Gasturbine: Flexibel bei den Brennstoffen

Gasturbinenkraftwerke arbeiten mit besonders hohem Wirkungsgrad (derzeit bis knapp 60 Prozent), wenn im so genannten GuD-Prozess die Gasturbine mit einer nachgeschalteten Dampfturbine gekoppelt ist und so die Energie des Brenngases bestmöglich ausgenutzt wird.

Ziel ist es, bis zum Jahr 2020 einen Wirkungsgrad von 63 Prozent zu erreichen. Dazu muss man die Temperatur des Gases, das die Turbine antreibt, auf mehr als 1500 °C erhöhen und die Effektivität, sprich den inneren Wirkungsgrad von Verdichter und Turbine, weiter steigern. In den drei Bauteilen einer solchen Turbomaschine – Verdichter, Brennkammer, Turbine – müssen Werkstoffe und Komponenten auf diese steigenden Anforderungen zugeschnitten werden.

Im Verdichter sind zum Beispiel eine Reihe von aerodynamischen Problemen zu überwinden, etwa durch aktive Strömungsbeeinflussung oder durch die Nutzung instationärer Effekte. In der Brennkammertechnologie geht es darum, die Verbrennungsvorgänge computergestützt zu simulieren und die enorme thermische Beanspruchung der Materialien zu beherrschen. Darüber hinaus erfordert der zunehmende Einsatz von Synthesegasen aus der Kohlevergasung eine neuartige Brennertechnologie; denn der in solchen Gasen enthaltene hohe Wasseranteil zieht eine deutlich geringere Reaktionszeit und einen erhöhten Brennstoff-Volumenstrom nach sich.
Im Bereich der Turbine sind neue Konzepte zu entwickeln, welche die Kühlung (im Inneren bzw. an der Oberfläche der Schaufeln) optimieren und Kühlluftverluste durch verbesserte Dichtungen minimieren. Eine weitere Erfolgsvoraussetzung besteht darin, den bei GuD-Kraftwerk gekoppelten Gas- und Dampfturbinenprozess noch besser aufeinander abzustimmen, etwa indem man die Austrittstemperatur des Gasturbinen-Abgases und die Temperatur des Dampfkraftprozesses optimal anpasst.