GuD mit BZ

Bei größeren GuD-Anlagen mit installierter Leistung ab 1MW_el (und der Verwendung von mehrstufigen Gas- und Dampfturbinen) kann der Gesamtwirkungsgrad bis 60% erhöht werden. Bei der Verwendung von Wasserstoff als Brenngas in der GT muss berücksichtigt werden, dass der Brenngasmassenstrom direkt proportional zur Verbrennungstemperatur ist. Um die Verbrennungs­temperatur in der Brennkammer zu reduzieren (weil bei Verbrennung von H₂ Temperaturen von bis zu 2.000°C erreicht werden können) wird einen Mischung von H₂ und CO, CO₂ oder Biogas verwendet. Dadurch wird die Verbrennungstemperatur auf 1200°C reduziert. Der Brennstoff wird mit einer Temperatur von 100-150°C (Temperatur von H₂ und O₂ nach dem Wärmetauscher) in der Brennkammer zugeführt – damit wird der Brennstoffverbrauch reduziert und der Verbrennungsprozess wesentlich verbessert.

Die Anbindung des 1MW-SOFC-BZ-Blocks an die GuD-Anlage (siehe Abbildung 1) erlaubt eine gewisse Flexibilität beim Energiemanagement bzw. in den Schwachlastzeiten, weil die BZ im Teillastbetrieb bis zu 50% mit der eigenen installierten elektrischen Leistung ohne Minderung des Wirkungsgrades betrieben werden kann.

 

Abbildung 1: 1MW-SOFC-BZ Block mit angeschlossener GuD-Anlage

Der Nachteil dabei ist, dass die Mikrogasturbinen mit ein- bzw. zweistufiger Verdichtung mit höherer Drehzahl (bis zu 100.000min^-1 siehe Anhang A12, Tabelle A12) arbeiten und mit einem hochfrequenten Generator mit Frequenzumrichter ausgestattet werden müssen. Um das Netz zu unterstützen, besonders im Fehlerfall (Kurzschlussstrombeitrag), muss ein SG direkt ans Netz angeschlossen werden. Weil industrielle Gasturbinen mit Getriebe und netzdirektangeschlossenen Generatoren von Siemens oder ABB ab 500 kW hergestellt werden, ist es sinnvoll, die Abgase und die Wärme von zwei 1 MW-BZ-Blocks zur größeren GT mit P_el=500 kW und größeren DT mit P_el=500 kW zu leiten. Auch haben größere GT und DT einen besseren Wirkungsgrad (von 30% bis 40%). Der thermische Wirkungsgrad wird wegen effektiverer Wärmenutzung bedeutend steigen. Das Konzept für die Verbindung von mehreren BZ-Blocks mit der GuD-Anlage (mit GT- und DT-Leistung von 500 kW) in der autarken EE-Anlage  ist in Abbildung 2 ersichtlich.

Abbildung 2: MW SOFC-BZ-Block mit angeschlossener GuD-Anlage

Aus Abbildung 4.20 geht hervor, dass die Dampfturbine aus zwei BZ versorgt wird. In die Gasturbine wird eine Mischung aus H₂ und CO₂, oder Biogas-Abfallgasen zugeführt. Weitere Vorteile für eine solche Auslegung sind zum einen der geringere Aufwand an Regelungstechnik – anstatt zwei bzw. drei separaten Generatorspannungsreglern muss nur ein einziger installiert werden. Zum anderen sind die Investitionskosten für einen größeren Generator bzw. DT und GT niedriger als bei zwei bzw. drei separaten Einheiten. Und letztendlich hat die GuD-Anlage einen besseren Wirkungsgrad.