Strategien für wachsenden Markt

TURBINEN Steigende Energiepreise beflügeln den Absatz von Cogenerationsanlagen. Für noch höhere Wirkungsgrade wird an Parametern wie Kühlung oder Strömungstechnik intensiv gearbeitet.

11. Oktober 2006

Die weltweite Klimadiskussion und die gestiegenen Brennstoffkosten hat nun die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) für Anwender in aller Welt interessant gemacht. Dieses geschieht inzwischen nicht nur in den Staaten, die schon immer aus Kostengründen Energie einsparen mussten, sondern auch dort, wo es bisher nicht so sehr aufs Sparen ankam. Ein starker Trend hin zu größeren Leistungen ist deshalb auch bei Cogen-Dampfturbinen zu beobachten. Es boomt zurzeit außerordentlich in China, Nordamerika sowie im Nahen und Mittleren Osten.

Eine wesentliche Forderung an Cogeneration-Turbinen ist eine hohe Verfügbarkeit. Diese ist deshalb unbedingt erforderlich, weil die meisten der angehängten Prozesse auf keinen Fall unterbrochen werden dürfen. Die Entnahme-Dampfturbinen von Alstom sind in ihrer Geometrie mit anderen Turbinengehäusen identisch. Zusätzlich hat Alstom mit den COMAX-1- und COMAX-2-Turbinen standardisierte Frames entwickelt, die als solides Grundgerüst für die meisten Anwendungsfälle zur Verfügung stehen. Das Pre-Engineering hilft zusätzlich Kosten zu sparen, weil Planung, Konstruktion und Fertigung dieser Hightech-Aggregate einfacher werden und letztendlich so die Lieferzeiten minimiert werden können.

Kurze Projektzeiten

Dies wirkt sich wegen kurzer Projektzeiten positiv auf die Investitionskosten aus. Diese liegen für schlüsselfertige Gasturbinenanlagen deutlich unter 500 US-Dollar/kW, bei Kombianlagen sind es ziemlich genau 500 US-Dollar. Zum Vergleich: Bei großen Dampfkraftwerken sind pro kW installierter Leistung nahezu 1.000 US-Dollar zu veranschlagen; bei Kernkraftwerken können es bis zu 3.000 US-Dollar werden.

Die Lieferzeiten für Entnahme-Dampfturbinen betragen rund 15 Monate, wobei der wesentliche Zeitvorteil bei einem Projekt dadurch entsteht, dass die Planungsunterlagen schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt bereitstehen. Die damit direkt zusammenhängende Möglichkeit zur Vorfertigung verkürzt zusätzlich die Montagezeit. So beinhaltet die Vorfertigung zum Beispiel bereits die Lieferung fertig montierter Turbinen inklusive der Läufer. Allein hierdurch lassen sich viel Zeit und Montageaufwand in der Hektik einer Baustelle einsparen.

Die Vorplanung bezieht sich auch schon auf die Anordnungsplanung der Anlage, die durch die Vorauswahl der Module möglich wird. So stehen für die Konzeption der Prozessdampfauskopplung unterschiedliche Module zur Auswahl.

Abhängig von den Dampfparametern wird aus diesem Sortiment das passende Subsystem (Modul) ausgewählt und für die spezifischen Anforderungen optimiert. In Verbindung mit dem ebenfalls vorhandenen immer aktuellen neuesten Beschaufelungsdesign lassen sich dann optimale Wirkungsgrade erzielen.

Zu den aktuellen Entwicklungsschwerpunkten bei Alstom gehören die Erhöhung der Prozesstemperatur durch effizientere Kühlung und bessere Werkstoffe. Auch die strömungstechnische Optimierung durch minimale Spalt- und Druckverluste gehört genau wie bessere Verbrennungstechniken zu den Entwicklungszielen. Zudem werden weitere Möglichkeiten zu CO2-Reduzierung von Alstom-Wissenschaftlern untersucht. Ein Schwergewicht der Untersuchung soll zur Verwendung von Bio- oder Syngas bei der Cogeneration führen.

Mit diesen vordefinierten Entnahmeturbinen lassen sich viele Cogeneration-Anwendungen schon sehr frühzeitig genau planen. So herrscht schon in einem sehr frühen Stadium Gewissheit über die endgültige Bauvariante.

Axial oder lateral?

Die Frage ob Turbinen mit axialer oder solche mit lateraler Abdampfführung zum Einsatz kommen, wird bereits sehr zeitig beantwortet. Bei der Entscheidung für die axiale Abdampfführung - hier wird der Dampf parallel zum Turbinenrotor in den Kondensator geleitet - liegt dieser direkt in Strömungsrichtung hinter der Turbine.

Bei der lateralen Abdampfführung befindet sich der Kondensator seitlich von der Turbine. So lässt sich bei einer zweiflutigen Niederdruckturbine eine ebenerdige Aufstellung realisieren. Dies wirkt sich positiv auf die Baukosten aus, weil das Maschinenhaus kleiner gebaut werden kann. Auch könnten für die Revision von Dampf- und Gasturbinen einheitliche Hebezeuge genutzt werden. Es ergeben sich also Vorteile, die erst auf den zweiten Blick als solche erkannt werden.

Bei der Dampfauskopplung ist es für den Betreiber von Kombikraftwerken sehr wichtig ein flexibles Betriebsverhalten zu erreichen. Um aber den gewünschten großen Entnahmebereich von Frisch- und Entnahmedampf zu gewährleisten, ist ein Schubausgleich bei jeder Turbine ein absolutes Muss, weil er sich bei variierender Entnahmemenge innerhalb der Entnahmeturbine entsprechend stark ändert. Durch einen bis zu dreistufigen Ausgleich lässt sich der Schub zum Beispiel bei COMAX-Turbinen mit mehreren Entnahmen sicher ausgleichen.

Ein entscheidendes Bauteil ist das interne Regelventil. Die Regelung ermöglicht konstante Prozessdampfdrücke, die unabhängig sind von der Leistung, mit der die Turbine betrieben wird. Der Entnahmedruck bleibt auch bei Teillasten konstant. Bei zahlreichen Anwendungen in aller Welt haben sich diese Turbinen mit ihren technischen Feinheiten mehrere hundert Mal bewährt.

Nach dem Stand der Dinge ist ein Ende des eingangs erwähnten Booms nicht abzusehen. Der Kraft-Wärme-Kopplung mit COMAX-Turbinen gehört die Zukunft.

Dirk Holtorf, Alstom

Erschienen in Ausgabe: 10/2006