Bis zum Jahr 2050 ist es Ziel der Bundesregierung den Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland auf 80 % anzuheben. Derzeit liegt der Anteil bei etwa 20 %. Diese Energiewende wird nur mit einer Umstrukturierung des gesamten Energiekonzeptes gelingen. Dabei ist für Deutschland als Industriestandort eine gesicherte Energieversorgung essentiell, da von ihr unsere Wirtschaft abhängt. Durch die starke Zunahme an natürlich fluktuierenden erneuerbaren Energien, wie z.B. Wind‑ und Solarenergie, sind modernste konventionelle Kraftwerkskonzepte notwendig um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Konventionelle Kraftwerke dämpfen durch die hohe Massenträgheit der Rotoren die zu erwartenden Frequenzschwankungen im Versorgungsnetz und dienen durch ihre gelieferte Blindleistung als Spannungsstützen. Dabei ändern sich die Betriebsanforderungen konventioneller Kraftwerke maßgeblich.
Es sind besonders flexible Systeme gefragt, welche dem zunehmenden Bedarf an Regelenergie mit hohen Lastgradienten begegnen. Zudem müssen sie ausreichende Leistungskapazitäten ausweisen und darüber hinaus besonders effizient über einen breiten Betriebsbereich einsetzbar sein. Kombinierte Gas‑ und Dampfkraftwerke (GuD‑Kraftwerke) sind favorisiert die Rolle der fossilen Unterstützung des Energiewandels in Deutschland zu übernehmen und den neuen Betriebsanforderungen gerecht zu werden. Sie sind schon jetzt mit über 60 % thermischem Wirkungsgrad die effizienteste konventionelle Kraftwerkstechnologie auf dem Markt und emittieren darüber hinaus sehr geringe Mengen Kohlenmonoxid bzw. Stickoxide.
Es sind neben fossilem Erdgas als Gasturbinenbrennstoff auch reines Methan oder sogar Wasserstoff möglich, welcher bei einer Überproduktion von elektrischer Energie aus erneuerbaren Energien durch Elektrolyse hergestellt werden kann. Damit sind die Zwischenspeicherung von elektrischer Energie mit hoher Energiedichte und deren bedarfsorientierte Rückumwandlung in elektrische Energie mit effizienten GuD‑Kraftwerken möglich. Die Infrastruktur zum Transport des Energieträgers Wasserstoff ist durch die bereits existierenden Gas‑Pipelines zudem weitgehend vorhandenen. Daher sind GuD-Kraftwerke für den zukünftigen Einsatz als flexible und höchsteffiziente Energiewandlungsanlangen zu ertüchtigen.
Daher untersucht die Abteilung Triebwerk wie GuD‑Kraftwerke, insbesondere die Gasturbine als Kernstück eines GuD‑Kraftwerks, thermodynamisch gestalten werden müssen um den zukünftigen Anforderungen zu genügen. Konkret wird analysiert welche Belastungen auf Maschinenkomponenten und Material in Form von Temperaturen und Drücken, sowie Massendurchsätzen zu erwarten sind. Zum anderen wird untersucht wie sich der Einsatz von Wasserstoff als Gasturbinenbrennstoff auf die Performance des GuD‑Kraftwerks auswirkt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Steigerung der Performance durch den Einsatz hochmoderner Keramikwerkstoffe in den heißgasführenden Bereichen der Gasturbine, wodurch die Effizienz des GuD‑Kraftwerks auf ein deutlich höheres Niveau zu bringen ist.