Kurzbeschreibung:
Die für eine hohe Effizienz der Gasturbine notwendigen hohen Prozesstemperaturen und –drücke erfordern zur technischen Realisierung im mit Heißgas beaufschlagten Bereich Bauteile aus hochwarmfesten Materialen. Neben der Weiterentwicklung von Materialen mit hoher Temperaturstandfestigkeit kommt der Entwicklung geeigneter Kühlmethoden eine zentrale Rolle zu. Die zur Kühlung benötigte Luft von bis zu 20% des im Verdichter umgesetzten Luftmassenstroms entzieht dem Hauptgaspfad und damit dem Gesamtsystem Arbeit. Das Ziel bei der Entwicklung von Kühlungstechnologien war und ist die Minimierung der eingesetzten Kühlluft, um sowohl die für den thermischen Wirkungsgrad hohen Prozessdrücke und -temperaturen zu erreichen als auch die parasitären Verluste zu minimieren.
Problemstellung - Verkürzte Lebensdauer und verminderte Wirtschaftlichkeit durch höhere zyklische Belastung beim flexiblen Betrieb: Zur Optimierung der Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung durch eine Gasturbine spielen verschiedene Faktoren wichtige Rollen. Neben den Investitionskosten sind die Betriebskosten von entscheidender Bedeutung. Bislang dominieren die Brennstoffkosten diesen Bereich; die Prozesseffizienz ist neben dem ökologischen Aspekt der CO2 Reduzierung deshalb auch aus ökonomischen Gesichtspunkten wichtig. Durch die zunehmende Anforderung nach einem flexibleren Betrieb der Anlagen mit kurzen Betriebszeiten, vielen Zyklen und schnellen An- und Abfahrvorgängen wird die Lebensdauer der Bauteile durch die zyklische Belastung deutlich reduziert. Dazu müssen sowohl eine verbesserte Teillasteffizienz der Anlage als auch eine erhöhte Lebensdauer der Komponenten erzielt werden. Gleichzeitig muss sich die erreichbare Zyklenzahl/Lebensdauer signifikant erhöhen.
Ziel - Erhöhung der Lebensdauer und Maximierung der Effizienz durch intelligentes Design der Kühlsysteme: Neben den maximalen Temperaturen und mechanischen Lasten wird die Lebensdauer der heißgasbeaufschlagten Bauteile stark von den räumlichen und zeitlichen Gradienten beeinflusst; eine Optimierung der Kühlmethoden und ihrer Auslegung ist daher auch im Hinblick auf eine Maximierung der Lebensdauer eine wichtige Voraussetzung für den umweltfreundlichen und gleichzeitig wirtschaftlichen Betrieb von Gasturbinen zur Stromerzeugung im stark zyklischen Betrieb. Damit kommt der Entwicklung von numerischer Methoden und ihrer Validierung als Grundlage von zukünftigen Werkzeugen zur detaillierten Auslegung auch im transienten Bereich eine große Bedeutung zu.
Projektstruktur:
Gesamtbudget:
6420,- k€
Laufzeit:
01.01.2019 – 31.12.2022