Hier bietet die ORC (Organic-Rankine-Cycle)-Technik eine interessante Alternative. Bereits im Jahr 1850 vom schottischen Professor William Rankine als Technik für die Nutzung von Niedertemperaturquellen zur Stromerzeugung entwickelt, handelt es sich hier auch um ein Dampfkraftsystem, in dem jedoch nicht Wasser sondern ein organisches Medium mit niedrigeren Siedebedingungen verdampft wird. Wie bei der konventionellen Wasserdampf-
technik auch, wird der Dampf in einer Dampfturbine entspannt und ein Generator zur Stromerzeugung angetrieben, der Dampfdruck ist jedoch erheblich niedriger und macht deshalb nicht den Einsatz teurer Hochdrucktechnik erforderlich. Auch der Betrieb ist einfacher: eine Beaufsichtigung der Anlage wird nicht gefordert und die bei Wasserdampf-
anlagen notwendige Medienpflege entfällt, da es sich um geschlossene Systeme handelt. ORC-Anlagen sind relativ einfach aufgebaut, können in der Regel modularisiert und vorgefertigt zu den Aufstellorten gebracht werden, was auch die Installation erheblich vereinfacht.
Die Teillastfähigkeit von ORC-Anlagen ist wegen der thermodynamischen Eigenarten der verwendeten Medien besser und auch die Wirkungsgrade erreichen höhere Werte als bei vergleichbaren Wasserdampfanlagen. Damit ergeben sich eine Reihe interessanter Vorteile, die die ORC-Technik im Leistungsbereich unterhalb 2 MWe unschlagbar machen.

Die Anwendung von ORC-Technik ist mittlerweile im Bereich der Biomasse- und Erdwärme-
nutzung fast alltäglich geworden. Die auf dem Markt angebotenen Systeme haben ihre Alltagstauglichkeit lange bewiesen: in vielen Jahren Betrieb konnte u.a. der geringe Wartungs-
aufwand voll bestätigt werden.

Auf eine übliche Holzfeuerungsanlage wird ein Thermoölerhitzer aufgebaut, in dem Thermoöl auf eine Temperatur von ca. 320 °C erhitzt wird. Das Thermoöl wird zum Verdampfer des ORC-Prozesses gepumpt, d.h. die Wärme wird mit Hilfe von Ther-moöl zum ORC-Prozess transportiert und dort für die Verdampfung des ORC-Mediums, in der Regel Silikonöl; genutzt. Das Thermoöl kühlt dabei auf ca. 240 °C ab und wird über einen rauchgasbeheizten Wärmetauscher (Economizer I) wieder zum Erhitzer geleitet.

Der Dampf des ORC-Mediums hat einen Druck von ca. 10 bar und eine Temperatur von ca. 270 °C. Er wird einer Dampfturbine zugeleitet, in der der Dampf entspannt und dabei mechanische Energie erzeugt wird um damit einen Generator zur Stromerzeugung anzutreiben. Der Dampf verlässt die Turbine mit einem Druck von ca. 0,2 bar und einer Temperatur von ca. 230 °C. In einem nachgeschalteten Wärmetauscher (Regenerator) wird der Dampf gekühlt und die dabei frei werdende Wärme auf den Kondensatvorlauf übertragen. Anschließend wird der Dampf im Kondensator verflüssigt und dabei Wärme auf einen Heizwasserkreislauf übertragen. Mit einer Temperatur von ca. 95 °C wird das Kondensat mit Hilfe der ORC Umwälzpumpe über den Regenerator wieder dem Verdampfer zugeführt. Der Kreislauf ist damit geschlossen.

Zwischen der ORC Umwälzpumpe und dem Regenerator erfolgt eine Aufteilung des Kondensatstromes. Ein Teil des Kondensates wird im zusätzlichen ORC Wärmetauscher mit ca. 240 °C heißem Thermoöl erwärmt und direkt dem Verdampfer zugeführt. Dieser sogenannte Sekundärkreis wird mit Wärme aus einem zweiten Rauchgaswärmetauscher (Economizer II) gespeist. Es handelt sich hier um das von Adoratec entwickelte sogenannte Teilstromprinzip: das Rauchgas kann auf ca. 170 °C abgekühlt und die dabei gewonnene Wärme für die Stromerzeugung genutzt werden. Falls notwendig steht das Thermoöl des Sekundärkreises auch für die Vorwärmung von Verbrennungsluft (Luvo) zur Verfügung.

Der Kondensator des ORC-Systems kann für die Erzeugung von Heizwasser mit unterschiedlichen Temperaturen ausgelegt werden. Bis zu ca. 120 °C kann die Vor-lauftemperatur erreichen. Allerdings muss bei Erhöhung der Heizwassertemperatur mit einer verminderten Stromproduktion gerechnet werden, weil das über die Dampfturbine nutzbare Energiegefälle kleiner wird. In Fällen, wo keine Wärmenutzung möglich ist, kann der Kondensator mit Kühlwasser mit einer Temperatur von ca. 45 °C gekühlt werden. Weiter Kühleinrichtungen, wie Flusswasserkühler oder Kühltürme sind dann zusätzlich zu installieren.

Die ORC-Anlage besitzt kaum Regelelemente, d.h. der Betrieb ist sehr einfach, eine Bedienung so gut wie nicht erforderlich. Die ORC-Umwälzpumpe ist drehzahlgeregelt, d.h. mit ihr werden die unterschiedlichen Lastzustände der ORC-Anlage angepasst. Allein über die zugeführte Wärme wird der ORC-Prozess geregelt, d.h. die ORC-Anlage folgt dem Wärmeangebot. Sie ist damit ideal für den Kraft-Wärme-Kopplungsbetrieb geeignet, der oft auch im Teillastbetrieb abläuft. Die ORC-Anlage weist auch im Teillastbereich einen verglichen mit konventionellen Dampfkraftanlagen guten Wirkungsgrad auf.

Da eine ORC-Anlage ein geschlossenes System ist, benötigt sie nur sehr wenig Wartung. Etwa alle drei Jahre ist ein Wechsel der Turbinenölfüllung vorzunehmen, die Silikonölfüllung ist voraussichtlich nach ca. 10 Jahren zu wechseln. Nach ca. 5 – 6 Jahren kann der Wechsel eines Turbinen- oder Pumpenlagers fällig werden. Die Dampfturbine ist wegen der thermodynamischen Eigenschaften des ORC-Mediums sehr wenig beansprucht, da sie nur mit überhitztem Dampf betrieben wird und die für Dampfturbinen im Allgemeinen gefährliche Tröpfchenbildung im Nassdampfbereich nicht stattfindet.