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Die ersten beiden Jahrzehnte dieses Jahrhunderts waren nicht freundlich zu den Kaliforniern. Die anhaltende Megadürre, die sich nun im 22. Jahr befindet, ist die schwerste seit dem Jahr 800 und macht große Gebiete anfällig für rekordverdächtige Waldbrände. Die Dürre hat auch dazu geführt, dass die kalifornischen Stauseen und damit die Wasserkraftversorgung auf einem alarmierend niedrigen Stand sind.
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In Erwartung eines Versorgungsengpasses, wenn die Wasserkraft versiegt, fungierte das Department of Water Resources (DWR) des Bundesstaates als Beschaffungsstelle und nahm vier der schnellstartfähigen TM2500-Aeroderivativ-Gasturbinen von GE in Betrieb, um bei Naturkatastrophen und wenn Wasserkraft und andere erneuerbare Energieträger allein nicht genug Strom erzeugen können, um die Nachfrage zu decken, die Lichter bei den Kunden zu erhalten.
Die vier erdgasbetriebenen Turbinen mit einer Gesamtleistung von 136 Megawatt - genug, um das Äquivalent von etwa 130.000 US-Haushalten zu versorgen - wurden von Kiewit Power Constructors in Anlagen in Roseville und Yuba City, nördlich von Sacramento, installiert. Die Anlagen können auf Anweisung des California Independent System Operator oder der Western Area Power Authority innerhalb von fünf Minuten gestartet werden und ihre volle Leistung zur Unterstützung des Netzes bereitstellen.
In ihrer Standardkonfiguration erfüllen die mobilen Turbinen, die normalerweise für Notfälle eingesetzt werden, bereits die Emissionsstandards der Weltbank. Kalifornien, das zu den strengsten Emissionsvorschriften der Welt gehört, verlangt noch niedrigere Stickoxid- (NOx) und Kohlenmonoxid- (CO) Emissionen, so dass GE und seine Partner eine Lösung für seine mobile Gasturbine entwickeln mussten.
Kohlenmonoxid trägt indirekt zum Klimawandel bei, indem es sich in der Atmosphäre in Ozon (auch bekannt als Smog) und Methan umwandelt, die nach Kohlendioxid die zweit- und drittgrößten Treibhausgase sind. Stickoxide (vor allem NO und NO2, zusammen als NOx bezeichnet) können dagegen große Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben.
Um dieser Emissionsproblematik zu begegnen, hat GE im Juni dieses Jahres gemeinsam mit DWR eine Lösung für seine mobilen Gasturbinen entwickelt, die auf der selektiven katalytischen Reduktionstechnologie (SCR) basiert. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um einen Katalysator, der mit einem 22 Meter hohen Schornstein ausgestattet ist und die CO- und NOx-Emissionen um bis zu 90 % senken kann.
"Die mobile aeroderivative Technologie von GE, die in der Regel für Notstromanlagen eingesetzt wird, ist eine perfekte Ergänzung für den Einsatz von erneuerbaren Energien und Spitzenlastkraftwerken weltweit", sagt Clive Nickolay, CEO des Geschäftsbereichs aeroderivative Energien von GE Gas Power. "Wir freuen uns, dass wir Kraftwerksbetreibern wie DWR die Flexibilität bieten können, bei Bedarf schnell eine temporäre Stromversorgung zu installieren und gleichzeitig erhebliche Fortschritte bei der Senkung der NOx- und CO-Emissionen in den niedrigen einstelligen Bereich zu erzielen - und sie damit für eine kohlenstoffärmere Zukunft zu rüsten."
Einer der Vorzüge der TM2500 - einer aeroderivativen Turbine, d. h. eines umgebauten Düsentriebwerks - besteht darin, dass sie auf einem Anhänger montiert, zu einem Standort gezogen und schnell aufgestellt werden kann, um Netzbetreiber und Stromversorger bei einem Netzausfall zu unterstützen.
"Die TM2500-Einheit kann in nur etwa zwei Wochen installiert werden", sagt Patrick Maher, Leiter des Bereichs Kommerzialisierung für aeroderivative Energieprojekte bei GE Gas Power, der das SCR-Projekt leitete. "Wir wollten eine Lösung für die SCR schaffen, die fast genauso schnell installiert werden kann. Dank der vormontierten, modularen Komponenten konnte die Einheit in nur wenigen Wochen montiert werden." Die kürzere Installationszeit führt zu niedrigeren Kosten für den Kunden.
Wie funktioniert das Ganze? "Ein Katalysator ist eine Art Bienenwabe - sehr kleine Quadrate, durch die das Abgas der Gasturbine strömt", erklärt Maher. "Wenn das Abgas durch diesen Katalysator strömt, oxidiert das CO zu CO2, wodurch das CO effektiv aus dem Abgasstrom entfernt wird." Zur Reduzierung von NOx ist ein zweiter Katalysator erforderlich. Die Turbinenabgase werden mit verdampftem Ammoniak vermischt und durchlaufen dann den zweiten Katalysator. Durch die Reaktion wird das NOx in Stickstoff und Wasserdampf umgewandelt.
Weltweit sind mehr als 300 TM2500 im Einsatz, mit über 6 Millionen Betriebsstunden. Ein neuer Kunde ist das Schweizer Bundesamt für Energie, das acht dieser Turbinen in einem Kraftwerk in der Nähe von Zürich installiert, um eine mögliche Stromlücke in diesem Winter zu schließen. Länder wie die Schweiz und andere fortschrittlichere Nationen mit strengen CO- und NOx-Anforderungen haben nun die Möglichkeit, ihre Emissionen bei Bedarf mit mobilen Gasturbinen von GE weiter zu reduzieren.
Der heilige Gral der Zukunft ist die Möglichkeit, diese Turbinen mit kohlenstofffreien oder kohlenstoffarmen Brennstoffen wie grünem Wasserstoff zu betreiben. Heute können diese Maschinen bereits 75 % Wasserstoff verbrennen, und im Zuge des Wachstums der Wasserstoffwirtschaft (H2) wird GE die Fähigkeit der TM2500 weiterentwickeln, 100 % H2 in seinen mobilen Gasturbinen zu verbrennen und dabei CO2-Emissionen während des Betriebs zu vermeiden. Dies wird den Kraftwerksbetreibern letztendlich den Vorteil bieten, nicht nur die Schnellstart-/Sprechlösungen zu nutzen, sondern auch über eine weltweit einsetzbare Lösung für die Stromerzeugung mit Netto-Null-Kohlenstoffemissionen zu verfügen.
GE arbeitet bereits an der Erprobung von Mischungen aus Wasserstoff und Erdgas. Ein Beispiel dafür ist der jüngste Test mit der New York Power Authority auf einer aeroderivativen GE LM6000-Gasturbine, der einen eindeutigen Zusammenhang zwischen mehr Wasserstoff und geringeren CO2-Emissionen zeigte: Bei einer 35-prozentigen Mitverbrennung von Wasserstoff sanken die Werte um etwa 14 %, während die NOx-, CO- und Ammoniakwerte ebenfalls unter den gesetzlichen Grenzwerten blieben. Während CO2 und CO in einer wasserstoffbetriebenen Welt verschwinden würden, blieben die NOx-Emissionen bestehen, und Lösungen, wie sie 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 in der Luft eine Reihe sich ergänzender Strategien. Die Flexibilität der aeroderivativen Gasturbinentechnologie von GE mit Maschinen wie der TM2500 ist ein wichtiges Instrument im Energiemix, da sie erneuerbare Energien mit schnellen Startzeiten ergänzen kann. "Es ist eine gute Ergänzung", sagt Maher. "Aufgrund ihrer Modularität ist sie eine kosteneffiziente Option, die geringe Wartungskosten verursacht und die Umwelt weniger belastet als frühere Optionen
