Bij de cementfabriek in Heidelberg is een installatie geplaatst, die uit afvalwarmte elektriciteit opwekt door gebruikmaking van een Organic Rankine Cycle.

Projectbeschrijving
Bij de bereiding van cement komt veel warmte vrij. De grondstoffen voor cement worden in een oven gebrand bij ca. 1450 °C. Zo ontstaat de zogenaamde cementklinker, die daarna wordt gemalen en gemengd tot de gewenste productsamenstelling. In het verleden werd bij de fabriek van Heidelberger Zement AG in Lengfurt de restwarmte uit de rookgassen van de oven gebruikt om stoom te produceren, waarmee een stoomturbine kon worden aangedreven. Door steeds verder gaande ontwikkelingen in de oventechniek, daalde het rendement van de stoomturbine zodanig, dat deze installatie moest worden ontmanteld. Enkele jaren geleden vond het bedrijf een nieuwe oplossing om de afvalwarmte van relatief lage temperatuur toch weer te gebruiken voor opwekking van elektriciteit. Dat is niet goed mogelijk met een stoomcyclus, omdat bij lagere temperaturen de stoomdruk niet hoog genoeg wordt. Als we in plaats van water/stoom een organische stof gebruiken, die bij een veel lagere temperatuur verdampt, dan is het mogelijk om ook afvalwarmte van lagere temperatuur te benutten voor elektriciteitsproductie. Een dergelijke proces noemt men een Organic Rankine Cycle (ORC). Bij Heidelberger Zement gebruikt men pentaan als werkmedium in de ORC. Het proces is als volgt:
De hete afvalgassen van de cementklinker dragen na reiniging in een elektrostatisch filter warmte over aan thermische olie via een warmtewisselaar. Deze olie verhit het werkmedium in de verdamper, waardoor dit medium onder hoge druk verdampt. De damp expandeert in een turbine, die een elektriciteitsgenerator aandrijft. Vervolgens wordt de damp verder afgekoeld in een condensor en wordt daardoor weer vloeibaar. De vloeistof wordt uit de condensor weer terug gepompt naar de verdamper. De gemiddelde temperatuur van de thermische olie is in dit project 230 °C. Het elektrisch vermogen van de generator is 1.500 kW. Voor de aandrijving van de vloeistofpomp en hulpwerktuigen is ongeveer 200 kW nodig, zodat het netto maximum vermogen ca. 1.300 kW bedraagt. Het vermogen is afhankelijk van het aanbod van warmte; het ontwerp gaat uit van een aanbod van 8,4 MW.

De ORC bij Heidelberger Zement is inmiddels meer dan een jaar in bedrijf. In het eerste bedrijfsjaar scoorde men een technische beschikbaarheid van 98% en een productie van ca. 8 miljoen kWh.

Milieuvoordelen
De benutting van afvalwarmte, die anders geheel verloren gaat, voor opwekking van elektriciteit is uiteraard milieutechnisch gezien bijzonder gunstig. Door deze omzetting van afvalwarmte in elektriciteit wordt een forse besparing bereikt van het gebruik van fossiele brandstoffen in elektriciteitscentrales. Daarmee reduceert men de emissie van het broeikasgas CO₂, maar ook van verzurende stoffen als stikstof- en zwaveloxiden. De ORC zelf emitteert geen rookgassen.

Aandachtspunten
Een ORC is al bruikbaar voor afvalwarmte van ca. 100 °C, maar het omzettingsrendement neemt toe met de temperatuur. Het rendement wordt ook gunstig beïnvloed door een lage koeltemperatuur in de condensor.

Wanneer komt de eerste ORC in Nederland?
In Nederland zijn voor zover bekend nog geen ORC's in bedrijf, alhoewel deze techniek ook hier bij bedrijven met afvalwarmte goed toepasbaar is. Wel zijn er aanvragen voor subsidie van installaties gehonoreerd. Wie krijgt de primeur van de eerste draaiende ORC??

Het figuur hierboven is een schema van een Organic Rankine Cycle. Om het schema in groot formaat te bekijken kunt u er op klikken.

Voor meer informatie kunt u altijd mailen naar idee@energieprojecten.com.

Auteursrechten foto's en schema's: ORMAT Industries, Yavne (Israël)

Auteursrechten: www.energieprojecten.com.

Aan de hier gegeven informatie kunnen geen rechten worden verleend. www.Energieprojecten.com is niet aansprakelijk voor fouten.