Wasserstoffverbrennung in Gasturbinen

Wohin mit überschüssigem Strom aus Windkraft, wenn der Wind zwar weht, aber die Nachfrage auf dem Strommarkt gering ist? Ein Lösungsansatz ist die Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse. Elektrische Energie wird dabei in chemische Energie umgewandelt, also der Strom genutzt, um Wasserstoff zu erzeugen. Eine Verwendungsmöglichkeit für diesen regenerativ erzeugten Wasserstoff ist die Einspeisung ins Erdgasnetz. In konventionellen Gasturbinenkraftwerken könnte dann das Wasserstoff-Erdgas-Gemisch verbrannt und so wieder Strom erzeugt werden.

Wasserstoffeinspeisung ins Erdgasnetz erfordert neue Brennkammerkonzepte

Im Projekt HYBURN (enabling hydrogen-enriched burner technology for gas turbines through advanced measurement and simulation) untersuchen Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart, welche Auswirkungen die Beimischung von Wasserstoff auf die Verbrennung und damit das Brennkammerdesign von Gasturbinen hat. Sie entwickeln dazu neue laserbasierte Messmethoden, um die Verbrennungsprozesse in Gasturbinen besser und effizienter untersuchen zu können. Das Projekt ist am DLR-Institut für Verbrennungstechnik angesiedelt und wird vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC) mit einem Consolidator Grant gefördert. Die Gesamtfördersumme beläuft sich auf rund zwei Millionen Euro über einen Zeitraum von fünf Jahren.

Wasserstoff ist äußerst reaktiv. Deshalb unterscheiden sich die Verbrennungseigenschaften des Wasserstoff-Erdgas-Gemisches von denen reinen Erdgases. „Zum Beispiel ändern sich Form und Verhalten der Flamme innerhalb der Brennkammer. Das kann unerwünschte Auswirkungen haben, die die Brennkammer beschädigen können“, erläutert DLR-Verbrennungsforscher Dr. Isaac Boxx, der das Projekt HYBURN leitet. „Bisher verstehen wir diese Prozesse noch nicht gut genug, um Wasserstoff-Erdgas-Gemische zuverlässig in existierenden Gaskraftwerken einzusetzen“. Im Zuge des Projekts wird das Team um Isaac Boxx deshalb die Prozesse in realitätsnahen Versuchsständen analysieren. Dazu kommt vor allem schnelle und zeitlich hochauflösende Lasermesstechnik zum Einsatz, die ebenfalls im Zuge des Projekts entwickelt wird.

Mit Hightech-Lasermesstechnik zu optimalen Brennerkonzepten

„Die Prozesse in Gasturbinenbrennkammern spielen sich in Millisekunden ab. Um sie sichtbar zu machen und zu verstehen, entwickeln wir Lasermesstechniken, die mit 10.000 Bildern pro Sekunde die Flammenstruktur und das Strömungsfeld erfassen“, beschreibt DLR-Wissenschaftler Boxx die zentrale messtechnische Herausforderung. Mit den so erhaltenen Messdaten werden die Forscher im nächsten Schritt Simulationswerkzeuge erarbeiten, mit deren Hilfe sie die Verbrennungsprozesse am Computer nachbilden und noch genauer auswerten können.

Quelle: DLR