Energietechnik für viele Einsatzbereiche: Kraft-Wärme-Kopplung mit kleinen Mikrogasturbinen bis zu zentralen Großkraftwerken
Gasturbinen stehen seit vielen Jahrzehnten als bewährte Komponenten von effizienten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) und Gas- und Dampfturbinenanlagen (GuD) zur Verfügung. Sie versorgen Wärmenetze und Betriebe mit Abwärme und ihre Stromproduktion gleicht Schwankungen im Stromnetz aus. Für die Zukunft werden sie als Stütze eines auf schwankenden Einspeisungen von Windkraft- und PV-Anlagen basierenden Stromsystems und auf Basis von grünem Wasserstoff als Brennstoff diskutiert.
Die Leistung von Gasturbinen beginnt bei wenigen kWth und endet erst bei mehreren 100 MWth. Mit diesem hohen Leistungsspektrum und ihrer unter den KWK-Anlagen einmalig hohen Abwärmetemperaturen sind sie in vielen Stadtwerken und energieintensiven, industriellen Unternehmen vorzufinden.
In Gasturbinen wird die Kraft der Expansion komprimierter und erhitzter Gase technisch genutzt. In ihnen wird Zuluft durch einen Brenner erwärmt, wobei auch der Druck des Luft-Abgas-Gemisches steigt. In einer mit Leitschaufeln ausgerüsteten Turbine wird das Gemisch kontrolliert entspannt, d. h. auf Umgebungsdruck gebracht.
Bei dieser Entspannung wird die Turbine in Drehung versetzt. Diese Drehung wird auf eine Welle übertragen, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Des Weiteren wird über die Welle ein Verdichter angetrieben, der Frischluft für die Verbrennung ansaugt und komprimiert. Durch diesen Vordruck steigt die in der Turbine frei werdene Leistung deutlich an, da für die Verbrennung mehr Sauerstoff zur Verfügung steht.
Zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrad ist meistens ein Wärmeübertrager installiert, der Abwärme aus dem Abgas auf die Zuluft überträgt - der Rekuperator.
Gasturbinen werden im industriellen Bereich sowie in der kommunalen Strom- und Wärmewirtschaft eingesetzt. Mit einem Anteil von 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.
Meistens werden Gasturbinen mit Erdgas oder Biomethan betrieben. Darüber hinaus sind innovative Brenner verfügbar, die Wasserstoff als Brenngas nutzen können. Durch den Ausstieg aus der nuklearen und kohlebasierten Strom- und Wärmeerzeugung kommt Gasturbinen eine hohe Bedeutung zu. Denn Gasturbinen emittieren ein besonderes sauberes Abgas, das im Vergleich zur Kohle mit deutlich niedrigeren, spezifischen CO2- und NOx-Emissionen aufwarten kann.
Während der Anteil erneuerbaren Stroms aus Wind- und Solarenergie zunimmt, müssen klassische, thermische Kraftwerke für die Zeit vorgehalten werden, in denen Wind und Sonne nicht in ausreichendem Maß zur Verfügung steht. Diese Last, die im Wesentlichen von Gasturbinen getragen werden wird, wird Residuallast genannt.
Neben den guten Abgaswerten punkten Gasturbinen auch mit ihren schnellen Laständerungen. Bei einer Netzanforderung können Sie in weit unter einer Stunde von Null auf Volllast hochgefahren werden. Dieses so genannte Schwarzstartverhalten ist für das Puffern von Verbrauchsspitzen im Stromnetz unerlässlich.
Eine Mikrogasturbine besitzt im Innern nur ein einzelnes bewegtes Bauteil: Die Welle mit dem Verdichterrad und dem eigentlichen Turbinenrad. Dieses Teil dreht sich mit hoher Geschwindigkeit und ermöglicht die effektive Brennstoffnutzung zur Strom- und Wärmeproduktion. Im Vergleich zu Gasmotor-BHKW sind Mikrogasturbinen eine interessante Alternative, wenn Gasqualitäten schwanken, Lärmemissionen zu vermeiden sind oder Temperaturen jenseits der 100 °C erforderlich sind.
Die ursprünglichen Entwicklungen der Technologie von Mikrogasturbinen sahen die Anwendung als robuster, dezentraler Stromerzeuger im militärischen Einsatz oder als belastbarer Antrieb von Schwerlastfahrzeugen vor.
Der wartungsarme Aufbau und die hohen thermischen Leistungen eignen sich aber auch bestens für wärmegeführte KWK-Anwendungen. In dieser Art sind die leisen Mikrogasturbinen in einer Vielzahl von Projekten installiert worden. Unternehmen und Gebäudebesitzer konnten ihre Klimabilanz verbessern und die spezifischen Kosten über die gekoppelte Stromproduktion reduzieren. Außerdem wurden Sie unabhängiger vom, mit hohen Auflagen belegten, Strombezug aus dem Netz.
