Verbundprojekt OptiSysKom
Gasturbinen leisten einen wichtigen Beitrag zur Optimierung komplexer Gesamtenergiesysteme mit hohen Anforderungen an Flexibilität, Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Neben den flexiblen Fahrweisen bieten Gasturbinen zusätzliche Optionen zur Unterstützung der Sektorenkopplung und für den Einsatz alternativer Kraftstoffe aus Power-to-X Anwendungen (z.B. steigende Anteile von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien, synthetisches Methan etc.) Sie gewährleisten somit nicht nur eine sichere und zuverlässige Stromerzeugung, sondern tragen aufgrund der effizienteren Brennstoffausnutzung zur Senkung von Treibhausgasemissionen und Stickoxiden bei.
Die geforderte Flexibilität geht dabei aber bei den heutigen Turbomaschinen einher mit höherem Verschleiß, großen Wirkungsgradeinbußen im Teillastbereich und einer verkürzten Lebensdauer. In dem Vorhaben „OptiSysKom“ sollen die in vorangegangenen Forschungsprojekten der AG Turbo begonnenen Aspekte der Auswirkungen des Betriebs der Turbomaschinen im Verbund mit den Erneuerbaren mit Blick Lebensdauer und Effizienz vertiefend weitergeführt werden. Durch die in dieser Skizze vorgeschlagenen Teilforschungsvorhaben sollen die Turbomaschinen für die Energiewende ertüchtigt werden, denn „Gaskraftwerke haben ein hohes Flexibilitätspotenzial und können dazu beitragen, die fluktuierende Erzeugung aus Erneuerbare-Energie-Anlagen auszugleichen“ ... „Insbesondere für Gaskraftwerke sind Brennstoff- und Lastflexibilität daher wichtige Forschungsziele, um Systemdienstleistungen erbringen zu können.“ (1)
(1) Bundesanzeiger: BAnz AT 18.10.2018 B – „Innovationen für die Energiewende“, Abschnitt 3.10 Thermische Kraftwerke
Arbeitspakete
Die Arbeitspakete des Verbundprojektes OptiSysKom adressieren verschiedene Ebenen der Optimierung von Prozessen und Systemen zur Anpassung der Turbomaschinen an die Bedingungen der Energiewende. Zum einen wird die Optimierung des Zusammenspiels der Komponenten in den Fokus gerückt, zum anderen die Optimierung der Einzelkomponenten. Thematisch stehen zwei Aspekte im Fokus: (1) Berücksichtigung des immer stärker fluktuierenden d.h. leistungsändernden Betriebs der Turbomaschinen und dessen Einfluss insbesondere auf die Lebensdauer der Komponenten und (2) Reduktion der Emission von Treibhausgasen durch Optimierung der Komponenten und des Betriebs der Anlage.
AP 1: Komponentenoptimierung für stark fluktuierenden Betrieb
In diesem Arbeitspaket steht die Realisierung einer möglichst langen Lebensdauer, trotz hoher zyklischer Belastungen an den Komponenten der Turbomaschinen im Vordergrund. Durch die sich im Vergleich zu früher geänderten Fahrweisen müssen heute die gleichen Lebensdauern unter anderen Randbedingungen erreicht werden. Hier setzen die Arbeiten an, um neue Methoden zur Bewertung und Auslegung der Komponenten zu ermitteln.
AP 2: Komponentenoptimierung zur CO2-Reduktion
Hier werden Komponenten zur CO2-Reduktion optimiert. In der Brennkammer steht hier der schrittweise Ersatz von Erdgas durch Wasserstoff und Erhöhung der Zyklustemperaturen im Fokus. Begleitend dazu werden innovative Kühlkonzepte für die thermisch hoch belasteten Bauteile in der Hochdruckturbine entwickelt, die durch additive Fertigung realisiert werden können.
AP 3: Integrale Systemoptimierung zur CO2-Reduktion
In diesem Arbeitspaket werden Methoden untersucht, die das Zusammenspiel der Komponenten in der Gesamtanlage optimieren.
Projektstruktur
Zahlen und Fakten
Volumen
7.935,6 k€
Laufzeit
01.07.2020 - 31.12.2023