04/02/2020
Door Ad Spijkers
Centrales met verbrandingsmotoren zorgen voor een veilige en duurzame stroomvoorziening. De restwarmte kan echter vaak nog niet volledig worden gebruikt.
Een onderzoeksteam van de Technische Hochschule Nürnberg is er in geslaagd ongebruikte restwarmte te gebruiken om met een microstoomturbine elektriciteit op te wekken. Samen met de Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg (SUN), die verschillende warmtekrachtcentrales (WKK) exploiteert voor de productie van rioolgas, wordt een proefopstelling met met een microstroomturbine in gebruik genomen, die de restwarmte van de WKK gebruikt voor de opwekking van elektriciteit.
De overstap naar duurzame energie dient vereist een herontwerp van ons energiesysteem. De opwekking van elektriciteit uit zon, wind en dergelijke is namelijk onderhevig aan sterke schommelingen. Voor een gegarandeerde stroomvoorziening zijn ook installaties vereist die een flexibele, tijdelijke en ruimtelijke balancering van de elektriciteitsvoorziening mogelijk maken. Kleinere gasmotoren op aardgas, biogas of waterstof kunnen hieraan bijdragen.
MicroRankine
Bij het opwekken van elektriciteit in motoren of gasturbines komt veel warmte vrij. Deze wordt vaak gebruikt voor het verwarmen van gebouwen of voor warm water. Maar overtollige warmte blijft vaak ongebruikt, vooral in de zomermaanden. Het voorheen ongebruikte potentieel in restwarmte is via een geoptimaliseerd stoomproces beter te benutten.
In het onderzoeksproject ‘MicroRankine’ ontwikkelt het team de omzetting van warmte in elektriciteit met behulp van microstoomturbines. Onderzoekers en samenwerkingspartners hebben een proefopstelling ontworpen en gebouwd, waarmee ze de toepassing van het proces willen onderzoeken en verder optimaliseren. De technologie is gebaseerd op het stoomproces dat bekend is uit energiecentrales. Het projectteam moest de technologie echter volledig opnieuw ontwerpen voor de speciale vereisten voor decentrale energieopwekking.
De samenwerking met SUN als gebruiker biedt de onderzoekers de mogelijkheid om het concept onder reële omstandigheden te testen en het proces voor deze toepassing verder te ontwikkelen. Vooraf uitgevoerde simulaties hebben aangetoond dat een gasmotor in combinatie met het nieuwe proces tot tien procent meer elektriciteit kan produceren. Bij het project zijn ook specialisten voor uitlaatgaswarmtewisselaars( Aprovis) en voor turbinetechnologie (Siemens ) betrokken.
Vanuit de gebruiker
SUN exploiteert een van de grootste rioolwaterzuiveringsinstallaties in Duitsland. Het resulterende rioolgas voedt al vier gasmotoren aan en voorziet het besturingssysteem van elektriciteit. De exploitant ziet het als zijn taak om duurzame en op de toekomst gerichte oplossingen te vinden voor de energievoorziening van zijn installaties. Met innovatieve, duurzame technologieën zoals de MicroRankine kan op de zuiveringsinstallatie het rendement van de elektriciteitsopwekking met zijn gasmotoren verhogen en zo een stap dichter bij het doel komen: een rioolwaterzuiveringsinstallatie die volledig op eigen kracht werkt.
Nieuw is de toepassing echter niet. EmmTec in Emmen gebruikt al enkele jaren een vergelijkbare opstelling met de Innecs SteamExpander en een Danfoss frequentieregelaar die zorgt voor een stabiele uitgangsspanning.
Foto: Tim Neiertz