Gasturbinen: Technik für viele Einsatzbereiche

Gasturbinen stehen seit vielen Jahren als bewährte Komponenten von effizienten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) und Gas- und Dampfturbinenanlagen (GuD) zur Verfügung.

Ende 2005 waren in Deutschland mehr als 340 Gasturbinen mit einer gesamten elektrischen Leistung von mehr als 7000 MW in Betrieb.

Gasturbinen werden im industriellen Bereich sowie in der kommunalen Strom- und Wärmewirtschaft eingesetzt. Mit deutlich über 40 % steht der Einsatz von Gasturbinen in der Fern- und Nahwärmeversorgung weiterhin an erster Stelle. In der Prozesstechnik werden Gasturbinen häufig zur Trocknung und zur Nachverbrennung von Geruchsstoffen eingesetzt.

Nach wie vor sorgen die durch das KWK-Modernisierungsgesetz (KWKModG) initiierten Projekte für eine Belebung des Gasturbinenmarktes. Generell sind die Erfahrungen mit den neuen Gasturbinenprojekten positiv, insbesondere auf der Emissionsseite zeigt sich, dass die Low-NOx-Brennkammern dauerhaft eine deutliche Absenkung der NOx-Emissionen gewährleisten können.

Broschüre

Umgang mit Risikopotenzialen bei Planung, Bau und Betrieb von Energieerzeugungsanlagen
Bei Investitionen in neue Energieerzeugungsanlagen, beginnend mit der Planung bis hin zum späteren Betrieb, stehen neben dem Wunsch zur Neuerrichtung oder Erweiterung vorhandener Erzeugungsanlagen eine verbesserte...

Grafik

Gasturbinen nach Branchen
Gasturbinen werden häufig in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen für die Fern-/Nahwärmeversorgung eingesetzt werden. Auch in der Energieversorgung von Industrieanlagen spielen Gasturbinen eine wichtige Rolle. ...

Optimierungsoptionen von Gasturbinen im laufenden Betrieb

Eine Gasturbine hat im Unterschied zu Otto- und Dieselmotoren an jedem Betriebspunkt dasselbe, konstante Volumen. Deswegen entscheidet der durchgesetzte Massenstrom über die Wellenleistung einer Gasturbine. Im laufenden Betrieb kann der Massenstrom und damit die Leistung durch eine verringerte Kompressoreffizienz, einen erhöhten Eingangsdruckabfall oder durch verschlechterte Werte von Umgebungstemperatur und –druck reduziert werden.

Filtration der Zuluft

Verluste im Verdichter einer Gasturbine sind häufig auf Ablagerungen an den Verdichterschaufeln zurückzuführen. Zudem kann eine unpassend ausgelegte Filtration einen übermäßigen Druckabfall in der Zuluft zur Gasturbine und damit einen reduzierten Wirkungsgrad verursachen.

Während die Zuluft vieler aktueller Gasturbinen mit einfachen Taschenfiltern relativ grob gereinigt wird, bietet der Einsatz von effizienten EPA-/ HEPA-Filtern das Potenzial weit besserer Abscheidegrade. Dem etwas größeren Strömungswiderstand muss allerdings mit einer Erhöhung der Filteroberfläche begegnet werden, was sich später wiederum durch die garantierte Abscheidung der Partikel in einer höheren Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit, einer verbesserten Energieeffizienz, einer erhöhten Lebensdauer von heißen Komponenten sowie einer Verbesserung von Emissionswerten amortisieren kann.

Kühlung der Zuluft

Wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, nimmt die Dichte der Zuluft ab und der Massenstrom durch die Gasturbine reduziert sich dementsprechend. Dies führt zu einer Verringerung der Wellenleistung und einer Erhöhung der Wärmeleistung, d. h des Verhältnisses von eingesetzter Energie (in kJ) zu gewonnener Energie (in kWh). Im Ergebnis reduziert jedes zusätzliche °C in der Zuluft die Turbinenleistung um 0,7…0,9 % während sich die Wärmeleistung um ca. 0,3 % / °C erhöht.

Die sogenannte „adiabatische“ Kühlung innerhalb der Gasturbine soll diesen Effekten entgegenwirken. Der Aufwand ist wegen der hohen Anforderungen an die Reinheit des verwendeten Wassers relativ hoch und kann reduziert werden, wenn eine Kühlung noch vor der Filtration eigesetzt wird. So kann der Einfluss hoher Außentemperaturen bei gleichzeitiger Verwendung von Vernebelungs- bzw. Zerstäubungstechnologie und hocheffizienten Zuluftfiltern reduziert werden. Parallel erlaubt diese Konstellation durch die Messung von zerstäubtem Wasser und resultierender Luftfeuchte in der Zuluft die präzise Regelung dieses für die Turbineneffizienz entscheidenden Parameters.

 

Weiterführende Informationen in englisch in der kostenlosen pdf Orhon, van der Kaag, Tayler: Impact of EPA Air Intake Filtration on Gas Turbines Operating in Middle East Offshore Applications and Fueled with Sour Gas (2016) unter Freigabe von AAF.