Gasturbine vs. Gasmotor für die industrielle Stromversorgung vor Ort

Eine Gasturbine ist häufig eine geeignete Option für einen Standort mit gleichmäßigem Strombedarf und kontinuierlichem Bedarf an Prozesswärme oder Dampf auf hohem Temperaturniveau. Ein Gasmotor kann besser geeignet sein, wenn elektrische Effizienz, wechselnde Lasten oder eine modulare Kapazität wichtiger sind. Die Entscheidung lässt sich nicht allein anhand der Nennleistung der Anlage treffen: Maßgeblich ist, wie die gesamte Anlage im Laufe des Jahres betrieben wird.

Vergleichen Sie zunächst die gelieferte Strommenge und die nutzbare Wärme unter denselben Standortbedingungen. Das Abgas einer Turbine kann wertvoll sein, aber nur, wenn der Prozess es nutzen kann. Die hohe elektrische Effizienz eines Motors kann einen Teil ihres Vorteils verlieren, wenn der Standort mehr Wärme auf hohem Temperaturniveau benötigt, als sein Wärmerückgewinnungssystem bereitstellen kann.

Beginnen Sie mit dem Lastprofil, nicht mit dem Spitzenbedarf

Ein einzelner Spitzenlastwert sagt wenig darüber aus, wie sich ein Kraftwerk über seine Betriebsdauer bewährt. Erfassen Sie die elektrische Last des Standorts über Schichten, Wochenenden, saisonale Schwankungen und geplante Stillstände hinweg. Ermitteln Sie sowohl die anhaltende Mindestlast als auch die Höchstlast und unterscheiden Sie kritische Lasten von Anlagen, die abgeschaltet werden können.

Gasturbinen eignen sich im Allgemeinen für lange Betriebszeiten mit stabiler Last. Bei Teillast kann ihr elektrischer Wirkungsgrad sinken. Daher kann ein für eine kurzzeitige Spitze ausgelegtes Aggregat einen Großteil des Jahres außerhalb seines optimalen Betriebsbereichs laufen. Auch die Umgebungstemperatur beeinflusst Leistung und Wirkungsgrad der Turbine. Die heißesten Produktionstage können mit dem höchsten Kühlbedarf und der geringsten verfügbaren Leistung zusammenfallen.

Gasmotoren können bei schwankendem Bedarf eine nützliche Flexibilität bieten. Bei einer Anlage mit mehreren Motoren lassen sich Aggregate je nach Bedarf zu- oder abschalten, während die in Betrieb befindlichen näher an ihrem effizienten Betriebsbereich bleiben. Diese Modularität erfordert zusätzliche Ausrüstung, Steuerungen, eine koordinierte Wartung und möglicherweise mehr Platz. Vergleichen Sie die Gesamtinstallation, statt davon auszugehen, dass mehrere kleinere Aggregate automatisch wirtschaftlicher sind.

Fragen Sie bei beiden Technologien die Lieferanten nach der Leistung über den erwarteten Lastbereich hinweg, einschließlich Mindestlast für einen stabilen Betrieb, Anforderungen beim Start, Anfahrraten und Einschränkungen bei häufigen Starts. Berücksichtigen Sie standortspezifische Bedingungen und beziehen Sie den Eigenverbrauch der Nebenaggregate in den Vergleich der für den Standort verfügbaren Nettoleistung ein.

Stimmen Sie die Wärmerückgewinnung auf den Prozess ab

Kraft-Wärme-Kopplung kann den Vergleich zwischen Gasturbine und Gasmotor entscheidend beeinflussen. Die entscheidende Frage ist nicht einfach, wie viel Wärme die Anlage abgibt, sondern wie viel davon bei der vom Prozess benötigten Temperatur, dem erforderlichen Druck und zum benötigten Zeitpunkt zurückgewonnen werden kann.

Eine Gasturbine erzeugt einen beträchtlichen Strom heißen Abgases. Dieses kann einem Abhitzedampferzeuger zugeführt oder – sofern der Prozess es zulässt – zum direkten Heizen oder Trocknen genutzt werden. Eine Turbine ist besonders attraktiv, wenn die Anlage dauerhaft Wärme dieser Art benötigt. Wird die Produktion häufig unterbrochen oder sinkt der Dampfbedarf, während der Strombedarf hoch bleibt, kann ein Teil des potenziellen Wärmenutzens entfallen.

Auch bei Gasmotoren ist eine Wärmerückgewinnung möglich, die Wärme verteilt sich jedoch auf das Abgas, die Motorkühlkreisläufe und weitere Quellen. Die Wärme aus dem Kühlwasser kann für Warmwasser oder Anwendungen mit niedrigerem Temperaturniveau genutzt werden, während die Abgaswärme eine Rückgewinnung auf höherem Temperaturniveau ermöglicht. Nutzbare Dampfmenge und Temperatur hängen vom Motor und der Auslegung des Wärmerückgewinnungssystems ab. Die insgesamt rückgewinnbare Wärme darf nicht mit Prozessdampf auf hohem Druckniveau gleichgesetzt werden.

Vergleichen Sie den Wärmebedarf nach Möglichkeit stundenweise. Berücksichtigen Sie Wärmeverluste, Bypass-Betrieb, Zusatzfeuerung, den Wirkungsgrad vorhandener Kessel und den Bedarf an Reserve-Dampf. Ein hoher Gesamtwirkungsgrad ist nur dann aussagekräftig, wenn die zurückgewonnene Wärme Brennstoff ersetzt, den der Standort andernfalls verbrauchen würde.

Die Brennstoffversorgung kann die bevorzugte Option beeinflussen

Beide Technologien benötigen Brennstoff, der innerhalb der vom Anlagenlieferanten vorgegebenen Grenzwerte liegt. Die maßgeblichen Grenzwerte und Anforderungen an die Aufbereitung unterscheiden sich jedoch. Brennstoffzusammensetzung, Heizwert, Druck, Verunreinigungen und zeitliche Schwankungen können Verbrennung, Emissionen, Wartung und Verfügbarkeit beeinflussen.

Bei einer Turbine kann der Eingangsdruck des Gases unter bestimmten Betriebsbedingungen zu niedrig sein, sodass eine Brenngasverdichtung erforderlich wird. Dadurch entstehen zusätzlicher Stromverbrauch, Investitionskosten und Wartungsaufwand; zudem kommt ein weiteres Aggregat hinzu, dessen Verfügbarkeit relevant ist. Für eine Motoranlage können andere Anforderungen an Druck und Brennstoffqualität gelten. Vergleichen Sie daher für jedes Angebot die vollständige Brennstoffversorgungsanlage.

Wenn der Standort Biogas oder einen anderen Brennstoff mit schwankender Zusammensetzung nutzt, stellen Sie repräsentative Brennstoffanalysen für den Normalbetrieb und absehbare Änderungen bereit. Vor einem zuverlässigen Betrieb einer der beiden Maschinen kann eine Aufbereitung zur Entfernung von Feuchtigkeit, korrosiven Bestandteilen oder anderen Verunreinigungen erforderlich sein. Die Brennstoffflexibilität ist anhand der spezifizierten Grenzwerte des vorgesehenen Aggregats zu bewerten und nicht pauschal aus der jeweiligen Technologiekategorie abzuleiten.

Wenn eine Brennstoffverdichtung erforderlich ist, muss das Aggregat auf den Druckbereich, die Steuerungen und den Betriebsplan des Kraftwerks abgestimmt werden. SINO-QNP bietet neben seinem umfassenderen Turbomaschinengeschäft schlüsselfertige Lösungen fürVerdichter-Aggregate an. Die geeignete Ausführung hängt von der Brennstoffversorgung und der ausgewählten Stromerzeugungsanlage ab.

Die Zuverlässigkeit hängt von der Anlagenkonfiguration ab

Ein einzelnes Erzeugungsaggregat ist einfach zu konfigurieren, doch Wartungsarbeiten oder ein ungeplanter Ausfall können die gesamte Stromerzeugungskapazität am Standort außer Betrieb setzen. Bei mehreren Motoren kann die Stromerzeugung teilweise fortgesetzt werden, wenn ein Aggregat nicht verfügbar ist. Auch eine Anordnung mit mehreren Turbinen kann Redundanz bieten; ihre Eignung hängt jedoch von der erforderlichen Kapazität und der Wirtschaftlichkeit ab.

Legen Sie den erforderlichen Betriebsmodus fest, bevor Sie den Wert einer Redundanz beurteilen. Ein Standort mit zuverlässigem Netzanschluss kann einen Ausfall des Generators anders verkraften als ein Standort, der kritische Prozesse unabhängig aufrechterhalten muss. Der Parallelbetrieb mit dem Netz gewährleistet bei einem Netzausfall nicht automatisch eine Stromversorgung. Die Fähigkeit zum Inselbetrieb, Schutzsysteme, Steuerungen und eine geeignete Startstromquelle müssen in die Systemauslegung einbezogen werden.

Die Wartungsplanung sollte planmäßige Servicearbeiten, Generalüberholungen, die Verfügbarkeit von Ersatzteilen, Reaktionszeiten des Service und die Produktionskosten von Ausfallzeiten berücksichtigen. Bei Motoren fallen im Allgemeinen häufiger routinemäßige Wartungsarbeiten an, während Turbinen eigene Inspektions- und Überholungsanforderungen haben. Die Intervalle hängen von der Anlage, dem Brennstoff, den Starts und den Betriebsbedingungen ab. Vergleichen Sie daher die Wartungspläne der Lieferanten auf Grundlage derselben jährlichen Betriebsweise.

Bewerten Sie Emissionen und Installation als Gesamtsysteme

Genehmigungsauflagen und Standortgrenzwerte können die Auswahl der Anlage ebenso stark beeinflussen wie der Wirkungsgrad. Vergleichen Sie Stickoxide, Kohlenmonoxid und weitere relevante Emissionen bei den Betriebspunkten, an denen die Anlage tatsächlich eingesetzt wird, und berücksichtigen Sie, wo relevant, auch Anfahrvorgänge und Teillast. Fragen Sie, ob die angegebenen Werte von Verbrennungsregelung oder Abgasnachbehandlung abhängen, und beziehen Sie die damit verbundenen Verbrauchsmaterialien, Druckverluste, den Platzbedarf und den Wartungsaufwand ein.

Auch die Installationsbedingungen unterscheiden sich je nach Projekt. Prüfen Sie Ansaugluftfilterung, Abgasführung, Lärmschutz, Belüftung, Kühlung, Fundamente, Brandschutz und Zugang für den Ausbau der Ausrüstung. Selbst ein kompaktes Generatorpaket kann umfangreiche Infrastruktur im Umfeld erfordern. Bei Wärmerückgewinnungsprojekten können die Lage der Dampfabnehmer und vorhandener Kessel die Rohrleitungskosten und Wärmeverluste erheblich beeinflussen.

Vergleichen Sie auf derselben Betriebsgrundlage

Erstellen Sie vor der Anforderung endgültiger Angebote einen einheitlichen Satz von Annahmen: Profile der elektrischen und thermischen Last, Umgebungsbedingungen, Brennstoffeigenschaften und -druck, Betriebsstunden, Netzanschluss, Emissionsgrenzwerte und erforderliche Verfügbarkeit. Bitten Sie jeden Lieferanten anzugeben, welche Leistungen im Angebot enthalten sind, und die Bedingungen für seine Garantien zu benennen.

Stellen Sie den Lebenszyklusvergleich auf Basis der netto gelieferten Strommenge, des Brennstoffverbrauchs, der tatsächlich genutzten Wärme, der regelmäßigen Wartung, größerer Servicearbeiten, der Nebenaggregate und der erwarteten Ausfallzeiten auf. Berücksichtigen Sie den verbleibenden Bedarf an Netzstrom oder Kesseln, wenn das vorgesehene Aggregat den gesamten Bedarf nicht decken kann.

Wenn der Standort einen stabilen Bedarf sowohl an Strom als auch an Prozesswärme auf hohem Temperaturniveau hat, sollte eine kraft-wärme-gekoppelte Konfiguration mit Gasturbine ernsthaft in Betracht gezogen werden. Bei stark schwankendem Bedarf, begrenztem Wärmebedarf oder hohem Nutzen einer Teilleistung während der Wartung sollten Sie eine modulare Motoranlage eingehend vergleichen. Die bevorzugte Option ist diejenige, die die betrieblichen Anforderungen des Standorts zu den niedrigsten plausiblen Lebenszykluskosten erfüllt – nicht diejenige mit den besten technischen Einzelangaben.