Sicher und prĂ€zise eingedĂŒst

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Von Hydrogeit

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31. August 2021

Sicher und prĂ€zise eingedĂŒst

Erste Mikromisch-Gasturbinen verbrennen reinen Wasserstoff

H2-Turbine von Siemens, © Siemens
© Siemens

Die Gasturbine Kawasaki M1A ist ein Meilenstein fĂŒr die Energiewende. Sie arbeitet seit Juli 2020 auf einer Hafeninsel vor Kobe und ist die erste Gasturbine mit vollstĂ€ndiger, trockener und stickoxidarmer Wasserstoffverbrennung, der sogenannten Dry-Low-NOX-Verbrennung. Denn H2 ist Ă€ußerst reaktiv, und genau dadurch unterscheidet sich die Verbrennung eines Wasserstoff-Erdgas-Gemisches von der von reinem Erdgas.

„Andere Hersteller versuchen derzeit den Wasserstoffanteil zu erhöhen, behalten aber die bisherige Vormischtechnologie bei. Dies wird bei Volumenanteilen von ĂŒber 80 Prozent aber extrem schwierig und ist hinsichtlich der Betriebssicherheit problematisch“, erklĂ€rt Dr. Karsten Kusterer. Er ist GeschĂ€ftsfĂŒhrer der Firma B&B-AGEMA aus Aachen, die unter anderem Ingenieurdienstleistungen fĂŒr Energie- und Kraftwerkstechnik anbietet und die Turbine fĂŒr Kawasaki mitentwickelt hat.

Die SchlĂŒsseltechnologie der Gasturbine in Kobe ist eine neu entwickelte Brennkammer von Kawasaki, die das Prinzip der sogenannten Mikroverbrennung anwendet. Die trockene, NOX-arme Verbrennungstechnologie verbessert den elektrischen Wirkungsgrad im Vergleich zur herkömmlichen Methode. WĂ€hrend andere technische AnsĂ€tze auf konventionelle vorgemischte Verbrennungssysteme setzen, die immer ein Restrisiko fĂŒr explosive ZustĂ€nde von Wasserstoff-Luft-Gemischen beinhalten, erreicht die neue Mikromisch-Technologie laut Kusterer eine hohe Betriebssicherheit. Deswegen hat B&B-AGEMA in der Zusammenarbeit mit Kawasaki sowie der Fachhochschule Aachen auf die neue Technologie gesetzt, erklĂ€rt Kusterer: „In der Brennkammer gibt es eine große Zahl kleiner Flamen. FĂŒr jede dieser Flammen existiert eine kleine H2-DĂŒse, die in einen jeweils separaten Luftstrahl den Wasserstoff eindĂŒst.“

FlammenrĂŒckschlag vermeiden

Der Brennstoff muss in der Luft trotz höherer Verbrennungstemperaturen mit möglichst geringen Stickoxidwerten verbrennen, beschreibt Kusterer. Bei ĂŒblichen Vormischbrennern bestehe das Risiko von FlammenrĂŒckschlĂ€gen, welches mit zunehmendem Wasserstoffanteil immer höher werde. Dieses sicherheitstechnische Problem wurde durch die Mikromisch-Technologie gelöst, denn der Luftstrahl sei in seinen Parametern sehr prĂ€zise einzustellen. „Das derzeit laufende erste Jahr im Feldbetrieb wird nun genutzt, um weitere Feineinstellungen vorzunehmen. Aber die prinzipielle technologische Umsetzung ist abgeschlossen“, sagt Kusterer. Die Technologie wird nun fĂŒr die grĂ¶ĂŸeren Gasturbinen von Kawasaki vorbereitet. Das Portfolio des Herstellers reicht bis 30 MW Leistung.

Am Ende hat sich die Arbeit von mehr als zehn Jahren Vorbereitung gelohnt. Die Tests vor dem Gasturbineneinsatz sind in Akashi und Aachen durchgefĂŒhrt worden. In Aachen zunĂ€chst an der Fachhochschule fĂŒr atmosphĂ€rische Tests in der Entwicklungsphase. SpĂ€ter wurden unter den Druckbedingungen der Gasturbine komplette Brennkammern auf einem PrĂŒfstand an der RWTH Aachen mit reinem Wasserstoff gefahren. Prof. Dieter Bohn hat den HochdruckprĂŒfstand am Institut fĂŒr Dampf- und Gasturbinen (damals IDG, jetzt IKDG, Institut fĂŒr Kraftwerkstechnik, Dampf- und Gasturbinen) 2009 speziell fĂŒr solche Anwendungen aufgebaut.


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Autor: Niels Hendrik Petersen

Quellenangabe:

1 Kommentar

  1. Lietmeyer

    Bei diesem Artikel fehlt leider der Hinweis, dass – wenn ich es richtig verstanden habe – es sich um eine Verbrennung von Wasserstoff mit angesaugter Luft handelt.

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