Gasturbinen (Bild 1) werden wie Dampfturbinen zum Antrieb von Generatoren verwendet. Sie werden meist mit Erdgas betrieben, wobei als Antriebsmittel ein Gemisch aus Luft und Verbrennungsgasen dient. Eingesetzt werden Gasturbinen vor allem in so genannten Kombikraftwerken in denen man Gasturbinen und Dampfturbinen miteinander kombiniert und so eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades gegenüber herkömmlichen Wärmekraftwerken erreicht.
Aufbau und Wirkungsweise
Aus Bild 1 ist erkennbar, dass eine Gasturbine ähnlich wie eine Dampfturbine
aus einer größeren Anzahl von Laufrädern mit Schaufeln
besteht, die zumeist rechts und links symmetrisch angeordnet sind.
Um eine Gasturbine zu betreiben, wird zunächst Luft in einem Verdichter
auf einen Druck von einigen Bar komprimiert. Diese komprimierte Luft wird
in eine Brennkammer geleitet,
in der Erdgas verbrannt wird. Dadurch wird die Luft erhitzt. Die sich
dadurch ausdehnende Luft und die Verbrennungsgase werden auf die Laufräder
der Gasturbine geleitet und versetzen diese in Umdrehung. Dabei trifft
das Luft-Gas-Gemisch von der Mitte der Turbine ausgehend zunächst
auf die kleineren, dann auf die größeren Laufräder. Damit
kann ein Großteil der kinetischen Energie des Luft-Gas-Gemisches
genutzt werden. Mit der Gasturbine wird ein Generator angetrieben.
Energieumwandlungen und Wirkungsgrad
Bild 2 zeigt vereinfacht die Energieumwandlungen.
Chemische Energie des Erdgases wird beim Verbrennen in thermische Energie
und diese in der Gasturbine in mechanische Energie (Rotationsenergie)
umgewandelt. Ein Teil der chemischen Energie des Erdgases wird auch dazu
verwendet, um den Verdichter (Kompressor) zu betreiben. Die Rotationsenergie
der Gasturbine wird durch eine Welle auf einen Generator übertragen
und dort in elektrische Energie umgewandelt.
Der Wirkungsgrad moderner
Gasturbinen beträgt etwa 35 %. Das scheint wenig. Man muss aber beachten,
dass Gasturbinen häufig folgendermaßen mit Dampfturbinen gekoppelt
werden: Moderne Gasturbinen haben Eintrittstemperaturen des Luft-Gas-Gemisches
von bis zu 1150 °C. Das Gas-Luft-Gemisch verlässt die Turbine
mit einer Temperatur von 500 - 550 °C. Dieses immer noch heiße
Gemisch kann zur Erzeugung von Wasserdampf für eine nachgeschaltete
Dampfturbine genutzt werden. Damit lässt sich ein Gesamtwirkungsgrad
von über 50 % erzielen.