Mikrogasturbinen
Mikrogasturbinen arbeiten nach der Funktionsweise von Gasturbinen. Der Unterschied zu Gasturbinen aus der Kraftwerkstechnik ist neben der geringeren elektrischen Leistungsgröße auch ein niedrigeres Druckverhältnis zwischen unverdichteter und verdichteter Luft (< 5) und ein kleineres Temperaturniveau (< 1.000 °C). Neben der ausgereiften Technologie der Gasturbinen zur reinen Stromerzeugung im Megawattbereich werden derzeit auch Mikrogasturbinen zur dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung im Leistungsbereich ab 25 kWel angeboten. Durch die kompakte Bauweise werden serienreife Mikrogasturbinen anschlussfertig verkauft.
Aufbau
Typisch für den Aufbau von Mikrogasturbinen ist, dass sich der mit einem Permanentmagnet erregte, luftgekühlte Generator direkt auf der Antriebswelle des Verdichters und der Turbine befindet (siehe Abbildung 11). Durch die Luftlager ist ein schmierölloser Betrieb möglich. Vor der Brennkammer wird die Verbrennungsluft mit einem Rekuperator (Wärmetauscher) vorgewärmt.
Funktionsprinzip
Die durch den Verdichter angesaugte Umgebungsluft kühlt direkt bei Eintritt in die Mikrogasturbine den Generator. Nach der Kompression durch den Verdichter wird die Luft vor Eintritt in die Brennkammer durch einen Rekuperator vorgewärmt. Mit der komprimierten und vorgewärmten Luft und der Zugabe eines gasförmigen Brennstoffes findet in der Brennkammer die Verbrennungsreaktion statt. Das verdichtete und auf circa 1.000 °C erhitzte Verbrennungsgas wird in einer Turbine entspannt, die wiederum den Verdichter und den zur Stromerzeugung notwendigen Generator antreibt. Das ausströmende, entspannte Verbrennungsgas gibt Wärme über den Rekuperator ab und verlässt die Mikrogasturbine mit einer Temperatur von 270–680 °C. In der Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung kann die Abgaswärme wegen des hohen Temperaturniveaus neben der Warmwasserbereitung auch zur industriellen Wärmenutzung bei höheren Temperaturen (z. B. Dampf- und Kälteerzeugung, Trocknung) eingesetzt werden.
Aufgrund der hohen Drehzahl der Antriebswelle entstehen im Vergleich zum Verbrennungsmotor keine niederfrequenten Schallemissionen.
Die Leistungsregelung der Mikrogasturbine erfolgt einerseits elektronisch über den digitalen Leistungsregler durch Anpassung der Drehzahl und andererseits durch einen Bypass. Turbinengase können durch einen Bypass am Rekuperator vorbeigeleitet werden, sodass der Anteil der nutzbaren Wärme erhöht wird und aufgrund der geringeren Luftvorwärmung der elektrische Wirkungsgrad sinkt. Durch den Rekuperator-Bypass kann sich die Mikrogasturbine in einem gewissen Bereich an den Wärmebedarf anpassen.
Vorteile und Nachteile
Gegenüber Verbrennungsmotoren weist die Mikrogasturbine folgende Vorteile und Nachteile auf:
Vorteile | Nachteile |
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Entwicklungsstand
Der Einsatz von Mikrogasturbinen ab einer elektrischen Leistung von 28 kWel zur dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung ist technologisch fortgeschritten. Eine Marktdurchdringung vergleichbar mit dem Verbrennungsmotor ist allerdings nicht zu erkennen. Die Recherche zeigt, dass insgesamt drei Hersteller Mikrogasturbinen für Mikro-KWK-Anwendungen im Leistungsbereich von 28 bis 50 KWel am Markt anbieten. Mikrogasturbinen im Leistungsbereich bis 28 kWel befinden sich noch im Pilotstadium.
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