Gasturbine

Was ist eine Gasturbine?

Eine Gasturbine wandelt Wärme in mechanische Energie um. Diese mechanische Energie wiederum nutzt die Gasturbine, um einen Generator anzutreiben und elektrische Energie zu erzeugen. Mithilfe eines Turbogenerators kann die Turbine den Generator sogar direkt ohne zusätzliches Getriebe antreiben. Gasturbinen kommen auch in Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken zum Einsatz. Dort fungieren sie als Wärmequelle für den Dampferzeuger einer Dampfturbine.

Wie funktioniert eine Gasturbine?

Zunächst saugt der Verdichter (Kompressor) die zugeführte Luft an und verdichtet sie. Durch die Komprimierung steigt der Sauerstoffanteil. Die Luft strömt anschließend in die mit Treibstoff (z. B. Erdgas) angereicherte Brennkammer. Das Gas verbrennt in der Kammer und erhitzt dadurch die Luft, die sich hierdurch um ein Vielfaches ausdehnt. Diese ausgedehnte Luft in Kombination mit den Verbrennungsgasen trifft auf die Laufräder der Gasturbine, wodurch diese in Bewegung versetzt werden.

Hierbei wird das Gemisch aus Luft und Gas zunächst zu kleineren, dann zu größeren Laufrädern geleitet. Das hat den Vorteil, dass die Gasturbine den größten Teil der kinetischen Energie (Bewegungsenergie) auch wirklich für den Antrieb des Generators verwendet. Eine Gasturbine arbeitet quasi nach dem gleichen Prinzip wie ein Windrad, da sie mithilfe von Bewegung über einen Generator Strom erzeugt.

Wirkungsgrad

Aufgrund der hohen Abgastemperatur, die in der Brennkammer entsteht und teilweise bis zu 1.500 Grad Celsius betragen kann, benötigt die Turbine eine durchgehende Kühlung. Hierdurch geht viel Energie verloren, weshalb Gasturbinen lediglich einen Wirkungsgrad von rund 40 Prozent erreichen, also nur 40 Prozent der aufgewandten Energie auch wirklich nutzen können. Bei sogenannten Mikrogasturbinen, deren Leistungen niedriger sind als die herkömmlicher Gasturbinen, liegt der Wirkungsgrad meistens sogar unter 30 Prozent. Große Gasturbinen sind dementsprechend effizienter als kleine.

Einen höheren Wirkungsgrad erzielen dagegen Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke (GuD-Kraftwerke). Diese kombinieren Gas- und Dampfturbinen, denn dies ist effizienter als ein einzelner Turbinentyp für sich allein. In GuD-Kraftwerken verwendet die Dampfturbine das austretende Gas-Luft-Gemisch der Gasturbine. Die Abgase, welche die Gasturbine mit einer Temperatur von ungefähr 500 Grad Celsius verlassen, nutzt die Dampfturbine für die Erzeugung von Wasserdampf. Hierdurch lässt sich ein Gesamtwirkungsgrad von über 50 Prozent erreichen.

Vorteile einer Gasturbine

Einer der Vorteile eines Gasturbinenkraftwerks sind die im Vergleich zu anderen Kraftwerken niedrigen Bau- und Investitionskosten. Außerdem benötigen Gasturbinen für die Inbetriebnahme nur sehr wenig Zeit. Bereits innerhalb weniger Minuten können Kraftwerke die Turbinen hochfahren und starten, weshalb sie vor allem zur kurzfristigen Spitzenlastabdeckung eingesetzt werden. Darüber hinaus zeichnen sich Gasturbinen durch ihre hohe Leistungsdichte aus. So kann eine einzelne Gasturbine, die ungefähr die Größe eines Lkw-Anhängers hat, eine Großstadt mit Strom versorgen.

Nachteile einer Gasturbine

Der größte Nachteil ist der geringe Wirkungsgrad von ca. 40 Prozent, da viel Energie über die Abwärme und die Kühlung verlorengeht. Zudem enthalten diese heißen Abgase auch große Mengen an CO2, das Gaskraftwerke an die Umwelt abgeben. Ein weiterer Nachteil sind die hohen Betriebskosten. Zwar ist der Bau von Gasturbinenkraftwerken relativ günstig – durch den geringen Wirkungsgrad steigen aber die Betriebskosten stark, denn im Verhältnis zu diesen hohen Kosten produziert ein Gaskraftwerk eine geringe Menge an Strom. Hinzu kommt, dass es sich bei Erdgas, Heizöl und Kohle um fossile Brennstoffe und somit um begrenzte Ressourcen handelt.