Turbinen

Effizienz-Sprung bei Kleinkraftwerken

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Industrieforscher aus elf mittelständischen Unternehmen wollen gemeinsam mit Wissenschaftlern kostengünstige und sehr effiziente Kleinkraftwerke auf Basis mehrstufiger Dampfturbinen entwickeln. Den fachlichen Ansatz lieferten lange vergessene Unterlagen aus einer dunklen Phase deutscher Geschichte.

Gerolf-R. Päckert
Journalist in Berlin

Über 75 Jahre lag sie unbeachtet im Firmenarchiv der auf industrielle Wärmeübertrager, Feuerungs- und Kesselbau spezialisierten La Mont GmbH in Berlin: eine detaillierte, hoch präzise Dokumentation von 1943 zur Entwicklung eines Gas- und Dampfturbinenprozesses, bei dem eine vorgeschaltete Gasturbine den Dampf zum Antrieb einer gekoppelten zweiten Turbine erzeugt. Kern ist die 100 Jahre alte Idee einer „Scheibenturbine“. Das Ziel war eindeutig eine militärische Nutzung – ein Drittel weniger Spritverbrauch oder ein drastisch höherer Aktionsradius für Flugzeuge und Panzer. Im letzten Moment verhinderte das Kriegsende die industrielle Umsetzung samt verheerender Konsequenzen; das technologische Konzept geriet in Vergessenheit.

Das im Sommer 2018 gegründete, länder- und branchenübergreifende Firmennetzwerk „chilledTurbines“ will es nun einer friedlichen, energetisch und wirtschaftlich extrem aussichtsreichen Nutzung zuführen. Preiswert und hoch flexibel auf die jeweiligen Bedürfnisse der Nutzer adaptierbar, sollen damit sowohl wärme- als auch stromgeführte Prozesse ermöglicht werden. „Unter Einbindung einer bereits vorhandenen Scheibenturbine wollen wir erstmals sowohl eine mehrstufige Gasturbine als auch Dampfturbine konstruieren, die mit gekühlten Scheiben ausgestattet sind“, sagt La Mont-Chef Prof. Udo Hellwig. Das Kühlmedium solle dabei in der Scheibe verbleiben, wodurch erstmals Gas-Betriebstemperaturen bis 2000 °C und ein im Vergleich zum Stand der Technik drastisch höherer Wirkungsgrad ermöglicht würden. So erfüllt sich der „Reichweiten-Ingenieurstraum“ aus dem vergangenen Jahrhundert doch noch. Allerdings unter völlig anderen Vorzeichen.

Kleinste Kraftwerke speisen künftig regionale Stromnetze

Als erste praktische Anwendung peilt das Firmenbündnis dezentrale Kleinkraftwerke mit einer Leistung von rund 10 bis 100 kW elektrisch an. Zu den Partnern im Konsortium gehören Turbinenfachleute, Verarbeiter, Kessel-, Ofen- und Kompressorenbauer ebenso wie die Forschungsbereiche Strömungstechnik der TH Wildau (Brandenburg) und Oberflächentechnik beziehungsweise Maschinenbau der TU Chemnitz.

Mit einem Preis deutlich unterhalb des üblichen Niveaus sollen die Kraftwerke erheblich attraktiver werden als derzeit verfügbare Lösungen. Erreichen will man das durch eine besonders einfache Konstruktion, den Verzicht auf ein geteiltes Turbinengehäuse und durch das Fertigen komplizierter metallischer Geometrien im 3D-Druck.

Den Bedarf für die erforderliche hohe Stückzahl sieht Dr. Markus Petersen gegeben: „Die Elektrifizierung der Autoflotte wird den Stromverbrauch gerade auf dem Lande stark erhöhen. Das bestehende Stromnetz wird das nicht leisten können, deshalb brauchen wir mit ‘chilled turbines’ preiswert und dezentral in den Häusern erzeugten Strom“, ist sich der Netzwerkmanager von der koordinierenden Kölner Advanced Biomass Concepts GmbH sicher. Eine Fehlermöglichkeits- und -wirkungsanalyse anhand der bereits verfügbaren Turbine habe zudem die Machbarkeit eines solchen Gas- und Dampfturbinen-Kleinkraftwerks bei einem Zeithorizont von rund fünf Jahren bestätigt.

Hier sind Mittelständler mit ihrem Know-how gefordert

Zunächst arbeiten die Entwicklungspartner an der Materialauswahl und der konstruktiven Auslegung des Systems für vier völlig unterschiedliche Scheibenläufer-Anwendungsfälle. Hellwig nennt diese Projekte des Firmenbündnisses anspruchsvoll, aber auch extrem spannend: „Wir planen hier hoch präzise Hightech-Arbeitsmaschinen“, so der Verfahrenstechniker. Alle Partner seien sich der bestehenden Risiken bewusst, andererseits seien genau solche Entwicklungen die traditionelle Stärke des deutschen Mittelstands.

Unterstützung für das Vorhaben kommt vom Bundeswirtschaftsministerium. Das hat mit seinem Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand ZIM eigens ein Instrument geschaffen, um die Nachteile innovativ aufgestellter kleinerer Unternehmen aufgrund ihrer geringen Größe abzufedern und den Betrieben zukunftssichernde eigene Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen zu ermöglichen. Ohne die Fördermittel aus der ZIM-Programmsäule ‘Kooperationsnetzwerke’ hätten die Akteure schwerlich zusammengefunden. Die Turbinen-Pläne wären vermutlich im Dunkel des Archivs geblieben.

www.chilledturbines.com
Kontakt: Dr. Markus Petersen,
Netzwerkmanager, mp@abc-loesung.de,
Tel. (033432) 70894

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