Mikrogasturbine im Kraftwerk und Zuhause

Möglichst dezentral, effizient, wartungs- und schadstoffarm: Die Erwartungen an eine moderne Energieversorgung sind hoch. Neben Gasmotoren kann die Mikrogasturbine diese Ansprüche gut erfüllen. Sie erzeugt Wärme und Strom, ist bauartbedingt besonders wartungs- und schadstoffarm. Mit dem umweltschonenden Energieträger Erdgas, der fast überall verfügbar ist, könnte die Mikrogasturbine vielerorts zum Einsatz kommen. Und weil sie auch mit Brenngasen biologischen Ursprungs betrieben werden kann, hat sie obendrein Potenzial für die Wärmewende, bei der beispielsweise für die Beheizung von Gebäuden und für industrielle Prozesse keine fossilen Brennstoffe, sondern erneuerbare Energien genutzt werden.

Ein Hemmschuh bisher: Die auf dem Markt verfügbaren Modelle waren nicht passend dimensioniert und konnten nicht wirtschaftlich eingesetzt werden, da die bei der Verbrennung erzeugte Wärme nicht vor Ort genutzt werden konnte. Gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) hat sich das Forschungsteam der EnBW der Herausforderung angenommen, für die Maschine Verbesserungen zu entwickeln und zu erproben, die sie für mehr Kunden passend macht. Konkret gelang es, eine Maschine passend für Gewerbekunden noch wirtschaftlicher zu machen, indem die Verbrennung optimiert und überdies noch mehr Wärme aus dem Abgas zurückzugewonnen wurde.

Der Brennstoff Erdgas ist der umweltschonendste unter den Fossilen, verursacht er doch 50 Prozent weniger Kohlendioxidemissionen als Heizöl. Sein regenerativer Bruder – also Biogas – kann nach einer Veredelung zu Bio-Erdgas wie Erdgas verwendet werden. Die EnBW erforscht, welche technischen Voraussetzungen vorliegen müssen, Biogas auch unveredelt direkt als Brennstoff in Mikrogasturbinen einsetzen zu können. Erfolgreich abgeschlossen ist bereit ein Test mit Holzgas.

Das Projekt ist zweigeteilt: Im ersten Schritt haben die Projektpartner seit 2010 zusammen mit dem Hersteller Dürr Systems eine große Mikrogasturbine für den Einsatz in Heizkraftwerken weiterentwickelt.

Beispiel Leonberg: Die Anlage im Heizkraftwerk Leonberg verfügt über eine thermische Leistung von 200 Kilowatt und eine elektrische Leistung von 100 Kilowatt. Das ist etwa ein Tausendstel herkömmlicher Großturbinen. Nach dem erfolgreichen Abschluss des Testbetriebs steht fest: Die Anlageneffizienz ist deutlich gesteigert, die Turbine erzeugt sechs Prozent mehr Strom als vorher aus der gleichen Menge an Erdgas. Das funktioniert dank verbesserter Wärmerückgewinnung und einem optimierten Brenner, der für das Projekt entwickelt wurde. Der erzeugte Strom wird ins örtliche Netz eingespeist. Die Wärme geht in ein Nahwärmenetz, das 17 Gewerbebetriebe im Umkreis mit Heizenergie und Warmwasser versorgt.

Seit 2013 tüfteln Forscher und Ingenieure an einer noch kleineren Variante – einer Nanoturbine sozusagen. Ziel ist es, eine Anlage zu entwickeln, die mit einer elektrischen Leistung von 1 Kilowatt ideal für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäuser ist. Nicht größer als ein Kühlschrank produziert sie dezentral Strom und Wärme. Das erhöht die Eigenversorgung der Bewohner.

Mikrogasturbinen sind wartungs- und schadstoffarm, weil die Maschinen ohne Zylinder und Ventile arbeiten und Gas kontinuierlich verbrennen. Damit stellen sie eine Alternative zu Verbrennungsmotoren dar, die in Blockheizkraftwerken üblich sind. Weil die Abgastemperatur aus der Mikrogasturbine höher ist als bei anderen Anlagen, ist sie auch für die Erzeugung von Prozesswärme geeignet – zum Beispiel für Brauereien oder Wäschereien. In Gewächshäusern hat das Abgas einen weiteren Nutzen: Es ist warm und enthält mehr Kohlendioxid – das brauchen Gemüsesorten wie zum Beispiel Tomaten zum Wachsen. Weitere Anwendungsgebiete der Mikrogasturbine sind Gebäude mit hohem Wärmebedarf wie Krankenhäuser, Hallenbäder oder Schulen.