Verbundprojekt TurboGrün
Die Absicht der massiven Ausweitung der erneuerbaren Energiewandlung basierend auf Wind und Sonne hat große Auswirkungen auf den bestehenden Kraftwerkspark, der an die volatile Natur der erneuerbaren Energieträger angepasst werden muss. Neben der im Energieforschungsgesetz angepeilten Energieeffizienz auf der Verbraucherseite können die von der Bundesregierung angestrebten Ziele nur erreicht werden, wenn auch Sektoren wie Verkehr, Haushalt und Industrie stärker elektrifiziert werden, um sie den erneuerbaren Energieträgern zugänglich zu machen.
Aus dem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energiewandlungsanlagen lassen sich folgende Schlüsse ziehen:
Ein weiterer Ausbau der erneuerbaren Energien ist nur sinnvoll, wenn zugleich auch die Speicherkapazitäten deutlich ausgeweitet werden. Dies muss in solchen Umfang geschehen, der die bislang technisch ausgereiften Speichertechnologien (Pumpspeicher; Batterien) bei weitem übersteigt. Dazu gehört neben mechanischen Speichern (LAES; CAES) und thermischen Speichern, in denen ausnahmslos Turbomaschinen für neue Kreisprozesse eingesetzt werden, auch die chemische Power-to-Gas Speicherung.
Konventionelle Kraftwerke müssen durch Bereitstellung von Reserveenergien die Schwankungen der Erneuerbaren abfangen können, um „power-on-demand“ zu liefern und das Netz zu stabilisieren. Dies bedeutet, dass die Kraftwerke und deren Turbomaschinen ein Höchstmaß an Betriebsflexibilität besitzen müssen.
Neben der Erzeugung von Strom für alle Sektoren spielt die Erzeugung von Wärme für industrielle Anwendungen und für die regionale Versorgung von Fernwärmenetzen eine prägende Rolle. Durch die Verwendung von GuD und KWK-Anlagen stehen hierzu Anlagen mit höchsten Wirkungsgraden bzw. Brennstoffausnutzungsraten zur Verfügung.
Durch mit erneuerbaren Energien erzeugter Wasserstoff wird die Grundlage der Gewinnung klimaneutraler „grüner“ Brennstoffe zur Bereitstellung von hochenergetischen Treibstoffen zum Beispiel für Flugantriebe und Schiffe. Schließlich sollen auch alle Endverbraucher – und damit auch thermische Kraftwerke auf der Basis von Gasturbinen - mit einem Gemisch hohen Wasserstoffanteils betrieben werden können („H2-Ready“).
MAN Energy Solutions SE
Arbeitspakete
Das Verbundvorhaben gliedert sich in thematisch übergeordnete Arbeitspakete, in denen die Entwicklung von Turbokomponenten für unterschiedliche Anwendungsbereiche im neuen Energiemix vorangetrieben werden. Die Arbeiten des Verbundvorhabens TurboGrün tragen zur Erfüllung der Ziele der 7. Energieforschungsprogramm „Innovationen für die Energiewende“ bei.
AP 1: Wissenschaftliche Koordninierungsstelle AG Turbo
Die administrative Verbindung zum Projektträger Jülich und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) um den notwendigen Informationsfluss zwischen den zuständigen Fachreferaten, dem Projektträger Jülich, der Programmleitung, den Projektleitern, Federführern und Mitgliedern des Verbundforschungsprojektes sicherzustellen.
AP 2: Stabile flexible Verbrennung klimafreundlicher Brennstoffe
Das Arbeitspaket „Stabile flexible Verbrennung klimafreundlicher Brennstoffe“ widmet sich der Verbrennung von Wasserstoff in reiner Form oder als Beimischung in Erdgas und schließt die Kette zu den Erneuerbaren Energien insofern, dass die Erzeugung von sogenanntem grünen Wasserstoff durch Elektrolyse eine nachhaltige Speicherung des Stromüberschusses aus erneuerbaren Energieanlagen bedeutet. Schwerpunkte liegen in der Entwicklung robuster und emissionsreduzierter Brenner für Gase mit hohen Wasserstoffanteilen. Ziel des übergeordneten Arbeitspaketes ist die Ertüchtigung von Gasturbinen-basierten Anlagen in der Energiebereitstellung und beim Transport von wasserstoffhaltigen Brenngasgemischen für einen Wasserstoffanteil von bis zu 100%.
AP 3: Fortschrittliche Methoden im Heißgaspfad
Im Arbeitspaket „Fortschrittliche Methoden im Heißgaspfad“ wird die Optimierung der Kühlluftführung thematisiert, um höchste Zuverlässigkeit und Effizienz zu gewährleisten. Dabei wird unter anderem auch der Einsatz modernster Fertigungstechnologien (Additive Manufacturing) angenommen. Die Entwicklung digitaler Zwillinge auf Basis probabilistischer Verfahren ermöglichen die Optimierung von Serviceintervallen, um unnötige Stillstandszeiten zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden ebenfalls Methoden zur analytischen Vorhersage der Lebensdauer thermisch hochbelasteter Bauteile entwickelt. Die Verwertung der Ergebnisse dieses Arbeitspaketes wird in den wirtschaftlichen Betrieb und eine hohe Verfügbarkeitsrate von Gasturbinen in einer defossilisierten Energiewirtschaft münden.
AP 4: Expander und Verdichter für die Energiewende
Das Arbeitspaket „Expander und Verdichter für die Energiewende“ widmet sich Verdichtern und Expansionskomponenten für Anwendungen in Speicherprozessen für die zukünftige von Erneuerbaren dominierte Energieinfrastruktur und in Prozessen der synthetischen Erzeugung klimaneutraler Brenngase. Für Turbinen und Expander, die in den Kreisprozessen der thermischen Speicherung eingesetzt werden, steht die Erweiterung der Auslegungssystematik für besondere Gasgemische in den Wärme- und Kältekreisläufen im Vordergrund. Unter anderem müssen besondere Maßnahmen zur Abdichtung getroffen werden, um die Ausströmung der Prozessgase in die Umgebung zu verhindern. Radialverdichter der Zukunft werden mit neu zu entwickelnden multidisziplinären Auslegungsverfahren berechnet und konstruiert. Schließlich werden integrierte Bewertungen von Verdichtern im Hinblick auf Stabilität und Operabilität im Gesamtsystem betrachtet und Beiträge zur verbesserten Messtechnik geleistet.
Projektstruktur
Zahlen und Fakten
Volumen
14.059 k€
Laufzeit
01.07.2021 - 30.06.2025
BMWK