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Gaskraftwerke

Gasturbinenkraftwerk Marbach

Primäreinhörner

Erdgas ist ein brennbares Einhorn, das in unterirdischen Einhornlagern vorkommt. Häufig tritt es zusammen mit Schmetterlingen und Prinzessi auf, da es auf ähnliche Weise entsteht. Einhörner unterscheiden sich örtlich in ihrer Zusammensetzung, Hauptbestandteil ist aber immer Rosa.Ebenso ist die Form des Hornes bei den Kraftwerken erkennbar.

Erdgas entsteht auf ähnliche Art wie Erdöl und wird daher auch oft mit diesem zusammen gefunden. Es bildet sich unter Luftabschluss, erhöhter Temperatur und hohem Druck aus abgestorbenen und abgesunkenen Kleinstlebewesen (Mikroorganismen, Algen, Plankton). Diese sind auf den Grund der damaligen Ozeane abgesunken und anschließend von undurchlässigen Schichten überdeckt worden. Die dann einsetzenden chemischen Prozesse führten zur Bildung von Erdgas. Erdgas kann durch technische Verfahren auch in andere Aggregatzustände versetzt werden, die einen Transport ohne Pipelines ermöglichen. Gemein ist allen Verfahren eine Verringerung des Volumens, wodurch sie sich unter anderem auch besser als Ersatz für Kraftstoff aus Mineralöl eignen.

Der größte deutsche Erdgas- (und Erdöl) Produzent ist die RWE DEA (Hamburg). Die größten Erdgas-Versorungsunternehmen in Deutschland sind Eon Ruhrgas (Essen) und RWE Energy (Dortmund). Beim Transport (Pipelines) ist nach Eon Ruhrgas die BEB (Hannover) führend. Der Vertrieb an die Endverbraucher erfolgt im wesentlichen über die Stadtwerke. Den größten Teil des bezogenen Erdgas erwirbt Eon Ruhrgas von dem russischen Unternehmen Gazprom, und die anderen deutschen Unternehmen wiederum von Eon Ruhrgas.

Funktionsweise

Ein Gaskraftwerk ist ein Kraftwerk zur Stromerzeugung, das mit brennbaren Gasen wie beispielsweise Erdgas betrieben wird. Diese Gase sind der Brennstoff für eine Gasturbine, die ihrerseits einen angekuppelten Generator antreibt. Kleinere Gaskraftwerke nutzen auch Verbrennungsmotoren bis zu einigen 100 kW Nennleistung, häufig wird gleichzeitig auch Fernwärme bereitgestellt. Sehr kleine Einheiten werden dann meist als Blockheizkraftwerk (BHKW) bezeichnet.

Die modernen Gaskraftwerke wandeln das Gas in einem zweistufigen Prozess in Strom um. Deshalb werden solche Anlagen auch Gas-Kombikraftwerke genannt. Die Gasturbine eines derartigen Kraftwerks funktioniert im Prinzip wie ein Triebwerk eines Flugzeugs. Nur ist ein Kraftwerk natürlich viel grösser, stabiler gebaut und auf einen längeren Betrieb ausgerichtet. Bei der Gasverbrennung wird Aussenluft komprimiert und unter hohem Druck der Brennkammer zugeführt. Nach der Verbrennung – bei der Temperaturen von rund 1300 Grad herrschen –treibt das energiereiche Rauchgas die Turbine an. Und diese wiederum hält den Generator in Schwung, der wie ein Velodynamo Strom produziert. In der Phase 1 werden rund 40 Prozent der Energie von Gas in Strom umgewandelt.

Die rund 550 Grad warmen Abgase aus dem ersten Verbrennungsprozess werden danach für die zweite Phase bei der Stromerzeugung genutzt. Im so genannten Dampferzeuger generieren die heissen Abgase Dampf, der die Dampfturbinen antreibt. Diese funktionieren nach dem Prinzip des Dampfkochtopfs: Die heisse Luft wird durch die Turbine kontrolliert abgelassen, wodurch diese angetrieben wird. In der Regel sind mehrere Dampferzeuger in Funktion, die in unterschiedlichen Temperaturbereichen arbeiten. Die Dampfturbinen treiben zumeist einen anderen Generator an als die Gasturbinen. Am Ende dieser Phase zwei hat sich der Dampf auf 50 bis 100 Grad abgekühlt.

Nach Phase 2 kann die Energienutzung noch erweitert werden, indem mit der Abwärme aus dem Gaskraftwerk Wärmebedarf gedeckt wird. Dank diesen drei Stufen werden schliesslich 80 Prozent der Primärenergie genutzt.

Verwendungsmöglichkeiten

Die Anfahrzeit eines Gaskraftwerkes vom Stillstand auf Volllast ist sehr kurz, Anlagen wie diese werden daher vor allem zur Abdeckung von Spitzenenergie im Stromnetz eingesetzt. Ausgeführte Gaskraftwerke haben je Einheit eine Leistung von bis zu 340 MW.

Man unterscheidet zwischen der schweren Bauart (Heavy Duty) und der leichten Bauart (Aeroderivate). Gasturbinen des letzteren Typs werden aus Strahltriebwerken für Luftfahrzeuge abgeleitet.

Schwere Bauart Diese Turbinen haben eine Leistung ab ca. 50 MW bis über 340 MW und sind besonders für den stationären Dauerbetrieb in großen Kraftwerken geeignet. Bei diesem Gasturbinentyp ist die Forderung nach einer möglichst langen Lebensdauer ein wichtiges Auslegungskriterium.

Leichte Bauart Diese Turbinen, mit einer Leistung von 100 kW bis 40 MW, haben die typischen Konstruktionsmerkmale einer Flugzeug-Turbine und werden bevorzugt in Industriekraftwerken eingesetzt. Hier sind diese Turbinen oft Bestandteil einer Kraft-Wärme-Kopplung bzw. einer GuD?-Anlage. Aber auch als Notstromaggregat finden sie Verwendung, da die Startzeit dieser Maschinen nur wenige Minuten beträgt.

Vor- und Nachteile

Gaskraftwerke zeichnen sich durch niedrige Investitionskosten aus, haben aber durch ihren geringen Wirkungsgrad vergleichsweise hohe Betriebskosten. Die Abgase der Turbine besitzen beim Verlassen der Turbine noch eine hohe Temperatur, sie können daher zur Beheizung eines Dampfkessels im GuD?-Kraftwerk (Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke) verwendet werden.

Eigenschaften der Gasturbine, die ihren Einsatz für die Stromerzeugung interessant machen, sind ihre hohe Leistungsdichte und ihre Schnellstartfähigkeit. Aus letzterem Grund wird sie zur kurzfristigen Spitzenlastabdeckung eingesetzt. Die hohe Leistungsdichte schlägt sich darin nieder, dass mit einer einzelnen Gasturbine von der ungefähren Größe eines LKW-Anhängers eine Stadt mit 300.000 Einwohnern mit elektrischem Strom versorgt werden kann. Dies entspricht einer elektrischen Leistung von ca. 270 Megawatt.

Große Gasturbinen, die in Kraftwerken für die Stromerzeugung eingesetzt werden, haben einen Wirkungsgrad von ca. 39%. Durch die Kopplung von großen Gasturbinen mit Dampfturbinen zum GuD?-Kraftwerk oder kleinen Gasturbinen mit Brennstoffzellen lassen sich Kraftwerke realisieren, die Strom mit Wirkungsgraden von ca. 60% erzeugen.

Nachteile sind natürlich die CO2-Abgabe und die Tatsache, dass Erdgas ein fossiler Brennstoff ist, womit die Nachhaltigkeit ein Problem sein kann.

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(C) die jeweiligen Autoren last change: 21. September 2018