Forschungsvorlesung: „Die Dampfmaschine ist noch lange nicht tot“
„Dezentrale Verstromung von Niedertemperaturwärme mittels ORC-Minikraftwerke“ – Das war das Thema der 9. Forschungsvorlesung. Der Experte auf diesem Gebiet, Prof. Dr. Andreas Weiß von der Fakultät Maschinenbau/Umwelttechnik, erklärt, wie Turbinen funktionieren.
Auch heute noch werden ca. 50% unseres Strombedarfs durch Dampf erzeugt. Ein herkömmliches Dampfturbinenkraftwerk wird dabei durch den sogenannten „Clausius-Rankine-Cycle“ (CRC) beschrieben, einen thermodynamischen Kreisprozess. Das Arbeitsmedium (i.d.R. Wasser) wird mittels einer Pumpe auf hohen Druck gebracht und im Kessel verdampft. Dieser Dampf treibt eine Turbine an, wodurch er wieder entspannt wird (Expansion). Anschließend kondensiert der Dampf und das flüssige Wasser kann nun erneut von der Pumpe verdichtet gefördert werden. Dieser Prozess erfordert allerdings hohe Druck- und Temperaturunterschiede.
Wie Prof. Dr. Andreas Weiß den Zuhörern in einem kleinen Experiment beweisen konnte, liegt die Siedetemperatur von Ethanol jedoch deutlich unter der von Wasser. Verwendet man als Arbeitsmedium für den CRC also nicht Wasser sondern einen organischen Stoff oder ein Stoffgemisch, so benötigt man viel geringeren Druck und geringere Temperaturen, weshalb der sogenannte „Organic-Rankine-Cycle“ (ORC) mit einer höheren Ausbeute gerade im Bereich der Abwärmenutzung relevant ist. Denn die Abwärme der deutschen Industrie bzw. deren Verstromung mittels ORC-Minikraftwerke hat das Potential, einen großen Kohle- oder Kernkraftwerksblock zu ersetzen. Die Herausforderung für den Ingenieur liegt nun in der Tatsache, dass die Unternehmen unterschiedliche Formen von Abwärme produzieren und unterschiedliche Leistungen des ORC-Minikraftwerks benötigen. Deshalb muss im Grunde für jeden Kunden eine individuelle Lösung gefunden werden, welches Arbeitsmedium und welche Turbine geeignet sind. Gemeinsam mit dem Amberger Unternehmen DEPRAG arbeitete Prof. Dr. Weiß daher an einem „Mikroexpansionsturbinen-Generator-Baukasten“ und entwickelte den GET®-Turbinengenerator, der diese Flexibilität ermöglichte.
Eine weitere Herausforderung stellt die Wirtschaftlichkeit der ORC-Minikraftwerke dar. Gerade im niedrigeren Leistungsbereich ist diese oftmals noch nicht gegeben, weshalb die Abwärmenutzung bei kleinen Anlagen momentan für die Industrie noch wenig interessant ist. Prof. Dr. Andreas Weiß ist jedoch überzeugt davon, dass, wenn dieses Problem erst einmal gelöst ist – und wofür sind Ingenieure schließlich sonst da? – die Dampfmaschine noch lange weiterleben wird.