Verbundprojekt TurboTrans
Um die anvisierten Ziele des 7. Energieforschungsprogramms umzusetzen, sind Turbomaschinen, in unterschiedlichen Applikationen und Ausprägungen, von zentraler Bedeutung – insbesondere für thermische Kraftwerksprozesse mit unterschiedlichen Brennstoffen, Integration von volatilen erneuerbarer Energieanlagen in so genannten Power-to-X-Prozessen für die Wasserstoff- und Brennstofferzeugung, zur Integration von Energiespeichern in die Kraftwerksprozesse und als Konzepte zur Abtrennung und Nutzung von CO2.
Turbomaschinen sind die zentralen Elemente in zahlreichen Energiespeicheranwendungen und Industrieprozessen und werden auch in Prozessen für die Erzeugung synthetischer grüner Brennstoffe eingesetzt. Dies betrifft insbesondere Prozessverdichter und –expander für die dazugehörigen Kreisprozesse. Diese werden in Zukunft in neuen thermodynamischen Kreisläufen eingesetzt und müssen mit alternativen Arbeitsmedien wie zum Beispiel Wasserstoff und CO2 betreibbar sein. Insbesondere für Wasserstoff sind für die Speicherung und Verteilung, beispielsweise in Pipeline-Netzwerken, geeignete Verdichtungs- und Expansionsaggregate zu entwickeln, wenn in Zukunft aus Überschussanteilen der erneuerbaren Energiebereitstellung erzeugter Wasserstoff als Speichermedium für die grüne Elektrifizierung aller Sektoren an Bedeutung gewinnen soll.
Die massive Ausweitung der erneuerbaren Energiewandlung basierend auf Wind und Sonne hat große Auswirkungen sowohl auf zukünftige Kraftwerkskapazitäten als auch 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 die Sektoren Verkehr, Haushalt und Industrie stärker elektrifiziert werden, um CO2 Emissionen zu senken und daraus resultierend den erneuerbaren Energieträgern zugänglich zu machen. Neben den grundsätzlichen technischen Herausforderungen müssen dabei vor allem auch die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und die Bezahlbarkeit künftiger Strompreise Berücksichtigung finden.
Darüber hinaus werden thermische Kraftwerke auch zukünftig unverzichtbar sein, um Schwankungen der volatilen Energieträger Sonne und Wind auszugleichen. Neben der Betriebs- und Brennstoffflexibilität werden in diesem Bereich nach wie vor höchste Wirkungsgrade der Anlagen und ihrer Komponenten gefordert, um dem hohen Preis der Stromrückgewinnung aus regenerativ erzeugten Brennstoffen gerecht zu werden.
Anforderungen
Aus dem voranschreitenden Ausbau der erneuerbaren Energiewandlungsanlagen ergeben sich weitergehende Anforderungen, sowohl in der Transformationsphase mit einem Mischbetrieb von konventionellen Kraftwerkskapazitäten, als auch in weiterer Zukunft bei einem Versorgungssystem ohne Einsatz von fossilen Energieträgern:
- Der Ausbau der erneuerbaren Energien erfordert zur Sicherung der Netzstabilität und Versorgungssicherheit zugleich auch eine deutliche Ausweitung von EnergiespeicherKapazitäten. Dies muss in einem Umfang geschehen, der die bislang technisch ausgereiften Speichertechnologien (Pumpspeicher; Batterien) bei weitem übersteigt. Dazugehört neben mechanischen (LAES; CAES) und thermischen Speichern, in denen ausnahmslos Turbomaschinen für neue Kreisprozesse eingesetzt werden, auch die chemische Power-to-Gas Speicherung, z.B. mit grünem Wasserstoff.
- Thermische Kraftwerke müssen durch Bereitstellung von Reserveenergien die Schwankungen der Erneuerbaren abfangen, um „power-on-demand“ zu liefern und dasNetz zu stabilisieren. Dies bedeutet, dass die Kraftwerke und deren Turbomaschinenein Höchstmaß an Brennstoff- und Betriebsflexibilität besitzen müssen.
- Neben der Erzeugung von Strom für alle Sektoren spielt vor allem die Erzeugung von Wärme für industrielle Anwendungen sowie für die regionale Versorgung von kommunalen Fernwärmenetzen eine wichtige Rolle. Dabei kann der Einsatz von Großwärmepumpen zukünftig dazu beitragen dies ohne fossile Energieträger zu realisieren.
Arbeitspakete
Das Verbundprojekt TurboTrans gliedert sich in drei thematisch übergeordnete Arbeitspakete, in denen die Entwicklung von Turbokomponenten für unterschiedliche Anwendungsbereiche im neuen Energiemix vorangetrieben wird:
AP 1: Speicher und alternative Medien
Für die Realisierung einer CO2 Infrastruktur und Speicherapplikationen mit unterschiedlichen Betriebsmedien werden in diesem Arbeitspaket angepasste Verdichter und Turbinen, auch mit alternativen Dichtungs- und Kühlkonzepten betrachtet.
AP 2: Flexibilität und Effizienz
„Flexibilität und Effizienz“ sind weiterhin zentrale Herausforderungen bei Gasturbinen zur Abdeckung der Residuallasten und in integrierten Anwendungen zur Wärmeversorgung und Speicherkonzepten
AP 3: Grüne Brennstoffe
Für den zunehmenden Einsatz sind Turbomaschinen technologische Schlüsselkomponenten. Von besonderer Herausforderung in der Transformationsphase hin zu einer durchgängigen Stromversorgung ohne Einsatz fossiler Brennstoffe ist der robuste Betrieb mit unterschiedlichen Brennstoffgemischen.
Projektstruktur
Zahlen und Fakten
Volumen
14.308 k€
Laufzeit
01.01.2025 - 30.06.2028
BMWK