(WK-intern) – Gasturbinen sind ein Typ der Verbrennungskraftmaschinen – Treibstoff wird verbrannt um mechanische Leistung zu erzeugen. Eine Gasturbine besteht aus einer Gasexpansionsturbine, einem vorgeschalteten Verdichter und einer Brennkammer dazwischen.

Die Technologie ist weit verbreitet. Laut Recherche der Technischen Universität Berlin befanden sich 2012 deutlich über 100.000 Gasturbinen weltweit im Einsatz.

Foto von Michal Jarmoluk auf Pixabay

Geschichte

Die erste echte Gasturbine wurde 1791 vom Engländer John Barber entwickelt. Seine Erfindung sollte Pferde als Antriebskkraft für Wagen ersetzen und beinhaltete fast alle Elemente, die auch nocht heutzutage in einer Gasturbine vorhanden sind.

Dies war aber bei weitem nicht die erste Anwendung der Prinzipien von Gasturbinen. Schon im Jahr 50 nach Christus nutzte Hero von Alexandrias Maschine, die Aeolipile (Heronsball), Wasser, Luft und Hitze als treibende Kraft.

Nach Barber patentierte Sir Charles Parsons die Idee ein Schiff mit Dampfturbine anzutreiben (1894) und Charles Gordon Curtis patentierte die erste Gasturbine in den USA im Jahr 1899.

1903 baute der Norweger Ægidius Elling die erste Gasturbine, die mehr Energie erzeugte als die Komponenten brauchten um zu funktionieren. Seitdem wurden immer effizientere Gasturbinen entwickelt, bis im Jahr 2011 Mitsubishi eine Gasturbine testete, die über 60% Effizienz aufweist.

Wie funktionieren sie?

Das Wirkunsprinzip einer Gasturbine beruht auf James Prescott Joules thermodynamischem Kreisprozess. Energiegewinnung ensteht durch die Umwandlung von thermischer Energie in kinetische Energie, in diesem Fall Rotationsenergie, die die Turbine antreibt. Die thermische Energie wird durch Komprimierung von Luft im Verdichter und Zufuhr von Treibstoff in der Brennkammer, in der durch kontinuierliches Verbrennen ein Heizgas ensteht, gewonnen. Die gewonnene Hitze wird durch Thermoelemente kontrolliert.

Im Gegensatz zu Kolbenturbinen laufen Gasturbinen prinzipiell unwuchtfrei und liefern ein kontinuierliches Drehmoment ohne Gleitreibung der sich drehenden Teile. Trotzdem geht ein Teil der erzeigten mechanischen Energie an den Antrieb des Verdichters verloren und es wird außerdem Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben.

Je nach Nutzenergie, existieren zwei Grundarten an Gasturbine: die Wellenturbine und die Strahlturbine. Die Letztere fokusiert auf Bereitstellung der kinetischen Energie des Heizgases in Form von Schub, während für eine Wellenturbine nicht der Schub sondern die abgegebene Leistung maßgeblich ist.

Heutige Nutzung

Zur Zeit werden Gasturbinen in vielen Bereichen eingesetzt, darunter in der Luftfahrt, Militärtechnik und Stromerzeugung, sowie als mechanischer Antrieb.

Ein niedriges Masse/Leistungs-Verhältnis macht Gasturbinen für den Luftfahrtbereich besonders nützlich, da ein niedriges Gesamtgewicht des Flugzeugs gewünscht ist um Treibstoff zu sparen.

Aber auch Militärfahrzeuge wie Kampfpanzer werden mitunter durch Gasturbinen angetrieben, trotz relativ geringer Effizienz. Besser passt die Antriebsweise zur Flugabwehr, und wird für Startrampen und Raketenstationen genutzt. Außerdem werden Gasturbinen in Militärhubschraubern und Militärschnellbooten eingesetzt.

Als Stromerzeuger werden Gasturbinen in Gasturbinenkraftwerken oder Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken eingesetzt. Diese gelten als relativ betriebssicher und erfordern nur relativ niedrige Investitionen. Im Vergleich zu Kohlekraftwerken haben sie aber durch geringeren Wirkungsgrad und höhere Energiepreise im Endeffekt höhere Betriebskosten. Trotzdem werden Gasturbinenkraftwerke zur Abdeckung von Lastspitzen im Stromnetz genutzt, da sie einen sehr schnellen Anlauf innerhalf von sieben Minuten aufweisen.

In der Automobilentwicklung spielten Gasturbinen so gut wie keine Rolle. Rennwagenkonzepte wurden in den 1950er Jahren vorgestellt, wie der Rover Jet 1, aber weitere Tests der Antriebsart waren nur sporadisch. Als Studie konzipierte Jaguar im Jahr 2010 den Jaguar C-X75 mit einer Reichweite von 900 Kilometern un Geschwindigkeit von 330 Kilometern pro Stunde, aber das Model wurde nie mit Gasturbinen verkauft, sonder letztendlich mit einem aufgeladenen Ottomotor versehen.

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