Gasturbinen und Gasturbinenanlagen

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Gasturbinenanlagen, besonders die zur Stromerzeugung, haben in den vergangenen Jahren eine beinahe atemberaubende Entwicklung durchgemacht. Dabei zeichnen sich weitere Verbesserungsmöglichkeiten für die nahe Zukunft ab, die eine stetig fortschreitende Entwicklung Vorhersagen lassen.

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

2. Grundlagen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel sollen zunächst die technischen Grundlagen begrifflich und formelmäßig behandelt werden, die für die Berechnung der Gasturbinenanlagen benötigt werden. Dies sind die Thermodynamik, die Strömungsmechanik, die Verbrennungslehre und für die gekühlten Turbinen die Gesetzmäßigkeiten vom Wärmeübergang und Werkstoffdaten.

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

3. Thermische Strömungsmaschinen

Zusammenfassung

Die zwei wichtigsten Komponenten der Gasturbinenanlage sind die Turbine, die die gewünschte mechanische Leistung erzeugt, und der Verdichter, der die angesaugte Luft auf den erforderlichen Druck vor der Turbine bringt. Beides sind sogenannte thermische Strömungsmaschinen, deren Rotoren in den meisten Fällen auf einer gemeinsamen Welle liegen (vgl. Bild 1.1).

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

4. Brennkammer

Zusammenfassung

Die Brennkammer hat die Aufgabe, durch Verbrennen eines Brennstoffes (Gas oder Öl) mit der verdichteten Luft die Temperatur des resultierenden Verbrennungsgases so zu steigern, dass bei der nachfolgenden Entspannung in der Turbine eine — im Vergleich zur Verdichterleistung — möglichst hohe Turbinenleistung erzielt wird (Bild 4.1).

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

5. Äußere Komponenten

Zusammenfassung

Gasturbinenanlagen werden von einem Fluidstrom durchströmt. Die eintretende Luft wird aus der Umgebung angesaugt und strömt dabei durch einen Schalldämpfer und einen Filter (vgl. Bild 1.1). Das Abgas strömt nach der Turbine durch einen Diffusor und möglicherweise einen Schalldämpfer, bis es über einen Kamin an die Umgebung abgegeben wird.

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

6. Gesamtauslegung und Optimierung

Zusammenfassung

Nachdem in den vergangenen Kapiteln die Berechnung der einzelnen Komponenten einer Gasturbinenanlage gezeigt wurde, soll in diesem Kapitel die Auslegung und Berechnung der Gasturbinenanlage als Ganzes und daraus folgend die Optimierung der Auslegung behandelt werden.

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

7. Wirtschaftlichkeit

Zusammenfassung

Die wirtschaftliche Optimierung wird im Falle eines Gasturbinenkraftwerks die gesamten Kosten, die mit der Stromerzeugung Zusammenhängen, der Menge des erzeugten Stromes gegenüberstellen.

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

8. Betriebsverhalten

Zusammenfassung

Wie im vorhergehenden Kapitel über Wirtschaftlichkeit gezeigt wurde, ist für die ökonomische Bewertung einer Anlage nicht der (maximale) Wirkungsgrad, sondern der (mittlere) Nutzungsgrad einer Gasturbinenanlage relevant. Dieser berücksichtigt vor allem die Tatsache, dass der Wirkungsgrad einer Anlage bei Teillast meist kleiner ist als der Wert bei Nennlast. Es ist daher wichtig, für die Bestimmung des Nutzungsgrades die Teillastwirkungsgrade in Abhängigkeit von der vorgegebenen veränderlichen Leistung zu kennen.

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

9. Der Dampfteil von Kombinations-Gasturbinenanlagen

Zusammenfassung

In sehr vielen Fällen werden keine einfachen Gasturbinenanlagen eingesetzt, sondern Kombianlagen mit nachgeschaltetem Abhitzedampferzeuger und Dampfturbinen (Bild 9.1). Selbstverständlich muss auch dieser Teil behandelt werden.

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

A. Berechnungsbeispiele Gasturbine

Zusammenfassung

Im Anhang A werden ein paar einfache Berechnungsbeispiele gegeben.

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

B. Ergebnisse der Auslegungsrechnung für eine 30 MW Gasturbinenanlage

Zusammenfassung

Es wird eine einwellige Anlage (vgl. Bild B.1) mit einer moderaten elektrischen Nennleistung von P _el = 30 MW gewählt.

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

C. Ergebnisse für eine GuD-Anlage

Zusammenfassung

Wegen der relativ kleinen Leistung von 30 MW des für die GuD-Anlage zu Grunde gelegten Gasteils wurden rechnerisch jeweils zwei Gasturbinenteile mit nur einem Dampfteil kombiniert (Bild C.1).

Walter Bitterlich, Sabine Ausmeier, Ulrich Lohmann

Backmatter