Thermische Kraftwerke
Turbomaschinen für grüne Brennstoffe und Energiespeicher
Im Forschungsprojekt TurboGrün arbeiten Wissenschaftsteams an effizienten, mit Wasserstoff oder Erdgas-Wasserstoffgemischen betriebenen, Gasturbinen und Turbomaschinen. Diese werden für den Einsatz in mechanischen und thermischen Speichern weiterentwickelt.
Thermische Kraftwerke sind auch in Zeiten der Energiewende gefragt. Die Anlagen müssen schnell, verlässlich und effizient Strom produzieren, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht. Deshalb ist es erforderlich, Betriebsprozesse und Bauteile anzupassen. Zudem werden weitere, in den Kraftwerksprozess integrierte Speicherkapazitäten benötigt. Diese sollen überschüssigen Strom in Form von Wasserstoff, Wärme und mechanischer Energie speichern und bei Bedarf wieder in Strom umwandeln. Ein Fokus der Forschungsarbeiten liegt darauf, Turbomaschinen für energieintensive Industrieprozesse zu optimieren, beispielsweise für die chemische Industrie. Diese und weitere Aspekte untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Industrie und universitären Forschungseinrichtungen im Projekt TurboGrün, kurz für „Turbomaschinen für Energiespeicher und grüne Brennstoffe“.
Effiziente Gasturbinen nutzen Wasserstoff
Mit Stromüberschüssen aus erneuerbaren Energien lässt sich sogenannter grüner Wasserstoff per Elektrolyse herstellen. Dabei wird Wasser in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Im Arbeitspaket „Stabile, flexible Verbrennung klimafreundlicher Brennstoffe“ widmen sich die TurboGrün-Forscherinnen und -Forscher der Aufgabe, Wasserstoff in reiner Form oder als Erdgas-Wasserstoff-Gemisch mit Turbomaschinen effizient zu nutzen. Für diesen Prozess entwickeln sie robuste Brenner und optimieren Dichtungs- und Kühlkonzepte.
Ein weiteres Ziel der Wissenschaftsteams besteht darin, die Fertigungstechnologien von Gasturbinen und Turbomaschinen zu verbessern. So lassen sich Effizienz und Wirkungsgrad der Anlagen erhöhen. Daher planen sie, sogenannte digitale Zwillinge zu entwickeln, um beispielsweise die Lebensdauer einzelner Bauteile genauer vorherzusagen und Wartungsintervalle zu optimieren.
Speichersysteme mit Turbomaschinen be- und entladen
Energiespeicher sollen künftig im Verbund mit den Erneuerbaren Energien in das Stromversorgungssystem integriert werden. Hierfür sind Turbomaschinen essentiell. Sie können als Expander und Verdichter eingesetzt werden. Dadurch verfügen sie über das Potenzial, Speichersysteme kostengünstig, flexibel und mit hohem Wirkungsgrad zu be- und entladen. Allerdings entstehen hierbei neue Anforderungen an Verdichtungs- und Expansionseinheiten. Deshalb untersuchen im Projekt „TurboGrün“ Forscherinnen und Forscher die Turbinentechnologie. Expander müssen beispielsweise hohen Temperaturen standhalten, damit sie die gespeicherte Wärme nutzen können, um wieder Strom zu erzeugen. Zudem benötigen die Systeme sichere Dichtungen, damit keine Prozessgase in die Umgebung strömen. Ergänzend sollen künftige Radialverdichter mithilfe neuer Auslegungsverfahren berechnet und konstruiert werden. Ziel ist es, diese effizient in mechanischen und thermischen Speichern einzusetzen. (mm)
