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Kraft-Wärme-Kopplung: Mikrogasturbinen können Wärme für technische Prozesse bereitstellen.
Kraftwerke & Energieanlagen

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Mikrogasturbinen für Strom und Wärme

Text: Dr. K.-F. Schröder u. F. Neumann, Babcock Borsig Steinmüller Fotos,Grafik: Tonis Pan/iStockphoto, Babcock Borsig Steinmüller
In technischen Prozessen ist Kraft-Wärme-Kopplung eine wirtschaftliche Option für die Bereitstellung von Prozesswärme und Strom. Der Einsatz solcher Kompaktanlagen sichert Flexibilität für Erzeugung und Verbrauch, senkt die Energiekosten und schont Ressourcen.

Immer mehr Industrieunternehmen erkennen Einsparpotenziale für ihren Verbrauch in dem einfachen Prinzip der lokalen Energieerzeugung. Hierbei helfen etwa kompakte Mikrogasturbinen-Anlagen. Sie lassen sich in bestehende Anlagen einbinden und als Kraft-Wärme-Erzeuger flexibel und effizient betreiben. Zudem können sie lokal verfügbare Brennstoffe wirtschaftlich nutzen, etwa in industriellen Prozessen.

Der Mikrogasturbinen-Prozess

Mikrogasturbinen wie die Einheit QiP100 sind kompakte Aggregate. Sie verfügen über einen Turbinen-Verdichter-Generator auf einer Welle, eine integrierte Brennkammer und einen prozessoptimierten internen Wärmetauscher, den Rekuperator. Mikrogasturbinen verdichten die angesaugte Verbrennungsluft. Im Rekuperator wärmen die heißen Turbinenabgase die Luft vor, die in die Brennkammer strömt. In der Turbinenstufe entspannen die Verbrennungsgase und treiben den Wellenstrang an. Den hochfrequenten Wechselstrom aus dem Generator formt Leistungselektronik zur direkten Netzeinspeisung um. Eine Steuerung sichert Betrieb und Fernüberwachung der Anlage. Nach dem Rekuperator stehen heiße Gase dann für die Nutzung in weiteren Prozessen zur Verfügung.

Besonderheiten der QiP-Technologie

Die QiP-Technologie bietet mit einer optimierten und kontinuierlichen Verbrennung den entscheidenden Vorteil für die wirtschaftliche Nutzung von Synthese-Gasen als Brennstoff. Die Wirtschaftlichkeit dieser Anwendungen wird maßgeblich durch die jährliche Nutzungsdauer und das Verhältnis der Brennstoffkosten zu den Strombezugskosten bestimmt. Babcock Borsig Steinmüller hat die Bilfinger-Mikrogasturbine gemeinsam mit der Brandenburgischen Technischen Universität entwickelt und bietet damit ihren Kunden mit der QiP100-Anlage maßgeschneiderte Lösungen zur dezentralen Energieversorgung für unterschiedliche Anwendungsfälle. Mit einem Gesamtwirkungsgrad von über 90 Prozent erhalten Betreiber eine kompakte, umweltfreundliche KWK-Lösung mit hohem wirtschaftlichem Nutzen und maximaler Energieeffizienz - und das bei eigener Kostensteuerung. Hier zwei Anwendungsfälle im Detail:

Anwendung 1: Kombination mit Wärmetauscher

Mikrogasturbinen-Einheiten können mit Wärmetauschern Prozesswärme für unterschiedliche Verarbeitungsschritte erzeugen, beispielsweise in Unternehmen der Milchwirtschaft. Die Wärmeerzeugung mittels Mikrogasturbinen-Einheit erfolgt dann verbrauchsnah an den installierten Milcherhitzern. Wärmetauscher übertragen dabei die Heißgaswärme der Anlage auf die jeweiligen Heizwasserkreisläufe. Je Milcherhitzer lassen sich dazu bis zu zwei Mikrogasturbinen einbinden. Durch das neue Konzept zur Erwärmung der Milcherhitzer entfallen im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren die anteiligen energetischen Verluste zur Dampferzeugung-, Dampfübertragung und Dampfkondensation. Des Weiteren entfällt der anlagentechnische und energetische Aufwand zur Kondensatrückführung sowie zur anteiligen Speisewasseraufbereitung für den Dampfprozess. Zusätzlich zur Wärmeerzeugung kann eine QiP100-Anlage im Fall einer kontinuierlichen Produktion (beispielsweise von rund 6000 Betriebsstunden im Jahr) mehr als 600 MWh Strom für den Eigenverbrauch eines Werkes erzeugen. Da das Turbinenheißgas den Wärmetauscher eines Milcherhitzers mit einer mittleren Temperatur von etwa 130°C verlässt, ist es möglich, weitere Wärme (rund 200 MWh) für andere Prozesse auszukoppeln. Im Vergleich zu der herkömmlichen Beheizung der Milcherhitzer erwirtschaftet eine solche Anlage einen jährlichen Überschuss, so dass sich die Investition bereits nach vier Jahren amortisiert.

Anwendung 2: Trocknung und Stromerzeugung

In vielen Ziegelwerken erfolgt die Wärmeversorgung der Trocknungsanlagen mit Abwärme der Brennöfen sowie durch den zusätzlichen Gasbrenner. Die Abgase des Brennofens und der Brenner gelangen direkt in den Trockner und durchströmen diesen im Gegenstrom zum Trockengut. Der Energiefluss in diesem Prozess lässt sich noch optimieren, indem man den im Trockner benötigten Abwärmestrom anteilig durch Nutzung der Wärme einer Mikrogasturbine erzeugt. Das Heißgas oder Abgas der Mikrogasturbinen-Einheit wird direkt dem Abwärmestrom des Brennofens beigemischt. Der Dauerbetrieb des installierten Gasbrenners ist somit überflüssig. Der Gasbrenner bleibt als Reserveaggregat erhalten und dient zur Deckung von Lastspitzen in der Produktion. Die Wärmeleistung der Mikrogasturbinen-Einheit beträgt hier rund 240 kW. Wärmeträger ist ein Heißgasvolumenstrom von mehr als 2000 Nm 3/h bei 300 °C. Der Strom aus der Mikrogasturbinen-Anlage dient zur Eigenbedarfdeckung des Produktionsstandortes.

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