Die extern befeuerte Mikrogasturbine fragt nicht, woher die Wärme kommt. Hauptsache, sie ist heiß genug. Daraus ergeben sich Anwendungen, die für eine klassische Gasturbine nicht in Frage kommen.
Strom aus fester Biomasse in kleiner Leistung
Unter einem Megawatt ist Strom aus Holz schwierig. Dampfturbinen lohnen sich kaum, ORC-Anlagen und Stirlingmotoren erreichen meist niedrige elektrische Wirkungsgrade. Ein Bericht der IEA Bioenergy nennt für ORC im Mikrobereich 7,5 bis 13,5 Prozent und für eine Vergaser-Stirling-Anlage mit 35 kW 15,5 bis 16,5 Prozent (Padinger u. a., 2019).
Ein Modellvergleich für 100 kW mit Holzhackschnitzeln kommt auf 10,3 Prozent für die Dampfturbine, 10,5 Prozent für den ORC und 23,2 Prozent für die extern befeuerte Mikrogasturbine. Mit nachgeschaltetem ORC steigt die EFGT auf 28 Prozent. Auch bei der Investition lag die EFGT günstiger als Dampf oder ORC (Pantaleo u. a., 2015).
Der Vergleich mit dem Holzvergaser-BHKW
Holzvergaser mit Gasmotor erreichen gute Werte: In Südtirol, wo 42 Holzvergaser-Anlagen in Betrieb sind, wurden die wichtigsten Bauarten messtechnisch begleitet. Im Mittel erreichen sie 19,9 Prozent elektrischen Nettowirkungsgrad. Sie verlangen aber trockenen, gleichmäßigen Brennstoff mit meist höchstens 10 Prozent Wassergehalt und unter 1 Prozent Asche (Patuzzi u. a., 2021). Die extern befeuerte Mikrogasturbine ist hier toleranter: Die Schweizer Anlage in Düdingen verarbeitet Holz bis 55 Prozent Wassergehalt, in England liefen 20 bis 30 Prozent Feuchte problemlos (Vogel, 2017; Pritchard, 2005).
Was Demonstrationsanlagen gezeigt haben
In Düdingen arbeitet eine Heißluftturbinen-Anlage mit 450 kW thermischer Leistung, 63 Prozent thermischem und 13 Prozent elektrischem Wirkungsgrad. Waldrestholz, Rinde und Grünschnitt werden dort genutzt (Vogel, 2017). In England lief eine holzbefeuerte 50-kW-Mikroturbine insgesamt 4.680 Stunden mit mehr als 100 automatischen Starts und 15 Prozent gemessenem Wirkungsgrad (Pritchard, 2005). Beide Projekte zeigen: Die Technik funktioniert, der Wärmetauscher bestimmt Kosten und Wirkungsgrad.
Abwärme und Sonne als Wärmequelle
Wo Industrieöfen heißes Abgas abgeben, kann eine extern befeuerte Mikrogasturbine daraus Strom machen, ohne zusätzlichen Brennstoff. Ein Beispiel ist ClinX Heat unseres Schwesterunternehmens pyropower, das Heißgas mit 900 bis 1.000 °C nutzt. Forscher in Neapel haben gezeigt, dass eine Kombination aus EFGT, Vergasung und Abwärmenutzung die Nettoleistung um mindestens 16 Prozent steigern kann (Reale, Massoli, 2024).
Auch Sonnenwärme lässt sich nutzen. Im EU-Projekt OMSoP wurde bei Rom eine Parabolschüssel mit Mikrogasturbine aufgebaut. Das Modell ergab 4,5 kW elektrisch, in der Demoanlage lief die Turbine wegen überhitzter Lager aber nur bei deutlich niedrigeren Temperaturen (Lanchi u. a., 2022; CORDIS, 2017). Die Lager sind bei heißer Luft eben ein Thema für sich.
Kopplung mit Vergasung und Pyrolyse
Biomasse kann auch erst in Gas umgewandelt und dann außerhalb der Turbine verbrannt werden. Eine optimierte Anlage mit Synthesegas aus der Vergasung erreicht rechnerisch 20,3 Prozent elektrischen Wirkungsgrad (Bollas u. a., 2024). pyropower nutzt bei Pyro-ClinX das Gas aus der Pyrolyse: Es oxidiert flammlos, die Wärme geht über den Wärmetauscher an die Turbine, und als zusätzliches Produkt bleibt Pflanzenkohle.
Entwicklung aus der Lausitz
An der BTU Cottbus lief von 2016 bis 2018 ein Projekt zur Entwicklung eines extern befeuerten Mikrogasturbinen-Systems für biogene Reststoffe und Deponiegas (BTU Cottbus-Senftenberg). Die Region, die lange von großen Kraftwerken lebte, entwickelt heute kleine Maschinen für dezentrale Energie.
ClinX Energy Systems entwickelt extern befeuerte Mikrogasturbinen als Gesamtsystem. Mehr zur EFGT
Quellen
- Padinger, Aigenbauer, Schmidl (2019): Best practise report on decentralized biomass fired CHP plants. IEA Bioenergy Task 32
- Pantaleo, Camporeale, Fortunato (2015): Small scale biomass CHP: techno-economic performance of steam vs gas turbines with bottoming ORC. Energy Procedia 82
- Patuzzi u. a. (2021): State-of-the-art of small-scale biomass gasification systems: An extensive and unique monitoring review. Energy 223
- Vogel (2017): Eine Turbine, die mehr bietet als heisse Luft. Bundesamt für Energie (BFE), Schweiz
- Pritchard (2005): Biomass Fuelled Indirect Fired Micro Turbine. UK Department of Trade and Industry
- Reale, Massoli (2024): A Hybrid Energy System Based on Externally Fired Micro Gas Turbines, Waste Heat Recovery and Gasification Systems. Energies 17 (15)
- Lanchi u. a. (2022): A Quasi-Steady State Model of a Solar Parabolic Dish Micro Gas Turbine Demonstration Plant. Energies 15 (3), 1059
- CORDIS (2017): Final Report Summary OMSoP, Optimised Microturbine Solar Power
- Bollas, Banihabib, Assadi, Kalfas (2024): Optimal operating scenario and performance comparison of biomass-fueled externally-fired microturbine. Energy 296
- BTU Cottbus-Senftenberg, Fachgebiet Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe: abgeschlossene Projekte