Gasturbine
Eine Gasturbine wandelt die Energie eines Brennstoffs — meist Erdgas — in Drehbewegung um. Anders als ein Kolbenmotor arbeitet sie kontinuierlich: Luft strömt ununterbrochen hinein, heißes Abgas ununterbrochen hinaus.
Funktionsprinzip einer Gasturbine
Drei Baugruppen sitzen hintereinander auf einer Welle:
| Baugruppe | Aufgabe |
|---|---|
| Verdichter | saugt Luft an und presst sie auf ein Vielfaches des Umgebungsdrucks |
| Brennkammer | Brennstoff wird eingedüst und verbrennt bei gleichbleibendem Druck |
| Turbine | das heiße Gas entspannt sich über die Schaufeln und treibt die Welle an |
Die Turbine treibt den Verdichter mit an. Dafür geht ein großer Teil ihrer Leistung drauf, oft mehr als die Hälfte; nur der Rest steht an der Welle für einen Generator oder eine Pumpe zur Verfügung. Der thermodynamische Kreisprozess dahinter heißt Joule- oder Brayton-Prozess.
Wirkungsgrad von Gasturbinen
Eine Gasturbine allein, im offenen Prozess, setzt je nach Größe rund 35 bis 40 % der Brennstoffenergie in Strom um. Der Rest verlässt sie als heißes Abgas mit mehreren hundert Grad.
Diese Abwärme ist der Schlüssel zum Gas-und-Dampf-Kraftwerk (GuD): Ein Abhitzekessel erzeugt aus dem Abgas Dampf, der eine zweite Turbine antreibt. So kommen moderne Anlagen auf über 60 %:
| Anlage | Wert |
|---|---|
| Irsching (Bayern), Siemens SGT5-8000H | 60,75 % bei 578 MW, Rekord im Testlauf, in Betrieb seit 2011 |
| Lausward (Düsseldorf), Siemens SGT5-8000H | über 61 % bei 595 MW; mit Fernwärme 85 % Brennstoffausnutzung |
Bauarten
| Bauart | Leistung | Einsatz |
|---|---|---|
| Schwere Industriegasturbine | bis mehrere hundert MW | Großkraftwerke, meist als GuD |
| Aeroderivat | rund 30–115 MW | aus Flugzeugtriebwerken abgeleitet; leicht, startet in Minuten |
| Industrie- und Mitteldruckturbine | einige MW bis einige 10 MW | Industrie, Verdichterstationen an Gaspipelines, Schiffe |
| Mikrogasturbine | einige 10 bis einige 100 kW | dezentrale Strom- und Wärmeerzeugung |
Wo sie eingesetzt wird
Kraftwerke. Gasturbinen fahren in Minuten auf Last. Damit eignen sie sich als Spitzenlast- und Reservekraftwerke, die einspringen, wenn Wind und Sonne nicht liefern.
Pipelines. Verdichterstationen an Erdgasleitungen werden oft von Gasturbinen angetrieben, die einen Teil des transportierten Gases verbrennen.
Luftfahrt und Schiffe. Das Strahltriebwerk ist eine Gasturbine, deren Abgas Schub erzeugt statt eine Welle anzutreiben.
Rechenzentren. In den USA versorgen Gasturbinen ganze KI-Rechenzentren direkt, ohne öffentliches Netz — Behind the Meter. Die Nachfrage aus dieser Richtung hat die Lieferzeiten großer Turbinen bis nach 2030 verlängert. Für Notstrom kommen sie dagegen kaum zum Einsatz; dort arbeiten Dieselmotoren in der Netzersatzanlage.
Brennstoffe
Neben Erdgas verbrennen Gasturbinen auch Heizöl. Neuere Modelle vertragen eine Beimischung von Wasserstoff, einzelne auch reinen Wasserstoff. „H₂-ready“ heißt dabei meist: Beimischung ab Werk, voller Wasserstoffbetrieb nach Umbau.
Abgrenzung
Gasmotor. Ein Kolbenmotor, der Gas verbrennt. In kleinen Leistungen effizienter als eine Gasturbine und als Modul leicht zu vervielfachen, dafür schwerer und wartungsintensiver je MW.
Dampfturbine. Wird von Wasserdampf angetrieben, der außerhalb erzeugt wird — in Kohle-, Kern- oder GuD-Kraftwerken. In der Gasturbine treibt das Verbrennungsgas selbst die Schaufeln.
Blockheizkraftwerk. Bezeichnet das Prinzip, Strom und Wärme gleichzeitig zu nutzen. Angetrieben wird es meist von einem Gasmotor, seltener von einer Mikrogasturbine.