Eine gute Reinigung: Mobile Gasturbinen von GE können jetzt einige der strengsten CO- und NOx-Emissionsvorschriften erfüllen

Die ersten zwei Jahrzehnte dieses Jahrhunderts waren für die Kalifornier nicht gerade freundlich. Die anhaltende Megadürre, die nun schon im 22. Jahr andauert, ist die schwerste seit dem Jahr 800 und macht weite Landstriche anfällig für rekordverdächtige Waldbrände. Die Dürre hat auch dazu geführt, dass Kaliforniens Stauseen und damit die Wasserkraftversorgung auf einem besorgniserregend niedrigen Niveau sind. Das Ministerium für Wasserressourcen (Department of Water Resources, DWR) des Bundesstaats rechnete damit, dass es bei einem Ausfall der Wasserkraft zu einer Versorgungsengpässe kommen würde, und fungierte als Beschaffungsbeauftragter. Es nahm vier der Schnellstart-Gasturbinen des Typs TM2500 von GE in Betrieb, um bei Naturkatastrophen sowie bei Wasserkraft- und anderen Katastrophen das Licht der Kunden am Laufen zu halten Erneuerbare Energien können allein nicht genug Strom produzieren, um den Bedarf zu decken.

Die vier erdgasbetriebenen Turbinen mit einer Gesamtleistung von 136 Megawatt – genug, um etwa 130.000 US-Haushalte mit Strom zu versorgen – wurden von Kiewit Power Constructors in Kraftwerken in Roseville und Yuba City nördlich von Sacramento installiert. Auf Anweisung des California Independent System Operator oder der Western Area Power Authority können die Einheiten innerhalb von fünf Minuten gestartet werden und ihre volle Leistung zur Unterstützung des Netzes bereitstellen.

In ihrer Standardkonfiguration erfüllen die mobilen Turbinen, die typischerweise im Notfall eingesetzt werden, bereits die Emissionsstandards der Weltbank. Kalifornien, das zu den strengsten Emissionsvorschriften der Welt zählt, verlangt sogar noch geringere Stickoxid- (NOx) und Kohlenmonoxid- (CO) Emissionen. Daher mussten GE und seine Partner eine Lösung für seine mobile Gasturbine entwickeln.

Kohlenmonoxid trägt indirekt zum Klimawandel bei, indem es sich in der Atmosphäre in Ozon (auch bekannt als Smog) und Methan umwandelt, die zweit- und drittschädlichsten Treibhausgase nach Kohlendioxid. Stickoxide (hauptsächlich NO und NO2, zusammen NOx genannt) können mittlerweile große Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben.

Um dieser Emissionsherausforderung zu begegnen, arbeitete GE im Juni dieses Jahres mit DWR zusammen, um eine Lösung für seine mobilen Gasturbinen zu entwickeln, die die selektive katalytische Reduktionstechnologie (SCR) nutzt. Im Wesentlichen handelt es sich um einen Katalysator wie am Auspuffrohr eines Autos, aber mit einem 70 Fuß (22 Meter) hohen Schornstein kann der SCR CO und NOx um bis zu 90 % reduzieren.

„Die aerodynamische mobile Technologie von GE, die typischerweise für die Notstromversorgung eingesetzt wird, ist eine perfekte Ergänzung zu erneuerbaren Energien und Spitzenstrom-Anwendungsfällen weltweit“, sagt Clive Nickolay, CEO des Geschäftsbereichs aeroderivative Energie von GE Gas Power. „Wir freuen uns, Kraftwerksbetreibern wie DWR die Flexibilität zu geben, bei Bedarf schnell temporären Strom zu installieren und gleichzeitig erhebliche Fortschritte bei der Reduzierung der NOx- und CO-Emissionen auf den niedrigen einstelligen Bereich zu erzielen – und sie so für eine kohlenstoffärmere Zukunft zu positionieren.“

Einer der Vorzüge der TM2500 – einer aus der Luft abgeleiteten Turbine, also eines umkonfigurierten Strahltriebwerks – besteht darin, dass sie auf einem Anhänger montiert, an einen Standort geschleppt und schnell aufgebaut werden kann, um Netzbetreiber und Energieversorger bei einem Netzausfall zu unterstützen.

„Die TM2500-Einheit kann in nur etwa zwei Wochen installiert werden“, sagt Patrick Maher, Kommerzialisierungsleiter für aeroderivative Energieprojekte bei GE Gas Power, der das SCR-Projekt beaufsichtigte. „Wir wollten eine Lösung für den SCR schaffen, die nahezu mit der gleichen Geschwindigkeit installiert werden kann. Dank der vormontierten Modulkomponenten dauerte der Aufbau dieser Einheit nur wenige Wochen.“ Die kürzere Installationszeit führt zu geringeren Kosten für den Kunden.

Wie funktioniert es? „Ein Katalysator ähnelt einer Bienenwabe – sehr kleine Quadrate, durch die das Abgas der Gasturbine strömt“, erklärt Maher. „Wenn das Abgas diesen Katalysator passiert, oxidiert das CO zu CO2 und entfernt so effektiv das CO aus dem Abgasstrom.“ Um NOx zu reduzieren, ist ein zweiter Katalysator erforderlich. Die Turbinenabgase werden mit verdampftem Ammoniak vermischt und passieren dann den zweiten Katalysator. Die Reaktion wandelt das NOx in Stickstoff und Wasserdampf um.

Weltweit sind mehr als 300 TM2500 mit über 6 Millionen Betriebsstunden im Einsatz. Ein aktueller Kunde ist das Schweizer Bundesamt für Energie, das acht der Turbinen in einem Kraftwerk in der Nähe von Zürich installiert, um einen möglichen Strommangel in diesem Winter zu decken. Jetzt haben Länder wie die Schweiz und andere fortgeschrittenere Länder mit strengen CO- und NOx-Anforderungen die Flexibilität, ihre Emissionen bei Bedarf mit mobilen Gasturbinen von GE weiter zu reduzieren.

Der heilige Gral der Zukunft ist die Möglichkeit, diese Turbinen mit emissionsfreien oder kohlenstoffarmen Brennstoffen wie grünem Wasserstoff zu betreiben. Heute sind diese Maschinen bereits in der Lage, 75 % Wasserstoff zu verbrennen, und da die Wasserstoffwirtschaft (H2) wächst, wird GE die Fähigkeit des TM2500 weiterentwickeln, in seinen mobilen Gasturbinen 100 % H2 zu verbrennen, wodurch CO2-Emissionen während des Betriebs vermieden werden. Dies wird Kraftwerksbetreibern letztendlich den Vorteil verschaffen, nicht nur die Schnellstart-/Peaking-Lösungen zu nutzen, sondern auch über eine schaltbare Stromerzeugungslösung mit Netto-Null-CO2-Emissionen zu verfügen, die weltweit eingesetzt werden kann.

GE arbeitet bereits daran, Mischungen aus Wasserstoff und Erdgas zu testen. Ein Beispiel ist der kürzlich durchgeführte Test mit der New York Power Authority an einer aeroderivativen Gasturbine vom Typ GE LM6000, der einen klaren Zusammenhang zwischen mehr Wasserstoff und geringeren CO2-Emissionen zeigte, wobei die Raten bei 35 Vol.-% Wasserstoff-Mitverbrennung und NOx um etwa 14 % gesenkt wurden Auch die CO-, CO- und Ammoniakwerte wurden unter den gesetzlichen Grenzwerten gehalten. Doch während CO2 und CO in einer wasserstoffbetriebenen Welt verschwinden würden, würde NOx bleiben und Lösungen wie die, die GE in Kalifornien entwickelt hat, werden dazu beitragen, die NOx-Emissionen niedrig zu halten.

Wie bei jedem komplexen Problem erfordert die Vermeidung von Treibhausgasen und anderen Emissionen aus der Luft eine Reihe ergänzender Strategien. Die Flexibilität der aeroderivativen Gasturbinentechnologie von GE mit Maschinen wie der TM2500 stellt ein Schlüsselinstrument im Energiemix dar, da sie erneuerbare Energien durch schnelle Startzeiten ergänzen kann. „Das ist eine schöne Ergänzung“, sagt Maher. „Aufgrund seiner Modularität ist es eine kostengünstige Option, hat niedrige Wartungskosten und hat eine geringere Auswirkung auf die Umwelt als frühere Optionen.“