Kalina-Prozess

Der Kalina-Kreisprozess ist ein thermodynamischer Kreislaufprozess, der mit Ausnahme des Arbeitsmediums grundsätzlich einem konventionellen Wasserdampfkreislauf mit Dampfturbinen entspricht. Der Prozess arbeitet wie ein Wasserdampfkreislauf oder wie der ORC-Prozess, allerdings verwendet er als Arbeitsmedium ein Gemisch aus Ammoniak und Wasser. Damit wird die Siedetemperatur gegenüber dem Wasserkreislauf gesenkt. Zusätzlich ist die Siedetemperatur in Abhängigkeit der Konzentration Wasser zu Ammoniak variabel. Aufgrund dieser nicht-isothermen Verdampfung und der Möglichkeit zur Konzentrationsänderung des Arbeitsmediums ist eine Anpassung an unterschiedliche, auch schwankende Temperaturen der Wärmequelle möglich.

Hintergrund

Auch der Kalina-Prozess kann wie der ORC-Prozess bei unterschiedlichen Wärmequellen eingesetzt werden. Der Siedepunkt von Ammoniak liegt bei Umgebungsdruck bei -33 °C, der von Wasser bei 100 °C. Der Kalina-Prozess hat bei niedrigen Temperaturen um 100 °C einen höheren Wirkungsgrad als der ORC-Prozess. Aufgrund der erforderlichen Stoff­tren­nung von Wasser und Ammoniak sowie der höheren Drücke und Temperaturen ist der Kalina-Prozess aufwendiger als der ORC-Prozess. Kalina-Prozesse werden üblicher­weise im Leistungsbereich ab 1 MW eingesetzt, wobei der Temperaturbereich zurzeit zwischen 100 und 200 °C liegt.

Wirtschaftlichkeit

Die Investitionen für einen Kalina- bzw. Ammoniak-Wasser-Kreisprozess sind aufgrund der Stofftrennung und der größeren Wärmetauscher höher als für einen ORC-Prozess. Die größeren Flächen der Wärmeübertrager werden benötigt, weil das Temperaturprofil näher an dem Temperaturverlauf der Siedelinie liegt und der Temperaturgradient daher kleiner ist.

Weltweit sind bisher nur sieben Kalina-Anlagen installiert worden, drei davon in Japan, eine in den USA, eine in Island und zwei in Deutschland. Es gibt unterschiedliche Angaben über deren Laufzeit. Die Anlage im Stahlwerk in Sumitomo, Japan, ist noch in Betrieb. Sie wurde in den 1990er Jahren von der Firma Ebara zur Abwärmeverstromung installiert, wobei aus 98 °C warmem Kühlwasser eine Leistung von 3 MW_el bereitgestellt wird.