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Enerige & Management > Gasturbinen - Zwei Turbinen heizen ein
Bild: Fotolia.com, miklyxa13
GASTURBINEN:
Zwei Turbinen heizen ein
Mikrogasturbinen steigern in einem Unternehmen, das Oberflächenbeschichtungen herstellt, die Energieeffizienz und reduzieren die Stromrechnung.
 
Mit Gasturbinen kann man mit hohem Wirkungsgrad Strom erzeugen – insbesondere dann, wenn die Abwärme noch für einen zusätzlichen Dampfprozess genutzt wird. Wirtschaftlich besonders interessant ist aber, den Abgasstrom der Turbine direkt in einem Produktionsprozess zu nutzen.

Eingesetzt wird eine derartige Technik beispielsweise bei der Alucolor Oberflächenveredelung Chemnitz GmbH & Co. KG. Seit 1994 betreibt das Unternehmen einen Pulverbeschichtungsbetrieb. Der Pulvereinbrennofen hat eine Betriebstemperatur von 200 Grad Celsius, ein so genannter Haftwassertrockner 80 Grad Celsius. Diese Wärme wurde durch Gebläsebrenner, die in die Öfen eingebaut waren und die Umluft dort erhitzten, erzeugt. Brennstoff war und ist heute noch Gas.
Dieses Heizsystem war nicht besonders wirtschaftlich, denn die installierte Nennleistung der Brenner war etwa viermal so hoch wie der Wärmebedarf. Dadurch lagen die durchschnittlichen Brennerlaufzeiten nur zwischen fünf und zehn Minuten, woraus sich ein schlechter Wirkungsgrad ergab.
 
Gasturbine bei Alucolor: Grundlast an Strom- und Wärmebedarf gedeckt
Bild: E-quad Power Systems

Um die Energieeffizienz in der Produktion zu erhöhen, suchte das Chemnitzer Unternehmen nach einem neuen Energiekonzept. Erstellt hat dieses die Efa Leipzig; die wichtigste Neuerung war, zwei Mikrogasturbinen des Typs C65 des Herstellers Capstone zu installieren. Die Aggregate werden in Deutschland von E-Quad Power Systems und Efa Leipzig vertrieben. Sie erreichen im Abgasstrom Temperaturen von rund 300 Grad Celsius. Ende 2013 gingen die ersten beiden Maschinen bei dem Beschichter in Betrieb. Mittlerweile hat jede Turbine etwa 14 000 Betriebsstunden erreicht.
 
Trend zu mehr Flexibilität
 
Bei dem realisierten Konzept wird das heiße Abgas der Turbine direkt in den Einbrennofen oder in den Trockner geblasen. Damit kann neben dem Wärmebedarf zugleich die Grundlast an Strom durch Eigenerzeugung gedeckt werden. Damit der Betrieb wirtschaftlich ist, strebten die Planer eine möglichst hohe Jahreslaufzeit an. Die Auslegung der KWK-Anlage orientierte sich deswegen am Grundlast-Wärmebedarf des Beschichtungbetriebes.

Mittlerweile gewinnen auch andere Fahrweisen von KWK-Anlagen an Bedeutung. Denn mit mehr Flexibilität im Betrieb können Netzentgelte teilweise erheblich verringert werden. Beispielsweise ist es möglich, die Kriterien der atypischen Netznutzung leichter zu erfüllen. Betreiber von Anlagen können dann aber auch am Regelenergiemarkt teilnehmen oder über die Benutzungsstunden die Stromkosten beeinflussen. Die hieraus möglichen finanziellen Effekte bewegen sich zwischen „kleinem Sahnehäubchen“ bei den Energiekosten und Netzentgelterstattungen oder EEG-Umlage-Befreiungen, die den jährlichen Gewinn des Unternehmens deutlich steigern können.

In dem Oberflächen-Veredelungsbetrieb sind zwei Einbrennöfen und mehrere Wärmebäder vorhanden. In dem energietechnischen Konzept analysierte man zunächst den Produktionsprozess und suchte nach Ansätzen für einen sinnvollen Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung. Wichtige Überlegungen dabei waren: Den überwiegenden Teil des von den Turbinen erzeugten Stromes sollte das Werk selbst verbrauchen; zugleich braucht man eine große Wärmesenke, denn der Heizungswärmebedarf alleine reicht nicht aus, um die KWK-Anlagen wirtschaftlich zu betreiben.
 
Mikrogasturbine am Pulverofen
 
Realisiert hat man schließlich eine Energieversorgung mit zwei C65-Capstone-Mikrogasturbinen mit einer elektrischen Leistung von zusammen 120 kW. Eines der Aggregate wurde am Pulverofen und eines am Haftwassertrockner installiert. Das Abgas der Turbinen gelangt direkt in die Brennkammer der Öfen. Zusätzlich nutzt man die im nun etwas größeren Abluftstrom der Öfen enthaltene thermische Energie für die Warmwassererzeugung. Beim Aufheizvorgang kann zusätzlich der Gebläsebrenner eingesetzt werden.

Die Temperatur im Pulverofen und damit auch die der Ofenabluft beträgt in diesem Beispiel 200 Grad Celsius. Der Abgasstrom einer Gasturbine gibt eine Wärmeleistung von 55 kW an den Ofen ab. Das Ofenabgas wird danach über einen Wärmetauscher auf 70 Grad Celsius abgekühlt, um Warmwasser zu erzeugen, das dann noch in der Heizung oder für die Vorbehandlung von Bauteilen eingesetzt wird. Die Vorlauftemperaturen im Warmwasserbereich können bis zu 105 Grad Celsius betragen.

Eine zweite Mikrogasturbine baute man am Haftwassertrockner ein. Dort ist für die Trocknung nur eine Temperatur von etwa 80 Grad Celsius nötig. Deswegen wird die entstehende Wärme vorrangig für die Beheizung der Wärmebäder in der Vorbehandlung der Bauteile genutzt. Dazu ist direkt auf der Mikrogasturbine ein Abgas-Warmwasser-Wärmetauscher installiert, der das 300-grädige Abgas bis auf etwa 100 Grad Celsius abkühlt, bevor es in den Haftwassertrockner geleitet wird.
Mit der gewählten Konfiguration lassen sich die Öfen zu 100 Prozent über die Gasturbinen beheizen. Dabei wird laut E-Quad mindestens ein Gesamtwirkungsgrad von 70 Prozent erreicht.
 

Armin Müller
Redakteur
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Dienstag, 08.11.2016, 11:43 Uhr

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