser wird eine organische Flüssigkeit mit einer oft niedrigeren Verdampfungstemperatur verwendet. Die Arbeitsmittel können Silikonöle, Kohlenwasserstoffe wie Butan oder Pentan oder auch Kältemittel wie fluorierte Kohlenwasserstoffe sein. Damit kann der Prozess bei niedrigeren Temperaturen und Drücken als der konventionelle Wasserkreislauf arbeiten und findet Anwendung in der großtechnischen Verstromung industrieller Abwärme.

Mit ORC-Anlagen kann man Wärmeströme mit Temperaturen zwischen 120 und 450 °C wirtschaftlich verstromen. Die untere Temperaturgrenze, die einen wirtschaftlichen Betrieb ermöglicht, hängt von der Anlage und deren Randbedingungen sowie einer eventuellen Förderung ab.

Einteilung

ORC-Anlagen lassen sich in drei Systembereiche unterteilen. Zunächst ist dies die Wärme­quelle, die von industriellen Abgasströmen oder von Wärmeströmen aus Feuerungs­anlagen wie z. B. bei der Verbrennung von Biomasse gespeist wird. Aber auch ande­re Wärmequellen können genutzt werden, wie z. B. warmes Wasser aus Geothermie­quel­len. Die Wärme wird im zweiten Teil über Wärmetauscher meist auf einen Thermo­öl­kreis­lauf übertragen. Der dritte Teil ist der eigentliche ORC-Prozess, also ein Rankine-Kreislauf mit einem organischen Arbeitsmedium. Die Antriebswärme verdampft das Arbeitsmedium des ORC-Prozesses und der Dampf treibt eine Turbine zur Strom­erzeu­gung an.

Eng verwandt mit dem ORC-Prozess ist der Kalina-Prozess.

Wirtschaftlichkeit

ORC-Anlagen sind seit etwa 25 Jahren am Markt und daher gibt es bereits einige Erfahrungen mit diesen Anlagen. Vorteile dieser Anlagen bestehen darin, dass sie Wärmeströme zwischen 120 und 450 °C verstromen können und somit einen Bereich abdecken, der für konventionelle Wasserdampfkreisläufe aufgrund der niedrigen Temperaturen und der geringen Leistungsgrößen nicht wirtschaftlich ist. Derzeit werden ORC-Anlagen in Geothermie- und Biomasse­kraft­werken eingesetzt, vereinzelt auch in industriellen KWK-Anlagen und in solarthermischen Kraftwerken. ORC-Anlagen werden derzeit in Leistungsgrößen zwischen 300 kW_el und 5 MW_el installiert. Die Prozesswirkungsgrade liegen zwischen 10 und 18 Prozent.