Turbinentechnik. Fertigung / SLM, Verbrennungstechnik. Prof. Dr.-Ing. H.P. Berg LS Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe BTU-Cottbus

Transkript

1 Turbinentechnik Gasturbinen/Mikrogasturbinen, generative Fertigung / SLM, Verbrennungstechnik Cluster-Handlungsfeld Turbomaschinen und Kraftwerkstechnik Prof. Dr.-Ing. H.P. Berg LS Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe BTU-Cottbus

2 Vorstellung und Inhalt

3 Inhalt Energiewende /Turbinentechnologie der Zukunft Beispiel Mikro-Gasturbine Potential des SLM-Verfahrens (Selektives Laserschmelzen) Flexible Brennkammertechnologien (z.b.: Wasserstoffverbrennung) Rekuperatortechnologie und Intercooler weitere Anwendungsbeispiele Turbine und Mobilität Zusammenfassung

4 Umbau der Energieversorgung (Handskizze)

5 Bisherige Entwicklung und Szenario Bisherige Entwicklung 1990 bis 2011 und Szenario bis 2050 Primärenergiebedarf /a Bruttostromverbrauch/a Quelle: Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme, 2013 Hanser Verlag

6 Realisierungsmaßn. /Szenario 2050 nach Quaschning +) / Ergänzung Berg *) Schneller Umbau zur Kraftwerksflexibilisierung*) Weitere Wirkungsgradsteigerungen(aller Erzeuger) *) Schnelle Einrichtung neuer regenerativer Kraftwerkskapazitäten Abschalten schlecht regelbarer Kern-und Braunkohlekraftwerke+) (Umbau*/ z.b. Upgrade: Wasser-Gas-Dampfturbinen-Prozess /Wasserstoff- Sauerstoffverbrennung, Expansion über eine Wassergasturbine mit anschließendem Wärmetauschund anschließender weiteren Expansion mittels dem herkömmlichen Dampfturbinenprozessteil) Ausbau und Ertüchtigung der Netze zur Integration regenerativer Kraftwerke Aufbau intelligenter Netze zur besseren Anpassung von Angebot und Nachfrage Errichtung von neuen Kurzzeitspeicher (z.b. Wasserstoff-Mikroturbinen- Speicher) Neubau von Gaskraftwerken als Reserve- und Spitzenlastkraftwerke Verknüpfung des Elektrizitätsnetzes mit dem Gasnetz +) Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme, 2013 Hanser Verlag

7 Wirkungsgrade ausgewählter Energietechnologien Quelle: Forschungszentrum Jülich Wirkun ngsgrad in % Brennstoffzelle Gas- u.dampft. Prozess 70% Dampft. -Prozess 40% GT-Prozess 25% Verbrennungsm.- Prozesse Anlagenleistung in MW

8 Mögliche Wirkungsgrade von zukünftigen GT-Systemen SOFC-GT-System Wirkun ngsgrad in % 70% 61% 40% Rekuperierte-Hochtemperatur-GT 25% Anlagenleistung in MW

9 Mögliche Wirkungsgrade von zukünftigen GT-Systemen SOFC-GT-System 70% Wirkun ngsgrad in % Bereich der Mikroturbinen Ziel % Rekuperierte-Hochtemperatur-GT 25% Stand ,2 Anlagenleistung in MW

10 Beispiel Mikro-Gasturbine

11 Prinzip einer fortschrittlichen Mikroturbine generator compressor combustion chamber exhaust gas air inlet power electronics turbine recuperator

12 Rotierende Teile einer MGT

13 Aufbau einer Mikrogasturbine für die stationäre KWK-Anwendungen (aktuelles Projekt mit BBS) Brennkammer Rekuperator Generator Verdichter-Turbinen Modul

14 MGT Quality in Power

15 Prozessteil-Schnittstelle

16 Entwickeltes Produkt /QiP

17 Potentiale der SLMProduktion

18 Selektives Laserschmelzen /generatives Fertigungsverfahren Bildquelle: Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Werkstoffmechanik, Boltzmannstraße 15, D Garching b. München

19 MGT-Wirkungsgrade / Technologieabhängigkeit strategielinie Technologieplan Mikroturbine 2018

20 Potential des SLM-Verfahrens 3D CAD-Daten Bauteil / Quelle: EOS Versuchsteil

21 Gekühlte Radialturbine / Rückseite mit Kühllufteintrittsöffnungen Kühllufteintritt Schaufeln mit Innkühlsystem und Filmkühlung

22 Gekühlte Radialturbine

23 VERBRENNUNG

24 Mikroturbinen Brennkammer Versuch Simulation

25 Neuartige Brenner mit hoher Brennstoffflexibilität 25

26 Versuchsbrennkammer

27 Wasserstoffverbrennung

28 1,8 MW Gasturbine Nachrüstung mit einer neuartigen Brenner- und Rekuperatortechnologie

29 HOCHTEMPERATUR Rekuperatortechnologie und Zwischenkühler

30 MGT-Wirkungsgrade / Technologieabhängigkeit strategielinie Technologieplan Mikroturbine 2018

31 Rekuperator /MOBIL und STATIONÄR

32 Rekuperator für die stationäre Anwendung

33 weitere Anwendungen

34 Weitere Anwendungen der MGT-Technologie Beispiele Kombination der MGT TurboTechnologie mit der Rotationskolben-VKM (wasserstoffunempfindlich) Als Demonstrator für einen Mikro-Wasser-Gas-Dampfturbinen-Prozess / Wasserstoff-Sauerstoffverbrennung mit Wärmetausch und anschließender weiteren Expansion mittels einer Dampfturbine ins Vakuum Kombination MGT mit SOFC Technologie (flexible Brennstoffzellentechnologie)

35 Turbine und Mobilität

36 Das Kraft-Wärme-Fahrzeug Ein neuer Baustein im Smart Grid

37 Das Kraft-Wärme-Fahrzeug Ein neuer Baustein im Smart Grid

38 Das Kraft-Wärme-Fahrzeug Ein neuer Baustein im Smart Grid Mikroturbine Batterien Brennstoff Schnittstelle: Gasnetz, E-Netz, Wärme Rekuperator Brennkammer Turbosatz Generator

39 LS VFA & Zusammenfassung

40 D e s i g n E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y Prof. Dr. Berg - LS VFA

41 Zusammenfassung Energiewende /Turbinentechnologie der Zukunft Beispiel Mikro-Gasturbine Potential des SLM-Verfahrens (Selektives Laserschmelzen) Flexible Brennkammertechnologien (z.b.: Wasserstoffverbrennung) Rekuperatortechnologie und Intercooler weitere Anwendungsbeispiele Turbine und Mobilität Zusammenfassung

42 Danke für die Aufmerksamkeit