Der übrige Wasserstoff aus der Brennstoffanlage wird als Brennstoff für Gasturbine genutzt und der adiabaten Brennkammer einer Gasturbine mit mB = 12,96 kg/h = 0,00362 kg/s und tB ≈ 100˚C zugeführt.
Die Luft wird aus Umgebung eingespeist: t1 = 15˚C = 288 K und p1 = 1,01 bar und in einem Verdichter (hv ≈ 0,9) auf p2 = 10 bar verdichtet.
Mit steigender Temperatur ändert sich die spezifische Entropie der Luft (siehe Tabelle 1).
| t [˚C] | 20 | 300 | 320 | 340 |
| sLuft [kJ/kg∙K] | 6,8473 | 7,5299 | 7,5658 | 7,6007 |
Tabelle 1: Spezifische Entropie der Luft bei 1,01 bar [1]
Mit steigender Temperatur ändert sich die Wärmekapazität von Luft und Abgasen (siehe Tabelle 2)
| t [˚C] | 20 | 300 | 400 | 1000 |
| cp,Luft [kJ/kg∙K] | 1,0041 | 1,0192 | 1,0286 | 1,0910 |
| cpA, Stoch [kJ/kg∙K] | 1,0537 | 1,0901 | 1,0973 | 1,1916 |
Tabelle 2: Wärmekapazität des Verbrennungsgases von Luft und Abgasen
Die folgende Abb. 1 zeigt die Arbeitsdrucke und Temperaturen in einer Gasturbine. Temperatur nach Verdichter tv ≈ 300 ˚C und 10 bar Druck
Abb. 1: Prozesse in der Gasturbine
Turbineneintrittstemperatur t3= 1000 ˚C → T3 = 1273 K
Lufttemperatur t1 = 15˚C → T1 = 288K → T3/T1 = 4,420
Luftdruck p0 = 1,01 bar
Druck vor der Turbine p = 10,0 bar → p/p0 = 10,0
Maschinenwirkungsgrade ηv = ηT = 0,90
Isentropenexponent für Luft k = 1,4 → (k-1) / k = 0,286
Die Abb. 2 stellt die thermodynamischen Prozesse in der Gasturbine im p-V und T-s Diagramm dar.
Abb. 2: Die Prozesse in einer Gasturbine im p-V und T-s Diagramm
Brennstoffverbrauch:
Hu – unterer Heizwert für Wasserstoff Hu = 119950 kJ/kg
Zugeführte Brennstoffwärme:
Spezifische Wärmekapazitäten und Gasparameter sind in Anhang Spezifische Wärmekapazitäten und Gasparameter ersichtlich.
Luftmaßstrom:
Mittlere spezifische Wärmekapazität:
Zur Bestimmung der Temperatur beim Verdichteraustritt bleibt die Luftentropie gleich, wenn Luft als ideales Gas angenommen wird:
Die Luftentropie ist abhängig von Temperatur und Druck:
Die Temperatur, die in den Verdichter austritt, ergibt sich durch lineare Interpolation:
Für die Energiebilanz berechnen wir die mittlere Wärmekapazität der Luft:
Die abgegebene Leistung des Verdichters beträgt:
In der Praxis: Temperatur bei Turbinenaustritt ca. (300-400)˚C; für unseren Fall wird T3= 300 ˚C angenommen.
Die Turbinenleistung ergibt sich aus:
Zugeführte Wärme:
Elektrische Leistung: Pel = PT – Pv = 315 kW – 138 kW = 177 kW
Thermischer Wirkungsgrad:
[1] Dirk Labuhn, Oliver Romberg 2007. Keine Panik vor Thermodynamik! Vieweg & Sohn Verlag/ GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden