Mikrogasturbine

Als wichtige Schlüsseltechnologie zum Erreichen der Ziele der Energiewende wird „Power to Gas“ eine zentrale Rolle zugesprochen. Mit dieser Technologie wird Strom elektrochemisch in Gas umgewandelt und in bestehenden Gasinfrastrukturen gespeichert, transportiert und wieder bereitgestellt. Dabei wird an vielen Gliedern des Umwandlungs- und Verteilungsprozesses geforscht. Das aktuelle Projekt untersucht dabei detailliert das letzte Glied dieser Kette, den Umwandlungsprozess von Gas zu elektrischer und thermischer Leistung beim Endverbraucher. Die Arbeit umfasst die Modellbildung, das Aufstellen von Anwendungsszenarien sowie die experimentelle Untersuchung des Verhaltens der Gasturbine im Anwendungsfall.

Der Laboraufbau besteht aus sechs Hauptkomponenten. Aus funktionstechnischer Sicht sind das die Mikrogasturbine, die Brennstoffversorgung und das Kühlsystem für die Wärmeabfuhr. Aus mess- und steuerungstechnischer Sicht wird die Anlage um die Luftmassenmessung, dem Echtzeitsimulator und dem Leistungsverstärker ergänzt.

Die untersuchte Mikrogasturbine der niederländischen Firma „Micro Turbine Technology BV“ (MTT) ist eines dieser kommerziellen Produkte auf dem Markt. Mit einer thermischen Leistung (Heizleistung) von 15,6 kW und einer elektrischen Leistung von 3,1 kW, ist die Anlage für private Haushalte und Büros konzipiert.

Das Alleinstellungsmerkmal dieses Vorhabens ist die Einbindung aller Arbeitsschritte in die sogenannte Echtzeitsimulationsumgebung (Power Hardware in the Loop). Anders als bei theoretischen Simulationen sind wir mit dem vorhandenen Echtzeitsimulationssystem in der Lage, die reale Gasturbine und das Simulationsmodell zu verbinden. Damit lassen sich alle Untersuchungs- und Modellierungsergebnisse sicher wissenschaftlich validieren. Davon profitieren vor allem die Ergebnisse der Anwendungsszenarien und damit verbunden deren Aussagekraft.

Hinter dem Begriff „Power Hardware in the Loop“ verbringt sich eine Methodik zur Verbindung von Simulation und Betriebsmitteln. Durch die Verbindung kann das tatsächliche Verhalten eines Betriebsmittel in eine Simulation implementiert werden. Eine komplexe Modellierung des Betriebsmittels wird dadurch umgangen. Das kann die Gesamtmodellierung oder auch nur Teile der Modellierung betreffen. Neben der Zeitersparnis, durch den Wegfall der Modellierung, bieten PHIL Untersuchungen ein Höchstmaß an Integrität. Es gibt kein besseres Modell als das reale Betriebsmittel. Bei komplexen Systemen kann es sich um mehr als ein Betriebsmittel handeln. Auch lässt sich die Methodik auf nichtelektrische Größen erweitern