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Wolfgang Brettl

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Mikrogasturbinen

Vor etwa 20 Jahren wurden aus der Turbolader-Technologie die ersten Mikrogasturbinen entwickelt. Dieser Fachartikel beschäftigt sich mit den spezifischen Anwendungsfällen und Vorteilen der Gasturbinentechnik in der Praxis und im Vergleich mit Blockheizkraftwerken.

Die wesentlichen spezifischen Vorteile der Gasturbinentechnik sind:

Was bedeuten diese Vorteile für die Praxis?

Bei einem BHKW stehen etwa 30% der Abwärme als Abgaswärme auf einem hohen Temperaturniveau zur Verfügung, bei einer Gasturbine sind es 100%. Die hohe Abgastemperatur eignet sich gut für eine Dampferzeugung aus dem Turbinenabgas. Trotzdem sollte man darauf achten, das Abgas so weit wie möglich abzukühlen, um einen hohen thermischen Wirkungsgrad zu erreichen und die Verluste zu minimieren. Microgasturbinen mit Erdgasfeuerung können zum Beispiel zusätzlich mit Brennwert-Wärmetauschern versehen werden. So sind flexible Wärmekonzepte möglich.

Das Mikrogasturbinen-Abgas enthält durch den hohen Luftüberschuß bei der Verbrennung noch sehr viel Sauerstoff, meist nur geringfügig weniger als die Umgebungsluft, welche etwa 21 Volumenprozent Sauerstoff enthält. Das heiße Mikrogasturbinen-Abgas kann deshalb, anstelle von Frischluft, als vorgewärmte Verbrennungsluft für weitere Prozesse, wie zum Beispiel die Feuerung eines Dampfkessels, eingesetzt werden. Dies ist eine der besten Verwertungsmethoden für die Abgaswärme von Turbinen überhaupt. Auch in Großkraftwerken, bei so genannten GUD-Prozessen, wird diese Technik eingesetzt. Die Verfügbarkeit von Mikrogasturbinen und geeigneten Industrie-Feuerungen ermöglichen es heute, diese Kraftwerkstechnik in viel kleineren Anlagen, auf Industrie-Niveau einsetzen zu können. Benötigt wird dafür eine Feuerung, die durch den Einsatz der Abgasrezirkulation und anderer low-NOx-Techniken, die Stickoxid-Emissionen auf die zulässigen Grenzwerte absenkt. Interessant könnte der Einsatz dieser Technik ab einem Dampfmassenstrom oberhalb von etwa 6 t/h sein, wobei natürlich die jeweiligen Randbedingungen des Einzelfalls zu beurteilen sind. Realisierte Anlagen finden sich u.a. in der chemischen Industrie.

Der Einsatz von Mikrogasturbinen zur Verbrennung von Sondergasen, z.B. schwefelhaltigem Biogas, Klärgas und ähnlichen Gasen, hat eine lange Tradition. Durch […]

von |Dienstag, 12 Mai , 2015|Dampf, Kraft-Wärme-Kopplung, Prozesswärmetechnik|Kommentare deaktiviert für Mikrogasturbinen|

Besonderheiten der transkritischen CO2-Kältemaschinen und Wärmepumpen

Kohlenstoffdioxid CO2 findet erst seit einigen Jahren erstärkt Anwendung als Kältemittel.

Die Kurzbezeichung von CO2 als Kältemittel (Refrigerant) ist R744.

Ein wesentlicher Vorteil von CO2 ist der geringe Beitrag zum Treibhauseffekt.

Als Maß für den Beitrag zum Treibhauseffekt werden CO2-Äquivalente für andere Kältemittel definiert und als GWP-Wert (GWP = Global Warming Potential) bezeichnet. So hat z.B. das häufig verwendete Kältemittel R134a einen GWP-Wert von 1.300. Der Beitrag von 1 kg R134a zum Treibhauseffekt wiegt damit die Auswirkung von 1.300 kg CO2 auf.

Der GWP von CO2 ist damit definitionsgemäß gleich Eins. Setzt man natürlich gewonnenes CO2 für Kälteprozesse ein, ist der GWP-Wert sogar Null, denn das CO2 stammt aus natürlichen Quellen, z.B. aus der Umgebungsluft oder Gärungsprozessen.

CO2 hat auf kein ozonschichtabbauendes Potential. Es handelt sich deshalb um ein natürliches Kältemittel mit vergleichsweise äußerst geringen Umwelteinwirkungen.

Was die technische Nutzung von CO2 als Kältemittel lange erschwert hat, sind die hohen Drücke, die in CO2-Kälteanlagen herrschen müssen. Diese liegen rund eine Zehnerpotenz höher als bei konventionellen Kältemitteln.

Der kritische Punkt liegt bei etwa 31°C und ca. 74 bar. Oberhalb von 31°C lässt sich CO2 nicht mehr verflüssigen. Bei transkritischen Kälte- oder Wärmepumpenprozesse findet keine Kondensation des Kältemittels mehr statt, sondern nur noch eine Gaskühlung.

Transkritische Kälte- oder Wärmepumpenprozesse verfügen damit über mindestens einen Verdampfer und einen Gaskühler.

Durch die Verdichtung auf hohe Drücke werden sehr hohe Verdichtungsendtemperaturen erreicht. In realen Maschinen sind das etwa 120°C, im Diagramm wurden aber 160°C gewählt, um die Charakteristika des transkritischen Prozesses noch besser verdeutlichen zu können.

Der Gaskühler schneidet Isotherme für Isotherme, d.h. das CO2-Heißgas kühlt sich kontinuierlich ab und kann dabei kontinuierlich ein Medium, z.B. Wasser aufheizen.

In folgendem Beispiel sind ein HT-Gaskühler, ein NT-Gaskühler und ein innerer Wärmetauscher zur Kältemittelüberhitzung vor dem Verdichter und weiteren […]

von |Dienstag, 14 April , 2015|Kältetechnik|Kommentare deaktiviert für Besonderheiten der transkritischen CO2-Kältemaschinen und Wärmepumpen|

Was ist Energie Experten Netzwerk?

Energie Experten Netzwerk ist ein Online-Netzwerk für Experten und Interessierte aus Industrie, Bildung und Verwaltung.

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von |Montag, 30 März , 2015|Energie Experten Netzwerk|Kommentare deaktiviert für Was ist Energie Experten Netzwerk?|