Servicefunktionen
letzte Änderung: 13.04.2012 

Hauptinhalt
Aktueller Wertungsstatus

Gasturbinen-BHKW

Prüfstand Mikrogasturbine
Mikrogasturbinen eignen sich zum Einsatz in der dezentralen Stromversorgung und der Kraft-Wärme-Kopplung. Bild: DLR

Die Gasturbine stellt eine "jüngere" Technologie dar. Diese Strömungsmaschinen werden vor allem im industriellen Bereich eingesetzt. Neue Entwicklungen machen diese BHKW-Technologie aber auch für den Einsatz im Raumwärmesektor interessant. Neue Mikrogasturbinen werden auch in kleineren Leistungsbereich (ab 25 kWel) angeboten.

Gasturbinen sind Verbrennungskraftmaschinen, bei der die Energie direkt in drehende Bewegung umgesetzt wird. Nach der Arbeitsleistung in der Turbine erzeugen die expandierten heißen Rauchgase Nutzwärme. Sie verlassen die Turbine mit einem sehr hohen Luftüberschuss und einer Temperatur zwischen 450–600 °C. Der wesentliche Vorteil der Gasturbine für die Kraft-Wärme-Kopplung ist die Wärmeabfuhr über das Abgas auf hohem Temperaturniveau. Die spezifische Stromausbeute und der Gesamtnutzungsgrad sind niedriger als bei Verbrennungsmotoren. Gasturbinen gibt es in Leistungsgrößen von 0,5 bis 150 MWel. Anlagen über 5 MWel erreichen einen elektrischen Wirkungsgrad von 30 bis 35 Prozent. Nur bei Leistungen unter 1 MW sinkt der Wirkungsgrad auf 20 Prozent.

Seit einigen Jahren werden auch kompakte Gasturbinen bis herunter zu 30 kWel angeboten. Diese 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. Mikro-Gasturbinen haben ein großes Potential  zum Einsatz vor allem in Energieversorgungsunternehmen zur dezentralen Stromerzeugung, aber auch die Industrie könnte ein wichtiges Einsatzfeld sein.

Basis für die Entwicklung der Mikroturbinen war die Turboladertechnologie und die Entwicklungen in der Luftfahrtindustrie. Der Strom wird 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. 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.

Dank der Rekuperatortechnik können elektrische Wirkungsgrad von 25 bis 28 Prozent 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.

Mikrogasturbinen sind insbesondere für Anwendungsfelder interessant, welche für Trocknungsprozesse oder zur Realisierung einer Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung ein höheres Temperaturniveau der Abwärme benötigen. Weiterhin zeichnen sich Mikrogasturbinen gegenüber Motorenanlagen durch deutlich niedrigere Wartungskosten aus. Aufgrund des hohen Investitionsvolumens von rund 62.000,- Euro für eine Aggregat mit 28 kWel und dem gegenüber Motoren gleicher Leistungsgröße um einige Prozentpunkte geringeren elektrischen Wirkungsgrad erscheint ein wirtschaftlicher Betrieb aber nur bei wenigen Anwendungsfeldern möglich. Denkbar wäre aber z. B. ein verstärkter Einsatz im Contracting-Bereich, da in diesem Fall die Vorteile der Mikrogasturbinen aufgrund des geringeren Wartungsaufwandes besonders zum Tragen kämen.


Bewerten Sie diesen Artikel:
schlecht mangelhaft gut sehr gut
Fragen Sie unsere Experten