Letzte Woche haben wir mit der Erzeugung von Strom mithilfe des Dampfkraftprozesses in Kohlekraftwerken abgeschlossen. Nun widmen wir uns nun einem anderen fossilen Energieträger und dessen Anwendung in der Kraftwerkstechnik, dem Erdgas.
6. Gasturbinen
Im Gegensatz zum Dampfkraftprozess ist der Gasturbinenprozess ein offener Prozess. Eine Gasturbine besteht aus einem Verdichter, einer Brennkammer und einem Expander, der Kondensator entfällt. Das Arbeitsmedium ist Umgebungsluft bzw. heißes Abgas. Die drei wesentlichen Bauteile (Verdichter, Brennkammer, Expander) liegen bei modernen Gasturbinen konstruktiv auf einer Welle.
Im laufenden Betrieb saugt der Verdichter Umgebungsluft und damit Sauerstoff an. Diese wird verdichtet und in die Brennkammer geleitet. In der Brennkammer wird der verdichteten Luft Erdgas oder Dieselöl zugefügt. Die Brennstoffe verbrennen, es entstehen hohe Temperaturen. Das heiße Abgas wird dann durch den Expander geleitet und entspannt. Dabei wird Arbeit verrichtet, die die Drehbewegung der Turbine zur Folge hat.
Durch die Rotationsenergie der Welle wird zum einen der Verdichter (etwa zwei Drittel der Energie) und zum anderen der Generator für die Stromerzeugung (etwa ein Drittel der Energie) angetrieben.
Das heiße Gas kühlt bei der Entspannung ab, hat allerdings beim Austritt aus dem Expander noch eine hohe Temperatur. Danach wird es über einen Kamin an die Umgebung abgegeben.
Einsatzgebiet der Gasturbinen
Gasturbinen-Kraftwerke haben verglichen mit Dampfkraftwerken geringere Investitionskosten und schnellere Anfahrzeiten. Das Kraftwerk besteht im Wesentlichen aus der Gasturbine, dem Generator und einem Kamin für die Abgase. Da Erdgas sehr sauber verbrennt, ist eine Abgasnachbehandlung in den meisten Fällen nicht nötig.
Die genannten Umstände machen Gasturbinen zu idealen Spitzenlastkraftwerken. Zusätzlich sind sie schwarzstartfähig und können so zum Anfahren von Kondensationskraftwerken genutzt werden. Diese benötigen für ihren Start Strom, bevor sie selbst Strom erzeugen können.
Den geringen Investitionskosten gegenüber stehen hohe Betriebskosten, da nur die höherwertigen Brennstoffe Erdgas oder Dieselöl eingesetzt werden können. Eine Feuerung mit Kohle ist nicht möglich, da bei der Verbrennung Asche entsteht, welche die Turbine zerstören würde.
Auf Grund der hohen Abgastemperaturen liegen die Wirkungsgrade je nach Größe der Turbine zwischen 30 und 40 %. Weitere Verluste entstehen im Spalt zwischen Turbinenschaufeln und Gehäuse, der zwangsläufig vorhanden sein muss. Je größer die Turbine, desto kleiner ist der Spalt im Vergleich zum Gesamtdurchmesser der Turbine. Eine große Turbine hat somit einen besseren Wirkungsgrad.
