Wie sich Gasturbinen in Kraftwerken auf den Betrieb mit klimaneutralem Wasserstoff umrüsten lassen, erprobt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit einem neuen Teststand.

 

Das DLR hat mit dem Hochdruckbrennkammer Prüfstand 2 (HBK 2) in Köln einen seiner flexibelsten Großprüfstände modernisiert, um damit künftig Kraftwerkstechnologien für Wasserstoffanwendungen zu entwickeln. Mit einer leistungsfähigen Luftversorgung und einer modernen Wasserstoffanlage stehe eine einzigartige Infrastruktur zur Forschung und Erprobung von kritischen Kraftwerkskomponenten für eine CO2-freie Stromerzeugung zur Verfügung, teilte das DLR mit.

Der Austausch der Brennkammer in einer bestehenden Gasturbine ist laut dem DLR der Schlüssel zu einer CO2-freien, wasserstoffbasierten Energieversorgung durch Gasturbinen. Die Technologieentwicklung soll dabei eine Brennstoffflexibilität von 100 % Erdgas bis zu 100 % Wasserstoff und jeder dazwischenliegenden Mischung ermöglichen.

Die dafür neu zu entwickelnde Brennkammertechnologie muss einen Leistungsbereich von 1 MW bis 300 MW abdecken. In Hochdrucktests werden die Entwicklungsziele überprüft und auch Risiken wie der Flammenrückschlag beim Übergang von einer Leistungsstufe zur nächsten mit fortschrittlichen Messmethoden bewertet.

In einer ersten Pilotanwendung wurde ein von dem US-Unternehmen PSM („Power Systems and Manufacturing“) entwickeltes Verbrennungssystem mit Wasserstoff getestet. Das DLR-Institut für Antriebstechnik stellte dafür die Prüfstandinfrastruktur und ein selbstentwickeltes laseroptisches Diagnosesystem zur Verfügung. Damit konnten erstmals die Vorgänge bei einer Wasserstoffverbrennung in einer Gasturbinenbrennkammer unter realen Druck- und Temperaturbedingungen sichtbar gemacht werden. Damit ist es nunmehr möglich, die komplexen Zusammenhänge besser zu analysieren und die Technologie gezielt zur Serienreife zu entwickeln.

In einem nächsten Schritt wird die Wasserstoffverbrennung in Zusammenarbeit mit einem europäischen Konsortium für konkrete Anwendungen in bestehenden Kraftwerken erprobt, um möglichst schnell Erdgas durch Wasserstoff ersetzen zu können. Zu dem Konsortium gehören neben dem DLR die Unternehmen Ansaldo Thomassen, OPRA, Vattenfall, DOW, Nouryon, EmmTec, ENS CHP, Hygear sowie die TU Delft und die TU Eindhoven. Bereits für 2022 ist der erste Demonstrationsbetrieb der neuen Technologie in einem realen Kraftwerk geplant.

„Unsere Prüfstände wurden ursprünglich für die Luftfahrt entwickelt. Doch unsere Infrastruktur ist flexibel und wir haben lange Erfahrungen in der interdisziplinären Zusammenarbeit mit der Industrie“, sagt Christian Fleing, Leiter der Abteilung Brennkammertest.