Gasturbinenkraftwerke – Strom aus grünem Wasserstoff

Eine Möglichkeit zur Energiespeicherung ist die Herstellung von grünem Wasserstoff.
Dieser kann in Gasturbinenkraftwerken CO2-neutral wieder in Strom verwandelt werden, wobei jedoch schädliche Stickoxide entstehen. Ein Forschungsteam der Technischen
Universität Clausthal untersucht und simuliert Mischflammen aus Wasserstoff und Erdgas, um Stickoxid-Emissionen zu verringern und so den umweltfreundlichen Umstieg von Erdgas- auf Wasserstoffverbrennung zu ermöglichen.

Verbrennung optimieren, Stickoxide reduzieren

Aufgrund der Wetterverhältnisse schwankt die Verfügbarkeit von erneuerbarer Energie stark.
Deshalb müssen Speicher ins Energiesystem integriert werden, um Schwankungen im Netz
auszugleichen und die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Wasserstoff als Speichermedium kann in Zeiten mit wenig verfügbarem grünem Strom rückverstromt werden, zum Beispiel durch die CO2-neutrale Verbrennung in Gasturbinenkraftwerken. Diese haben gegenüber anderen
Technologien wie Brennstoffzellen den Vorteil, dass sie brennstoff-flexibel betrieben werden
können, also mit unterschiedlichen Mischungen von Erdgas, Wasserstoff und auch Biogas. Bei der Verbrennung von Wasserstoff anstelle von Erdgas treten allerdings andere Herausforderungen auf.

Mischverhältnis der Brenngase anpassen

Unter anderem sind Wasserstoffflammen deutlich heißer als Erdgasflammen, weshalb durch
Oxidation des Stickstoffs in der Brennluft mehr Stickoxide (NOx) entstehen. Diese sind gesundheits- und umweltschädlich und müssen möglichst geringgehalten werden. Deshalb untersucht das Team am Institut für Energieverfahrenstechnik und Brennstofftechnik der TU Clausthal die Verbrennungsvorgänge experimentell und numerisch. An einer Brennkammer im Institut werden Flammen mit verschiedenen Mischverhältnissen von Erdgas und Wasserstoff vermessen. Ziel ist es herauszufinden, wie sich das Mischverhältnis und andere Parameter (Drall in der Brennluft, Luftverhältnis) auf die Flamme auswirken. Besonderer Fokus liegt darauf, Stickoxid-Emissionen zu vermindern.

Numerische Simulation von Flamme und Brennkammer

Basierend auf den Experimenten führen die Forschenden numerische Simulationen der Flammen durch und überprüfen, welche Simulationen am besten zu den Messergebnissen passen. Ziel ist es, die numerischen Methoden zu finden, mit denen sie die Eigenschaften der Flammen sicher voraussagen können. Diese Simulationsmethoden lassen sich dann auch für Brennkammern in Gasturbinenkraftwerken nutzen und helfen dabei, den Umstieg von Erdgas- auf Wasserstoffverbrennung zu ermöglichen.

18.10.2023