Gasturbinen



Leitung: Dr.-Ing. A. Huber

 Hybrid-Kraftwerksversuchsanlage
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Laut der International Energy Agency wird der Energiebedarf im Zeitraum bis 2035 weltweit um mehr als ein Drittel zunehmen, wobei der globale Strombedarf fast doppelt so schnell steigen wird. Weiterhin ist etwa ein Drittel der bis dahin geschaffenen neuen Stromerzeugungskapazitäten nötig, um vom Netz gehende Altanlagen zu ersetzen. In Deutschland sollen im Rahmen der Energiewende bis 2030 die erneuerbaren Energien einen Anteil von über 60% an der Stromerzeugung einnehmen. Aufgrund der hohen Fluktuation der erneuerbaren Stromerzeugung insbesondere von Wind- und PV-Anlagen muss aber nach wie vor fast die gesamte nötige gesicherte Leistung (Anteil 2030 > 80%) durch konventionelle Kraftwerke erbracht werden. Weiterhin sollen zur Emissionsverringerung 25% der Stromerzeugung bis 2020 durch die Kraft-Wärme-Kopplung bereitgestellt werden. Unter diesen Randbedingungen sind zum einen eine konsequente Erhöhung der Effizienz der Energieumwandlung und die Nutzung alternativer Brennstoffe bei gleichzeitiger Minimierung des Schadstoff- und CO2-Ausstoßes von entscheidender Bedeutung. Zum anderen müssen konventionelle Kraftwerke eine deutliche Erhöhung der Flexibilität in Bezug auf die Reduktion der minimalen Teillast und die Erhöhung der Laständerungsgeschwindigkeiten erreichen, um eine effiziente Einbindung der erneuerbaren Energieerzeugung zu gewährleisten. Zur erfolgreichen Umsetzung dieser ambitionierten Ziele können hocheffiziente, hochflexible und schadstoffarme dezentrale Umwandlungstechnologien zur nachhaltigen und netzverträglichen Stromerzeugung einen entscheidenden Beitrag leisten.

 Atmosphärischer Mikrogasturbinen-Brennerprüfstand
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Die Abteilung „Gasturbinen“ setzt aus diesen Gründen den Fokus Ihrer Forschungsaktivitäten auf die Erforschung, Entwicklung und Umsetzung von gasturbinenbasierten Kraftwerksanlagen für eine nachhaltige dezentrale Strom- und Wärmebereitstellung. Hierbei wird sowohl die Optimierung bestehender als auch die Entwicklung neuer innovativer Anlagenkonzepte betrachtet.

Wesentliche Vorteile der Mikrogasturbine gegenüber dem Gasmotor sind unter anderem die bedeutend höhere Brennstoffflexibilität, die einfachere Bauweise, die längeren Wartungsintervalle und die niedrigen Schall- und Schadstoffemissionen, die ohne aufwändige Abgasnachbehandlung erreicht werden. Zudem verfügt die Mikrogasturbine aufgrund der hohen Abgastemperaturen über ein höheres Abwärmenutzungspotential zur Erzeugung von Prozesswärme, - kälte und Prozessdampf.  Nachteilig sind der Brennstoffkompressor und der niedrigere elektrische Wirkungsgrad.

Die Arbeitsschwerpunkte der Abteilung umfassen die folgenden Themengebiete:

  • Entwicklung, Auslegung und Optimierung von schadstoffarmen, brennstoffflexiblen und hocheffizienten Kraftwerkskonzepten auf Basis von Mikrogasturbinen für die dezentrale Energieversorgung
    • Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) auf Basis druckaufgeladener Mikrogasturbinen
      • Turbec T100
      • MTT EnerTwin
    • Innovative Mikrogasturbinen-basierte KWK-Kraftwerksanlagen
    • Hybrid-Kraftwerk (Kopplung einer druckaufgeladenen oxidkeramischen Hochtemperaturbrennstoffzelle (SOFC) mit einer Mikrogasturbine)
    • Subatmosphärisch betriebene Mikrogasturbine („inverted Brayton Cycle")
    • Mikrogasturbinen-basierter Range Extender für die Anwendung im Verkehrsbereich
  • Erforschung, Entwicklung, Charakterisierung und Optimierung von schadstoffarmen und brennstoffflexiblen Brennkammersystemen von Mikrogasturbinen für gasförmige und flüssige Brennstoffe. Die Schwerpunkte liegen im Betriebsbereich von 1-4 bar.
    • Konventionelle Brennstoffe: z.B. Erdgas, Diesel
    • Alternative Brennstoffe: z.B. Schwachgase (Holzgas), Syngas, SOFC Off-Gas, Biogas
    • Verwertung von industrieller Abluft (Verstromung organischer Lösungsmittel (VOCs))
    • Erprobung innovativer keramischer Brennkammermaterialien
    • Brennkammersysteme für hohe Lufteintrittstemperaturen von bis zu 1173 K
  • Entwicklung und Validierung von Design-Werkzeugen zur numerischen Auslegung von Anlagenkonzepten für die dezentrale Energiebereitstellung.

Hierzu verfügt die Abteilung über unterschiedliche Labore zur Untersuchung von Brennkammersystemen und Gesamtanlagen (Mikrogasturbinenbasierte-Kraftwerke):
ATM-Labor, Forschungskraftwerk, Mikrogasturbinen-Prüfstand.

 


Kontakt
Dr.-Ing. Andreas Huber
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Verbrennungstechnik

Tel: +49 711 6862-734

Fax: +49 711 6862-578

E-Mail: Andreas.Huber@dlr.de
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