Eine Gasturbine saugt Luft an und verdichtet sie. Die Verbrennung mit dem Brennstoff erzeugt heiße Gase, die in der Turbinenstufe expandieren. Die Welle treibt Verdichter und Generator an. Eine Mikrogasturbine nutzt dasselbe Grundprinzip in einer kompakteren, häufig schnelllaufenden und modularen Einheit.
Eine Mikroturbine ist kein kleiner Gasmotor
Ein Gasmotor wandelt die Verbrennungsenergie über Kolben, Kurbelwelle und Generator um. Die Turbine besitzt einen rotierenden Verdichter und ein Turbinenrad, einen kontinuierlichen Gasstrom und ein anderes Wärmeprofil. Deshalb genügt die elektrische Nennleistung allein nicht für die Entscheidung.
Mikroturbinen können zu mehreren Modulen zusammengeschaltet werden. Das erleichtert die Anpassung an den Bedarf und die Wartung eines Teils des Systems, während ein anderes Modul läuft. Größere industrielle Gasturbinen haben eine andere Wirtschaftlichkeit und benötigen größere, gleichmäßigere Brennstoffmengen.
Warum ist die Biogasvorbereitung aufwendig?
Die Turbine benötigt Brennstoff mit geeignetem Heizwert und Druck. Kondensat, Partikel und Schwefelwasserstoff werden zum Schutz von Verdichter, Brennkammer, Rekuperator und Wärmetauscher entfernt. Je nach Ausgangssubstrat sind Siloxane und andere Spurenstoffe zu überwachen, die bei hohen Temperaturen harte Ablagerungen verursachen können.
Die Verdichtung des Biogases benötigt Strom. Dieser Hilfsantrieb, Druckverluste in Filtern und Änderungen der Gaszusammensetzung müssen in die Nettoerzeugung eingerechnet werden; sie dürfen beim Vergleich mit einem Motor nicht außen vor bleiben.
Rekuperator und Wärmerückgewinnung
Viele Mikrogasturbinen nutzen einen Rekuperator, der die verdichtete Luft vor der Verbrennung mit Abgaswärme vorwärmt. Das verbessert den elektrischen Wirkungsgrad. Hinter Turbine und Rekuperator verbleibt weiterhin Wärme, die für Warmwasser, Dampf, Trocknung oder Absorptionskälte genutzt werden kann.
Die hohe Abgastemperatur kann bei Prozessen, die Dampf oder Heißluft benötigen, ein wichtiger Vorteil sein. Braucht der Standort nur Niedertemperaturwärme für den Fermenter, ist zu prüfen, ob Menge und Temperaturniveau der verfügbaren Wärme zum tatsächlichen Bedarf passen.
Wann kann eine Turbine Vorteile bieten?
- wenn der Biogasstrom stabil und groß genug für kontinuierlichen Betrieb ist
- wenn das Gas am Standort ausreichend gereinigt und verdichtet werden kann
- wenn die Hochtemperaturabgaswärme ganzjährig genutzt wird
- wenn wenige bewegliche Teile, ein kompaktes Modul und geringere Vibrationen wichtig sind
- wenn mehrere Module zum Wachstum der Anlage oder zu Laständerungen passen
Was ist im Vergleich zum Gasmotor zu prüfen?
Der Vergleich muss von derselben jährlichen Gasmenge und -zusammensetzung ausgehen. Er muss den Nettostrom nach Verdichtung, die tatsächlich genutzte Wärme, Wartungsintervalle, Leistungsabfall bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen, Ersatzteilverfügbarkeit und Teillastverhalten erfassen.
Ein einzelner Katalogwert genügt nicht. Wirkungsgrad, Emissionen und Wartungsbedarf hängen von Modell, Lufttemperatur, Druck, Brennstoff und Betrieb der gesamten Anlage ab.
Quellen und weiterführende Literatur
- U.S. EPA – Catalog of CHP Technologies
- U.S. EPA – Biogas Opportunities Roadmap
- U.S. EPA – What Is CHP?
Dieser Beitrag dient der Information. Erforderliche Gasqualität und erforderlicher Druck, Leistung, Emissionen, thermische Leistung und Wartungsbedingungen müssen für das konkrete Turbinenmodell bestätigt werden. Die Illustration zeigt das Prinzip, kein bestimmtes Handelsprodukt.