Beschreibung

Herausforderung:

Hochflexible Gasturbinen werden im Energiesystem der Zukunft eine entscheidende Rolle spielen, um Netze in Zeiten von schwankender oder reduzierter Verfügbarkeit der erneuerbaren Energiequellen (insbesondere Windkraft und Photovoltaik) zu stabilisieren. Künftig sollen die Gasturbinen nicht mehr mit Erdgas oder Öl, sondern mit sogenanntem grünem Wasserstoff, welcher CO2 neutral gewonnen wurde, betrieben werden. Da heute noch nicht absehbar ist, wann grüner Wasserstoff in ausreichender Menge für einen jederzeit zuverlässigen Betrieb von Gasturbinenkraftwerken zur Verfügung steht, müssen Gasturbinen neben 100% Wasserstoff auch flexibel mit unterschiedlichen Erdgas-/Wasserstoff-Mischungen betrieben werden können.

Da Gasturbinen in aller Regel viele Jahre im Betrieb sind, gilt es auch Bestandsanlagen auf eine Um- bzw. Aufrüstbarkeit zu untersuchen und auch hier den Fokus auf eine flexible Brennstoffnutzung zu legen. Dafür sind neben Anpassungen an technischen Komponenten, beispielsweise am Brennkammersystem und den Verteilsystemen, auch Anpassungen der Infrastruktur unter Beachtung spezieller behördlicher Auflagen notwendig

Projektziel:

Ziel dieses Verbundvorhabens ist es, skalierbare Retrofit-Konzepte zu entwickeln, um Bestandsgasturbinen mit elektrischen Leistungen bis zu 100 MW für eine nachhaltige Energieversorgung wasserstofffähig zu machen. Im Fokus steht dabei zum einen die Möglichkeit flexibel unterschiedliche Erdgas-/Wasserstoff-Mischungen einsetzen zu können. Andererseits wird aber auch die Wirtschaftlichkeit betrachtet, um einen Umstieg mit möglichst geringen Investitionskosten zu erreichen.

Die reale Umsetzung wird an einer Gasturbinenanlage mit einer elektrischen Leistung von 400 kWel demonstriert.

Vorgehensweise:

Um diesen Prozess an einer Demonstrationsanlage zu zeigen, soll das Design für den Bau eines brennstoffflexiblen Regelungs-, Misch- und Verteilsystems für eine dezentrale Gasturbinenanlage der Firma Aurelia® mit einer Größenklasse von 400 kWel entwickelt werden. Dafür wird ein speziell für diesen Anwendungsfall entwickelter Brenner in die Gasturbine integriert und getestet. Die Auslegung des brennstoffflexiblen Regelungs-, Misch- und Verteilsystems erfolgt mittels geltender europäischer und internationaler Normen, Richtlinien und Standards. Teile dieses neuen Systems, soweit für einen Prüffeldaufbau nachstellbar, werden anschließend gefertigt und zusammen mit dem dafür entwickelten brennstoffflexiblen Brenner auf einem atmosphärischen Brennerprüfstand untersucht. Nach den ersten Erkenntnissen mit dem neu entwickelten brennstoffflexiblen Regelungs-, Misch- und Verteilsystem wird ein komplettes System gefertigt und zusammen mit der optimierten Brennkammer in die Gesamtanlage integriert. Das neu entwickelte flexible Brennstoffregelungsverfahren wird dann in das existierende Turbinenleitsystem integriert und soll für 600 h betrieben und mit unterschiedlichen Brennstoffzusammensetzungen charakterisiert werden.

Verwertung:

Die aus dem Projekt gewonnen Kenntnisse im Bereich des modularen und skalierbaren Brennstoffzuführungssystems und der Sensorik sollen auf andere Gasturbinentypen mit elektrischen Leistungen bis 100 MW übertragen werden. Dies bietet für Gasturbinen, bei welchen ein Mischbetrieb mit Erdgas und Wasserstoff beziehungsweise ein Betrieb mit reinem Wasserstoff geplant ist, eine optimale Basis für die Umsetzung der dafür notwenigen Anpassungen.