ORC-Anlagen

Regeltechnik für Bestleistung

05. Oktober 2011

In Anlagen zur Ab- oder Restwärmenutzung kann der Wirkungsgrad mit der richtigen Frequenzumrichtertechnik signifikant gesteigert werden. Deshalb hat die Sieb & Meyer Features der Geräte-Plattform SD2S auch für diesen Einsatzbereich gezielt modifiziert. Anlagen mit organischem Rankine-Kreisprozess (Organic Rankine Cycle, ORC) dienen zur Erzeugung von elektrischer Energie. Die Systeme zur Ab- oder Restwärmenutzung gelten heute als ausgereift und gewinnen zunehmend an Beliebtheit. In diesem thermodynamischen Prozess können auch kleine Quellen thermischer Energie wirtschaftlich in Elektroenergie umgewandelt werden. So wird beispielsweise die Abwärme von Blockheizkraftwerken dazu genutzt, ein organisches, niedrig siedendes Arbeitsmedium in einem Verdampfer zu erhitzen.

Der dadurch erzeugte Druck wird über eine ORC-Turbine entspannt und mittels Generator in elektrische Energie umgewandelt. „Mit dem ORC-Verfahren wird aus Restwärme, die ansonsten ungenutzt bliebe, Elektrizität erzeugt“, so Ralph Sawallisch, Key Account Manger Einspeisetechnik bei Sieb & Meyer.

„Der Wirkungsgrad des Prozesses liegt bei etwa 10 Prozent. Durch die Nutzung der Abwärme kann der Gesamtwirkungsgrad eines BHKW deutlich gesteigert werden. Das ist für die Anlagenbetreiber im Hinblick auf die Amortisation ein ausgesprochen interessantes Ergebnis und für Hersteller von ORC-Anlagen ein entsprechendes Argument.“ Das Verfahren ist auch prädestiniert für die Verwertung industrieller Prozesswärme. Sie entsteht ohnehin in Verarbeitung und Produktion und kann ohne zusätzlichen Primärenergiebedarf zur Stromerzeugung genutzt werden.

Applikationsgerechte Ausrichtung Speziell für den Einsatz von BHKW-Anlagen in höheren Leistungsbereichen mit nachgeschalteten ORC-Systemen hat Sieb & Meyer auf Basis des Frequenzumrichters SD2S für synchrone und asynchrone Hochgeschwindigkeitsmotoren einen Einspeiseumrichter zum Betrieb mit den hochdrehenden Kompressoren entwickelt. Er ist auf den Betrieb mit Drehzahlen von beispielsweise 100.000 U/min und mehr ausgelegt. Durch die Kombination mit weiteren Komponenten wird der vom Generator erzeugte Strom in netzkompatiblen Strom konvertiert. Je nach ORC-Anlage liefern die Lüneburger den Einspeiseumrichter in differenzierten Ausprägungen und in der vom Kunden jeweils gewünschten Form.

Diese vergleichsweise neue Technologie erfordert fundiertes Know-how in Bezug auf die Regeltechnik der hochdrehenden Kompressoren bzw. die spezifische Ausführung des Einspeiseumrichters. „Auch in diesem Bereich ist ein kluges Regelverfahren mit hoher Dynamik gefordert, was Geräte auf Basis von Solarwechselrichtern im Zusammenspiel mit einer passiven Gleichrichtung der Generatorspannung nicht in dem geforderten Maße leisten können“, betont Sawallisch.

Der Kompressor darf nie frei laufen, denn das würde zum Ausfall führen. Daher muss der Regler sehr schnell auf sich ändernde Betriebszustände reagieren; bei einer Drucksteigerung beispielsweise ist umgehend nachzuregeln. Andernfalls wäre schnell eine Überdrehzahl erreicht, die sich in einem für den Kompressor gefährlichen Bereich bewegen und dessen Funktionalität nicht mehr gewährleisten würde.