Mikro-Gasturbinen

Mikroturbinen sind neu entwickelte Produkte, welche sich u. a. zum Einsatz in der dezentralen Stromversorgung und der Kraft-Wärme-Kopplung eignen und im Leistungsbereich unterhalb von 500 kWel angesiedelt sind. Laut einer Studie der Unternehmensberatung Frost & Sullivan birgt der europäische Markt für Mikro-Gasturbinen ein erhebliches Potential. Dabei geht die Unternehmensberatung davon aus, daß vor allem Energieversorgungsunternehmen solche Aggregate zur dezentralen Stromerzeugung nutzen werden. Aber auch die Industrie wird als ein wichtiger Kunde genannt. Insbesondere Mikro-Gasturbinen im Leistungsbereich von 100-500 kWel werden sich in diesem Marktsegment durchsetzen können. Ob sich diese sehr positiven Marktprognosen angesichts der Überkapazitäten im europäischen Stromsektor wirklich verwirklichen werden, darf angezweifelt werden.

Unzweifelbar handelt es sich aber bei den Mikro-Gasturbinen um ein High-Tech-Produkt, welches aufgrund seines spezifischen technologischen Charakters ein neues Marktsegment für die Gasturbinen-Technologie erschließen wird.

Mikro-Gasturbinen-Anlage

 

Basis für die Entwicklung der Mikroturbinen war die Turboladertechnologie und die Entwicklungen in der Luftfahrtindustrie. Ähnlich wie bei den Hilfsantrieben in Flugzeugen wird der Strom über einen schnelllaufenden Permanentmagnet-Generator, der ohne Zwischenschaltung eines mechanischen Getriebes gekoppelt ist, erzeugt. Der Permanentmagnet des Generators ist hierbei direkt auf der Antriebswelle der Turbine angeordnet, so daß der Generator mit der gleichen Drehzahl wie die Turbine (z. B. 96.000 U/min) betrieben wird. Der so erzeugte hochfrequente Wechselstrom mit einer Frequenz von 1.600 Hz wird in der Leistungselektronik der Turbine zunächst gleichgerichtet und dann in Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 400 V gewandelt. Aufgrund dieses „elektronischen Getriebes“ benötigt die Mikrogasturbine auch keine Synchronisationseinrichtung.

Zum Start der Turbine dient der Generator als Motor, der die Turbine zunächst auf eine bestimmte Startdrehzahl antreibt. Im Netzparallelbetrieb übernimmt dann nach der Zündung der Turbine der Generator die Last. Im Gegensatz zu herkömmlichen Industriegasturbinen erfolgt die Leistungsregelung der Turbinen – bedingt durch das „elektronische Getriebe“ – über die Drehzahl. Aus diesem Grund weist die Mikrogasturbine im Teillastverhalten nur geringe Wirkungsgradverluste auf.

Ein kleineres Modell der Mikro-Gasturbinen stellt das vom Unternehmen Capstone gebaute und in Deutschland von der G.A.S.-Energietechnik GmbH Aggregat in der Leistungsklasse von 28 kWel dar. Bereits in dieser kleinen Anlage kommen Luftlager zum Einsatz, so daß auf den Einsatz von Schmierstoffen vollständig verzichtet werden kann. Dies wirkt sich auch in den niedrigen Wartungskosten aus, welche bei Wartungsintervallen von mindestens 8.000 Betriebsstunden nach Herstellerangaben deutlich unter der Wartungskosten von Motorenanlagen gleicher Leistungsgröße anzusiedeln seien. Das folgende Bild zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Mikro-Gasturbine.

Schnittbild einer Mikro-Gasturbine

 

Dank der Rekuperatortechnik können elektrische Wirkungsgrad von 25% bis 28% erreicht werden. Ein Rekuperator nutzt die Wärmeenergie aus den Turbinenabgasen und wärmt damit die Verdichteraustrittsluft auf, bevor diese in die Brennkammer gelangt. Dadurch vermindert sich der benötigte Brennstoffeinsatz und es können höhere elektrische Wirkungsgrade erzielt werden. Trotzdem fallen die Wirkungsgrade von Motorenanlage derselben Größenklasse noch um einige Prozentpunkte höher aus.

Aufgrund der Gasturbinenspezifischen Abwärmecharakteristik, bei der das gesamte Abwärmepotential auf einem hohen Temperaturniveau von rund 275°C anfällt, eignet sich die Mikrogasturbine vor allem für kleinere Industriebetriebe mit Prozeßwärmebedarf sowie als Aggregat zur Klimakälteerzeugung mittels Absorptionskältemaschine.

 

Markus Gailfuss, BHKW-Infozentrum Rastatt / Informationen von G.A.S.-Energietechnik GmbH

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