Aus der Forschung
Die Mikrogasturbine kann unterschiedliche Brennstoffe effizient nutzen, stößt weniger Schadstoffe aus und ist vergleichsweise wartungsarm. Die Vorteile kommen vor allem dort zum Tragen, wo auch viel Wärme gebraucht wird. Bild: DLR
Im aktuellen Podcast erklärt Axel Widenhorn, welche Ziele er und sein Team bei der Weiterentwicklung und Optimierung der Mikrogasturbinen verfolgen.
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Kleinkraftwerke für Wärme und Strom
Ob für Krankenhäuser, Industriebetriebe, landwirtschaftliche Betriebe wie Weingüter und Brauereien, Kindergärten oder den Einfamilienhaushalt – kleine Anlagen, die Strom und Wärme unmittelbar in Verbrauchernähe produzieren, sind eine effiziente und schadstoffarme Ergänzung zu großen Kraftwerken. Um die Entwicklung solch dezentraler Kraftwerke voranzutreiben, haben das DLR in Stuttgart und die EnBW Energie Baden-Württemberg AG ein gemeinsames Forschungsprojekt gestartet. Ziel ist es, mit einem erdgasbasierten Mikrogasturbinen-Kleinkraftwerk Wärme und elektrischen Strom zu produzieren. Axel Widenhorn leitet die Arbeitsgruppe „Gasturbine“ am Institut für Verbrennungstechnik des DLR.
Er und sein Team forschen an so genannten Mikrogasturbinen, dem Herzstück dieser Kleinkraftwerke. Die Leistung eines Mikrogasturbinenkraftwerks reicht von wenigen Kilowatt bis maximal 500 Kilowatt, das technische Grundprinzip ist jedoch das gleiche: Ein heißer, verdichteter Gasstrahl treibt eine wenige Zentimeter große Turbine an. Diese Turbine wiederum treibt einen Generator an, der auf der gleichen Welle sitzt. Während der Generator Strom produziert, wird gleichzeitig die Wärmenergie der heißen Abgase genutzt. Sie kann zum Beispiel einem Wasserwärmetauscher zugeführt werden. Kraft-Wärme-Kopplung nennt sich das Prinzip. „Aber man ist bei der Mikrogasturbine nicht nur darauf festgelegt, Warmwasser zu produzieren, sondern man kann die Energie im Abgas auch verwenden, um zum Beispiel Kälte zu produzieren“, erklärt Axel Widenhorn.
Die Mikrogasturbine ist einfach aufgebaut und muss deswegen kaum gewartet werden. Sie kann mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden, vom Erdgas über Heizöl bis zu alternativ erzeugten Brennstoffen wie Gas aus einer Biogasanlage. Dabei sind die Schadstoffemissionen pro Kilowatt deutlich geringer als in Großkraftwerken, denn der Brennstoff wird kontinuierlich verbrannt. In der Brennkammer wird der heiße Gasstrahl erzeugt, der die Mikrogasturbine antreibt. Die Wissenschaftler am DLR haben eine gläserne Brennkammer entwickelt, die es ermöglicht, die Verbrennungsvorgänge mit Lasermesstechnik zu analysieren, um den Vorgang noch weiter zu optimieren.
Bis zu 90 Prozent des eingesetzten Brennstoffs können bereits in Energie umgewandelt werden. Der elektrische Wirkungsgrad ist jedoch bei konventionellen Gasmotoren mit 40 Prozent noch höher als bei den Mikrogasturbinen, die hier derzeit rund 30 Prozent erreichen. Das gilt jedoch nur für den Betrieb mit Erdgas. Beim Betrieb mit biogenen Gasen hat die Mikrogasturbine den gleichen oder einen leicht höheren Wirkungsgrad. Ihre wirklichen Vorteile spielt die robuste und schadstoffarme Mikrogasturbine überall dort aus, wo es in erster Linie auf Wärme ankommt, meint Widenhorn.
Größere Mikrogasturbinen für die industrielle Anwendung sind in Deutschland schon im Betrieb. Kleinere Minikraftwerke in der Größe eines üblichen Hausbrennkessels befinden sich in der Erprobung und könnten in zwei Jahren marktreif sein. Schon bald könnte also auch ein Einfamilienhaus über sein eigenes Minikraftwerk im Keller verfügen und damit kostengünstig Wärme und Strom produzieren.
