Zweistufige Verbrennung: Der Schlüssel zur Gasturbine für 100 % Wasserstoff
Für eine effiziente, umweltfreundliche Stromerzeugung sind Gasturbinen mit zweistufiger Verbrennung ein vielversprechender Ansatz. Sie sind in der Lage verschiedene Brennstoffe wie Wasserstoff, Ammoniak oder Synthesegas effizient und ohne CO2-Emissionen zu nutzen. Allerdings können dabei sogenannte thermoakustische Instabilitäten auftreten, die den Betriebsbereich einschränken und gegebenenfalls zu erhöhter Bauteilbelastung führen. Die zweite Brennkammer ist bei gewissen Betriebspunkten anfällig für hochfrequente Instabilitäten.
Vor diesem Hintergrund hat das Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering IEFE der ZHAW School of Engineering eine neue Methode entwickelt, mit der sich das Auftreten solcher hochfrequenten thermoakustischen Instabilitäten berechnen lässt – ein wichtiger Schritt für die Entwicklung von robusten und effizienten Gasturbinen. Mit der neuen Methode haben die IEFE-Forschenden Mirko Bothien, Simon Heinzmann und Harish Gopalakrishnan das Stabilitätsverhalten von Verbrennungsprüfständen sowie einer realen Brennkammer der Ansaldo Energia GT36 analysiert. Mit Hilfe einer 3D-Analyse simulierten sie das Verhalten und verglichen die Ergebnisse mit realen Messungen.
Die Untersuchungen zeigen: Das neue Berechnungsmodell ist äusserst präzise. Es kann zuverlässig vorhersagen, wann hochfrequente Instabilitäten durch die akustische Koppelung mit der Flamme entstehen. Dadurch lässt sich bereits in frühen Entwicklungsphasen erkennen, ob der Gasturbinenbetrieb stabil ist oder Anpassungen nötig sind.
Das Projekt FLEX4H2 «Flexibilität für Wasserstoff» wird im Rahmen des Horizon Europe (Projekt Nr. 101101427) realisiert.
https://www.zhaw.ch/de/forschung/projekt/73690
Projektname
Flex4H2 - Flexibilität für Wasserstoff
Beteiligte
Projektleiter: Mirko Bothien, ZHAW
Projektmitarbeitende: Simon Heinzmann und Harish Gopalakrishnan, ZHAW
Drittmittelgeber: Horizon Europe / Projekt Nr. 101101427
Projektpartner: FLEX4H2 Konsortium
Projektdauer
Januar 2023 bis Dezember 2026
Publikationen
Fachzeitschrift Combustion and Flame: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2025.114010
Die ASME-Publikation (GT2025-152879) erscheint im Sommer 2025.