Theorie

Das Organic Rankine Cycle-Prinzip basiert auf einem Turbogenerator, der wie eine herkömmliche Dampfturbine funktioniert, indem Wärmeenergie erst in mechanische Energie und schließlich in elektrische Energie mittels eines Stromerzeugers umgewandelt wird. Anstelle von Wasserdampf verdampft im ORC-System eine organische Flüssigkeit, deren Molekülmasse höher als beim Wasser ist, was zu einer langsameren Umdrehung der Turbine und zu einem niedrigeren Druck wie auch zu einem geringeren Verschleiß der Metallbestandteile und Laufschaufeln führt.

Bei einer gewöhnlichen Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage beruht der Prozess auf den folgenden thermodynamischen Kreislauf:

1. Eine Wärmequelle erhitzt das Thermoöl auf eine hohe Temperatur, normalerweise um die 300°C, in einem geschlossenen Kreislauf;
2. Das heiße Thermoöl wird von und zum ORC-Modul im geschlossenen Kreislauf gepumpt. Im ORC wird mit seiner Hilfe das organische Arbeitsmittel des ORC in einem entsprechenden Wärmeaustauschsystem (Vorwärmer und Verdunster) verdampft;
3. Organischer Dampf dehnt sich in der Turbine aus und produziert mechanische Energie, die dann in elektrische Energie durch einen Stromerzeuger umgewandelt wird;
4. Der Dampf wird dann von einer Flüssigkeit im geschlossenen Kreislauf gekühlt und kondensiert. Das Wasser erwärmt sich auf bis zu 80-90°C und wird für verschiedene Anwendungen benötigt, die Wärme erfordern;
5. Die kondensierte organische Flüssigkeit wird zurück in den Regenerator gepumpt, um den Kreislauf zu schließen und einen neuen Prozess zu starten.

Effizienz

Der ORC Kreislauf hat eine hohe Gesamtenergieeffizienz: 98% der eingehenden Wärmeenergie des Thermoöls wird in elektrische Energie zu 20% und in Wärme zu 78% umgewandelt mit einem stark eingeschränkten Wärmeverlust von nur 2% dank der Wärmeisolierung, Strahlung und Verluste im Stromerzeuger; die gewonnene elektrische Effizienz bei Nicht-Kraft-Wärme-Kopplungen liegt sehr viel höher (um die 24% und mehr).

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