Bij alle duurzame manieren om energie op te wekken is een belangrijke rol weggelegd voor het gebruik van restwarmte. Het probleem is dat het rendement bij de gebruikelijke methodes laag is en er vaak hoge temperaturen bij komen kijken. Dat maakt restwarmte bijvoorbeeld voor huishoudens niet zo geschikt. Het Karlsruher Institut für Technologie (KIT) heeft nu een experimentele energiecentrale gebouwd om te onderzoeken hoe restwarmte bij lage temperaturen veel efficiënter kan worden ingezet. Deze centrale die MoNiKa (Modular Low Temperature Cycle Karlsruhe) is gedoopt, is eenmalig in Europa.
Om warmte bij een temperatuur van minder dan 200 graden Celsius te kunnen gebruiken voor de elektriciteitsvoorziening van particuliere huishoudens, worden doorgaans zogeheten ORC-installaties gebruikt.
Verhoging van het rendement
In een dergelijke installatie wordt een vloeistof onder hoge druk verwarmd tot deze verdampt. Die damp drijft vervolgens door middel van een turbine een dynamo aan, die stroom opwekt. Omdat het kookpunt van water onder druk enkele honderden graden bedraagt, worden in het ORC-proces andere vloeistoffen gebruikt dan bijvoorbeeld in een kolengestookte elektriciteitscentrale. Dan werkt het procedé al bij veel lagere temperaturen. De wetenschappers van MoNiKa werken met propaan, dat een zeer lage GWP-factor (Global Warming Potential) heeft en toch zeer efficiënt is.
Tot nu toe bedroeg het elektriciteitsrendement van ORC-installaties slechts 10 tot 15 procent. De wetenschappers uit Karlsruhe willen daarom nieuwe strategieën ontwikkelen om de efficiëntie van ORC-installaties te verhogen en zo hun koolstofvoetafdruk te verkleinen.
“Door in de ORC-installatie temperatuur, druk en dichtheid van het medium aan te passen, kan de elektriciteitsopbrengst 20 tot 30 procent hoger worden”, aldus Dietmar Kuhn van het KIT-Instituut voor thermische energietechniek en veiligheid (ITES.
Opschalen naar praktische toepassingen
De proefinstallatie is modulair opgezet. MoNiKA is gekoppeld aan een verwarmingssysteem dat de restwarmte levert. Er zijn allerlei sensoren die temperatuur, druk en debiet registreren. Op die manier kunnen gegevens uit de lopende exploitatie worden vergeleken met modelberekeningen. De wetenschappers willen zo centrale componenten als de warmtewisselaar of de innovatieve hybride condensor analyseren en optimaliseren zodat ze energie-efficiënter en milieuvriendelijker werken.
Een van de doelstellingen is lekkages in het circuit te verminderen of volledig te vermijden. Met 1 megawatt is de thermische output van MoNiKa van een zodanige omvang dat de onderzoeksresultaten kunnen worden overgedragen en opgeschaald naar praktische toepassingen. De eerste experimenten zijn al aan de gang in de proeffabriek. Op de lange termijn wordt het systeem gekoppeld aan het Energy Lab 2.0 van het KIT.
Meer IO-artikelen over het onderwerp restwarmte vindt u hier.
Foto: Het MoNiKa technologiecentrum voor elektriciteitscentrales zal in de eerste plaats worden gebruikt voor toepassingsgerichte onderzoeksprojecten. (Foto: Markus Breig/Amadeus Bramsiepe, KIT)
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
