Kerngebiet Brennstoffe

Brennstoffflexibilisierung für Kombi-Kraftwerke mit der Option eines CO2- freien Betriebs

Ziele

Visualisierung der turbulenten Flammenfront anhand des Gradienten der OH-Radikalverteilung

Demonstration der Erzeugung von wasserstoff-reichen Brennstoffen aus Braunkohle oder Biomasse in einer Pilotanlage.

Erarbeitung von Grundlagen für die sichere und emissionsarme Verbrennung von wasserstoffreichen Brennstoffen (Synthese-gas) in Reheat-Gasturbinen.

Hintergrund

Die zukünftige Ausrichtung der Stromproduktion verlangt im Rahmen von Umweltschutzabkommen (Kyoto-Protokoll, EU-Klimaziele), dass der Kohlendioxidausstoß deutlich gesenkt werden muss. Ein Weg dorthin ist die Sequestrierung von Kohlendioxid, die in ihrer Vorverbrennungsanwendung auf der Vergasung von Brennstoffen zur Erzeugung wasserstoffreicher Brenngase und anschließender CO2-Abtrennung basiert. Gleichzeitig fordern die weltpolitischen Hintergründe, dass die Stromproduktion nicht auf einem einzigen Energieträger wie z.B. dem Erdgas basiert. Eine hohe Flexibilität im Brennstoffeinsatz ermöglicht auch flexibel auf marktpolitische Änderungen reagieren zu können. Während die Erdgasversorgung an ein Leitungssystem gebunden ist und Erdgas nur bedingt gelagert werden kann, können Kohle oder andere feste Brennstoffe sehr gut als weitere Versorgungsmöglichkeit eingesetzt werden. Die Anwendung alternativer Brenngase stellt ein Beispiel für die Erweiterung der Kraftwerksversorgung im Hinblick auf Brennstoffvielfalt und damit für die Flexibilisierung des Betriebs dar.

Forschungsgegenstand

Das Projekt ist in zwei Projektteile untergliedert. Gegenstand der Forschungsarbeiten im ersten Projektteil ist die Erzeugung alternativer Brenngase in einer Pilotanlage. Dabei wird sowohl die Vergasung von Biomasse über den „Absorption Enhanced Reforming“ (AER)-Prozess als auch von Braunkohle über den „Lime Enhanced Gasification of Solids“ (LEGS)-Prozess untersucht. Diese Arbeiten werden am „Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen“ (IVD) der Universität Stuttgart und am „Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung“ (ZSW) durchgeführt. Der Einsatz von wasserstoffhaltigen Brennstoffe (z.B. Synthesegase aus Stein- oder Braunkohle) in Reheat-Gasturbinen stellt erhöhte Anforderungen an einen sicheren, emissionsarmen Betrieb und ist Gegenstand der Untersuchungen im zweiten Projektteil, die am „Institut für Verbrennungstechnik“ des DLR durchgeführt werden. Wasserstoffhaltigen Brennstoffe unterscheiden sich bezüglich der Verbrennungseigenschaften wesentlich von den heute in Reheat-Gasturbinen verwendeten Brennstoffen (überwiegend Erdgas). Kürzere Zündverzugszeiten, erhöhte Flammengeschwindigkeiten sowie eine größere Gefahr eines Flammenrückschlags sind Schlagworte dazu. Damit ein zuverlässiger, emissionsarmer Betrieb von Gasturbinen mit diesen neuartigen Brennstoffen gewährleistet werden kann, müssen die Anforderungen an die Brenner bekannt sein. Diese werden durch den Einsatz von modernsten, laser-basierten Messtechniken in Hochdruck-Experimenten an einem generischen Brenner im Hochdruckbrennkammer-Prüfstand HBK-S erarbeitet. Diese experimentellen Arbeiten werden durch CFD-Rechnungen begleitet. Durch die Verwendung dieser Brennstoffe werden auch erhöhte Anforderungen an die Brennkammerkühlung gestellt. Am Institut für „Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt“ der Universität Stuttgart werden dazu verschiedene moderne Kühlkonzepte für diese unter erhöhten Anforderungen stehenden Brennkammern verglichen und mit Simulationswerkzeugen untersucht.

Projektsprecher

Prof. Dr.-Ing. Manfred Aigner

VT - Ansprechpartner und beteiligte Abteilungen

Dr.-Ing. Peter Griebel, Versuchstechnik HBK-S

Startzeitpunkt

1. Juli 2007

Partner

• ALSTOM Power Generation AG
• EnBW Holding AG
• DLR
• Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst (MWK) Baden-
• Württemberg
• Universität Stuttgart (IVD, ITLR)
• ZSW