Mikrogasturbinen

Die Capstone Mikrogasturbine ist eine amerikanische Entwicklung die seit dem Jahr 2000 kommerziell frei verfügbar ist. Ursprungsgedanke für die Entwicklung dieses Produktes war es, einen leichten und leistungsfähigen Stromerzeuger für das amerikanische Militär zu entwickeln. Heute wird die Mikrogasturbine hauptsächlich in der dezentralen Energieversorgung zur Erzeugung von Strom und Wärme eingesetzt.

Durch die innovative und umweltfreundliche Technologie der Luftlagerung und dem integrierten Rekuperator (Wärmetauscher) werden elektrische Wirkungsgrade von bis zu 33% erreicht, wodurch die Mikrogasturbine für immer mehr Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten genutzt wird.

Basis für die Mikrogasturbinen ist die Turboladertechnologie und die Entwicklung in der Luftfahrtindustrie. Strom wird über einen schnelllaufenden Generator erzeugt, der direkt mit der Turbine gekoppelt ist.

Funktionsbeschreibung der MicroTurbinen

Mikrogasturbinen sind in der Regel Einwellenmaschinen, bei denen Generator, Verdichter und Turbine auf einer Welle befestigt sind.

Bei diesen Einwellenmaschinen werden ein schnelllaufender Permanent-Magnet-Generator und ein elektronisches Getriebe zur Netzeinkopplung eingesetzt.
Abb. 1 zeigt das Funktionsschema einer Einwellenmaschine. Der Generator wird mit der gleichen Drehzahl wie die Turbine betrieben (z. B. 96.000 U/min).

Turbinenwelle mit Generator, Verdichter und Turbinenran
Turbinenwelle mit Generator, Verdichter und Turbinenran

Funktionsschema einer Turbine

Das nachstehende Funktionsschema stellt gleichzeitig die wesentlichen Baugruppen und Schnittstellen der Mikrogasturbinen dar. Sie gliedern sich in Brennstoffversorgung, Turbinen-Generatoreinheit und dem Leistungscontroller, der für die Netzankopplung (elektronisches Getriebe) zuständig ist.
Funktionsschema einer Turbine
Funktionsschema einer Turbine

Thermodynamische Details

Die Verbrennungsluft tritt über den Generator in die Mikrogasturbine ein und kühlt diesen dabei. Anschließend wird die Luft im Radialverdichter auf etwa 4 bar komprimiert. Im Rekuperator wird sie durch die heißen Abgase vorgewärmt. In der Brennkammer kommt der Brennstoff hinzu und wird gezündet. Die heißen Verbrennungsgase werden in der Turbine entspannt und treiben so Verdichter und Generator an. Nachdem die Abgase einen Teil ihrer Wärmeenergie im Rekuperator abgegeben haben, verlassen sie die MicroTurbine in Richtung Abgaswärmetauscher bzw. Kamin.
Weg der Verbrennungsluft bei der Capstone Mikrogasturbine
Weg der Verbrennungsluft bei der Capstone Mikrogasturbine