DE102017120369A1

DE102017120369A1 - Mikrogasturbinenanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Mikrogasturbinenanordnung

Info

Publication number: DE102017120369A1
Application number: DE102017120369.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Huber
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2019-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikrogasturbinenanordnung mit einer Verdichteranordnung, die einen in einer Prozessgasleitung angeordneten Niederdruckverdichter (1) und einen Hochdruckverdichter (8) mit einem dazwischen in der Prozessgasleitung angeordneten Zwischenkühler (6) für eine mehrstufige Verdichtung von Prozessgas mit Zwischenkühlung umfasst, mit einer Brennkammer (10) zur Verbrennung von Prozessgas in Form von Oxidator unter Zugabe von Brennstoff zur Entstehung von Prozessgas in Form von heißen Abgasen, mit einer der Brennkammer (10) nachgeschalteten Turbinenanordnung, die zumindest eine Hochdruckturbine (9) und eine Niederdruckturbine (2) umfasst, in der heiße Abgase der Brennkammer (10) unter Antrieb der Turbinen (9, 2) stufenweise entspannt werden und mit zumindest einem auf einer Welle (3, 21) sitzenden Generator (4, 12) zur Stromerzeugung, wobei der Niederdruckverdichter (1) und die Niederdruckturbine (2) sowie der Hochdruckverdichter (8) und die Hochdruckturbine (9) jeweils auf einer gemeinsamen Welle (3, 21) sitzen, sodass die Verdichter (1, 8) über die Turbinen (9, 2) angetrieben werden. Ein hoher Wirkungsgrad im Teillastbereich, insbesondere ohne bzw. mit geringer Rekuperation, wird dadurch erreicht, dass eine Einstellvorrichtung vorhanden ist, durch die die Zwischenkühlung zwischen dem Niederdruckverdichter (1) und dem Hochdruckverdichter (8) derart regelbar ausgestaltet ist, dass die Temperatur des Prozessgases vor Eintritt in den Hochdruckverdichter (8) von einem Minimum bei maximaler Zwischenkühlung bis zu einem Maximum ohne jegliche Zwischenkühlung einstellbar ist (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrogasturbinenanordnung mit einer Verdichteranordnung, die einen in einer Prozessgasleitung angeordneten Niederdruckverdichter und einen Hochdruckverdichter mit einem dazwischen in der Prozessgasleitung angeordneten Zwischenkühler für eine mehrstufige Verdichtung von Prozessgas mit Zwischenkühlung umfasst, mit einer Brennkammer zur Verbrennung von Prozessgas in Form von Oxidator unter Zugabe von Brennstoff zur Entstehung von Prozessgas in Form von heißen Abgasen, mit einer der Brennkammer nachgeschalteten Turbinenanordnung, die zumindest eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine umfasst, in der heiße Abgase der Brennkammer unter Antrieb der Turbinen stufenweise entspannt werden und mit zumindest einem auf einer Welle sitzenden Generator zur Stromerzeugung, wobei der Niederdruckverdichter und die Niederdruckturbine sowie der Hochdruckverdichter und die Hochdruckturbine jeweils auf einer gemeinsamen Welle sitzen, sodass die Verdichter über die Turbinen angetrieben werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Mikrogasturbinenanordnung.
Kompakte Gasturbinen mit einer Leistung bis herunter zu wenigen oder 1 KW_el, auch Mikrogasturbinen genannt, stellen eine vorteilhafte Alternative zur Erzeugung von Strom und Wärme dar. So kommen sie beispielsweise zur dezentralen Energieversorgung in Blockheizkraftwerken zur Erzeugung von Wärme und Strom für z. B. große Wohngebäude, Krankenhäuser oder Industrie- und Gewerbebetriebe zum Einsatz. Seit einigen Jahren werden stationäre Mikrogasturbinen auch, insbesondere in Kombination mit Abgasbrennern, zur Erzeugung von Prozesswärme und/oder Prozessdampf eingesetzt. Hierbei ersetzen sie die dort standardmäßig eingesetzten klassischen Industriebrenner, wobei sie im Gegensatz zu Industriebrennern vorteilhaft gleichzeitig Strom erzeugen.
Stationäre Mikrogasturbinen zur Erzeugung von Strom und Wärme zeichnen sich in der Regel durch einstufige radiale Verdichtung, einen Rekuperator (Gas-Gas-Wärmetauscher), eine Brennkammer und eine radiale Turbine aus. Beim konventionellen Mikrogasturbinenprozess wird die Prozessluft, die bei der Verbrennung als Oxidator dient, zunächst mittels des Radialkompressors verdichtet und meist anschließend in einem Rekuperator mit Hilfe des heißen Turbinenabgases weiter erwärmt. Die Wärmerückgewinnung über den Rekuperator ermöglicht eine erhebliche Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades bei den für Mikrogasturbinen typischen niedrigen Druckverhältnissen (Druckverhältnis kleiner 5). Ein Druckverhältnis von 4-5 führt in der Regel bei einer hohen Rekuperatoreffizienz (typischerweise 80-90 %) und aktuell typischen Turbineneintrittstemperaturen von etwa 950 °C (begrenzt durch das Turbinenmaterial, welches bei Mikrogasturbinen in der Regel nicht gekühlt wird) zu einem Optimum des elektrischen Wirkungsgrades. Im Anschluss an die Verdichtung wird die Prozessluft der Brennkammer zugeführt, mit dem Brennstoff vermischt und unter Sauerstoffüberschuss (mager) verbrannt. Die Verbrennungsabgase werden anschließend über eine Turbine entspannt und in dem Rekuperator und einem stromab davon angeordneten Wasserwärmetauscher abgekühlt. Der größere Teil der abgegebenen Turbinenleistung (ca. 60 %) wird zur Verdichtung der Prozessluft und zur Überwindung der mechanischen Reibungsverluste benötigt. Die überschüssige mechanische Leistung kann z. B. durch einen Permanentmagnetgenerator, der zusammen mit den Turbokomponenten (Verdichter und Turbine) auf einer Welle liegt, in elektrische Energie umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist werden. Die Auskopplung der Wärme z. B. zur Warmwasserbereitung, Kälte- oder Prozesswärme- und/oder Prozessdampferzeugung findet stromab der Turbine, bei Vorhandensein eines Rekuperators stromab dessen, auf der Abgasseite statt.
Alternativ zu den beschriebenen Mikrogasturbinen, die nach dem klassischen Brayton-Prozess arbeiten, bei dem der Verdichter die angesaugte Luft stromauf der Brennkammer auf Hochdruck verdichtet, sind auch im subatmosphärischen Bereich betriebene Mikrogasturbinen (inverse Mikrogasturbinen) basierend auf dem invertierten Brayton-Prozess bekannt. Bei diesen im subatmosphärischen Bereich arbeitenden Mikrogasturbinen ist der Verdichter in der Abgasleitung stromab der Turbine angeordnet. Die Verbrennung findet dabei nahezu unter Umgebungsdruck statt.
Sowohl bei Hochdruck- als auch bei inversen Mikrogasturbinen steht bei einigen Anwendungen, wie z. B. bei Erzeugung von Prozessdampf und/oder -wärme, ein hoher Wärmebedarf gegenüber der Erzeugung elektrischer Energie im Vordergrund. Bei derartiger Nutzung kann zugunsten einer höheren Wärmeauskopplung vorteilhaft auf eine Rekuperation verzichtet werden oder zumindest ein weniger effizienter, dafür wesentlich kostengünstigerer Rekuperator zum Einsatz kommen. Durch einen Verzicht auf den Rekuperator lassen sich die Gesamtkosten einer Mikrogasturbinenanordnung in der Regel um bis zu 20-30 % reduzieren.
Verschlechterungen in der Effizienz ergeben sich bei Mikrogasturbinenanordungen im Allgemeinen im Teillastbereich. Die Leistungsregelung erfolgt in der Regel durch eine variable Drehzahl. Aufgrund der drehzahlgesteuerten Fahrweise ergibt sich im Teillastbetrieb ein deutlich verringerter elektrischer Wirkungsgrad im Vergleich zum Volllastbetrieb und in der Regel eine erhöhte CO-Emission. Der verringerte Wirkungsgrad im Teillastbetrieb ist auf das reduzierte Druckverhältnis, welches durch die im Verhältnis zum Volllastbetrieb geringere Drehzahl und den reduzierten Massenstrom bedingt ist, und der (als Regelgröße) konstant gehaltenen Turbinenaustrittstemperatur zurückzuführen: Bei geringerem Druckverhältnis ist eine geringere Turbineneintrittstemperatur, verbunden mit einer niedrigeren Flammentemperatur erforderlich, die in der Regel durch eine gegenüber dem Vollastbetrieb magereren Verbrennung erzielt wird. In der Regel wird die Teillast daher durch die magere Löschgrenze und die aufgrund der geringeren Flammentemperatur erhöhten CO-Emissionen begrenzt.
Um Mikrogasturbinen möglichst flexibel einsetzen zu können, gehen die Bestrebungen dahin, den elektrischen Wirkungsgrad im Teillastbetrieb zu verbessern. Auf diese Weise wird die Möglichkeit geschaffen, Mikrogasturbinen z. B. in Blockheizkraftwerken oder bei der Prozessdampf- und/oder -wärmegewinnung auch effizient im Teillastbetrieb betreiben zu können und somit auf Änderungen im Leistungsbedarf, insbesondere im Wärmebedarf, durch Umschaltung zwischen Volllast- und Teillastbetrieb reagieren zu können.
Ein Konzept zur Effizienzsteigerung im Teillastbetrieb ist in der EP 2 876 279 B1 offenbart. Hierbei weist die Anordnung zusätzlich zu dem Hochdruckverdichter einen Teillastverdichter auf, der im Teillastbetrieb der Mikrogasturbinenanordnung zugeschaltet wird. Dadurch kann ein konstantes oder nahezu konstantes Druckverhältnis zwischen Teillastpunkt und Volllastpunkt über verschiedene Drehzahlen und Massenströme bereitgestellt werden. Dabei ist jedoch das Regelmittel, für gewöhnlich ein Ventil oder eine Klappe, zur Regelung des Massenstroms der Hochdruckturbine aufgrund der hohen Turbineneintrittstemperaturen einer hohen Belastung ausgesetzt, was die Zuverlässigkeit reduzieren und die Kosten der Anlage erhöhen kann.
Neben dem Vorhandensein eines zusätzlichen Teillastverdichters sind bei Mikrogasturbinenanordnungen weitere effizienzsteigernde Ausgestaltungen bekannt, wobei die vorliegende Erfindung von dem Konzept einer mehrstufigen Mikrogasturbinenanordnung mit Zwischenkühlung ausgeht, wie in der US 7,57 4,867 B2 offenbart. Dabei strömt die Prozessluft aus der ersten Verdichterstufe weiter in einen stromab angeordneten Zwischenkühler, der einen Teil der bei der Verdichtung entstandenen Wärme aus der Prozessluft entfernt. Dadurch wird die Dichte der Prozessluft vor Eintritt in den stromab des Zwischenkühlers angeordneten Hochdruckverdichter reduziert. Auf diese Weise wird die benötigte Verdichterleistung des Hochdruckverdichters verringert, wodurch sich die Effizienz der Mikrogasturbinenanordnung erhöht.
Weitere Gasturbinenanordnungen mit Zwischenkühlung zwischen zwei Verdichterstufen sind in der US 2013/0139519 A1 und der EP 2 876 279 B1 gezeigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrogasturbinenanordnung mit mehrstufiger Verdichtung und Zwischenkühlung bereitzustellen, bei der der Teillastbetrieb optimiert ist und die eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Ferner liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben der Mikrogasturbinenanordnung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird für die Mikrogasturbinenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Für die Mikrogasturbinenanordnung ist vorgesehen, dass eine Einstellvorrichtung vorhanden ist, durch die die Zwischenkühlung zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Hochdruckverdichter derart regelbar ausgestaltet ist, dass die Temperatur des Prozessgases vor Eintritt in den Hochdruckverdichter von einem Minimum bei maximaler Zwischenkühlung bis zu einem Maximum ohne jegliche Zwischenkühlung einstellbar ist. Das Prozessgas wird bei Hochdruck-Mikrogasturbinen, bei denen die Verdichtung stromauf der Brennkammer stattfindet, von Oxidator, in der Regel Prozessluft, ggf. versetzt mit weiteren Bestandteilen, gebildet. Bei inversen Mikrogasturbinen, mit Verdichtung stromab der Brennkammer, wird das Prozessgas durch Abgas gebildet. Das Maximum der Prozessgastemperatur hängt von den Betriebsbedingungen der Mikrogasturbinenanordnung ab, z. B. von dem Druckverhältnis durch die erste Verdichterstufe, der Niederdruckverdichtung, und liegt beispielsweise zwischen 80 und 200 °C. Das Minimum, mit der maximal möglichen Zwischenkühlung, ist insbesondere abhängig von der Konfiguration des Zwischenkühlers, wie etwa der Kühlereffizienz, Kühlmediummenge und/oder -temperatur etc., und von sonstigen Betriebsbedingungen der Mikrogasturbinenanordnung, wie Zwischenkühlereintrittstemperatur, Prozessgasmassenstrom, etc., und liegt z. B. zwischen 50 und 70 °C.
Durch die derartige Zwischenkühlung mit Temperaturregelung des Prozessgasstromes, d. h. Oxidator- bzw. Abgasstroms, kann der Wirkungsgrad sowohl im Volllastals auch im Teillastbereich optimiert werden. Es hat sich herausgestellt, dass im Volllast- und im Teillastbereich unterschiedliche Effekte zu einem erhöhten Wirkungsgrad führen: Bei Volllast wird durch die Zwischenkühlung die Temperatur und damit die Dichte des Prozessgases, d.h. Oxidator oder Abgas, vor Eintritt in den stromab des Zwischenkühlers angeordneten Hochdruckverdichter reduziert. Auf diese Weise wird die benötigte Verdichterleistung des Hochdruckverdichters verringert, wodurch sich die Gesamteffizienz der Mikrogasturbinenanordnung erhöht. Im Teillastfall (etwa 30 % bis unter 100 % der Drehzahl) dagegen hat sich herausgestellt, dass durch eine Reduktion der bzw. einen Verzicht auf die Zwischenkühlung ein höherer Wirkungsgrad als mit Zwischenkühlung erzielt werden kann: Durch den Verzicht auf die Zwischenkühlung bzw. die Reduktion der Zwischenkühlung erhöht sich die Temperatur des Prozessgases vor Einleitung in den Hochdruckverdichter im Vergleich zur maximalen Zwischenkühlung im Teillastfall. Dadurch wird der Volumenstrom erhöht und damit die Reduktion des Druckniveaus im Teillastbetrieb gegenüber dem Volllastbetrieb verkleinert. Dies wiederum führt bei unveränderter Verdichtergeometrie zu höheren Drehzahlen und höheren Druckverhältnissen. Der Verzicht auf die Kühlung erhöht zwar die Verdichterleistung, führt aber zu einer höheren Brennkammereintrittstemperatur (vor allem bei Anordnungen ohne oder mit wenig effizientem Rekuperator) und reduziert somit die nötige Brennstoffzufuhr zum Erreichen der vorgegebenen Turbinenaustrittstemperatur. Da der elektrische Wirkungsgrad von Druck und Temperatur am Turbineneintritt abhängt, steigt dieser bei gleicher Turbineneintrittstemperatur aufgrund des höheren Drucks im Vergleich zum Teillastbetrieb mit Zwischenkühlung. Die Zunahme des Wirkungsgrades wird in der Regel zusätzlich dadurch gesteigert, dass aufgrund des ansonsten niedrigen Druckverhältnisses des Hochdruckverdichters aufgrund der Temperaturlimitierung des Turbinenmaterials die Turbineneintrittstemperatur im Teillastfall reduziert werden muss.
Als besonders ausgeprägt hat sich diese Überlagerung der vorteilhaften Effekte bei einer Mikrogasturbinenanordnung ohne Rekuperator (Gas-Gas-Wärmetauscher abgasseitig stromab der Turbinenanordnung, Oxidatorseitig stromauf der Brennkammer) herausgestellt, wie insbesondere bei Anwendungen mit hohem Wärmebedarf, beispielsweise der Erzeugung von Prozessdampf/-wärmeerzeugung, vorteilhaft. Der Effekt nimmt mit Steigerung der Rekuperatoreffizienz ab und egalisiert sich bei einem hocheffizienten Rekuperator, der den Oxidator vor Eintritt in die Brennkammer auf das gleiche Temperaturniveau wie die Abgastemperatur stromab der Turbinenanordnung hebt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zwischenkühlung lässt sich die Mikrogastubinenanordnung sowohl unter Volllast als auch Teillast, unter geringem Aufwand optimiert betreiben. Möglich wären auch mehr als eine Verdichterstufe mit einer oder mehr als einer Zwischenkühlungsstufe.
In einer bevorzugten, besonders kostengünstigen und einfach zu implementierenden Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Einstellvorrichtung zur Regelung der Zwischenkühlung zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Hochdruckverdichter parallel zu dem Zwischenkühler einen Bypass mit einem Schließmittel aufweist, sodass der Anteil des durch den Zwischenkühler strömenden Prozessgases regelbar ist, wobei der andere Anteil über den Bypass strömt. Durch die parallele Anordnung des Bypasses zu der Oxidatorleitung bzw. Abgasleitung zwischen Niederdruckverdichter und Hochdruckverdichter kann der Oxidatorstrom bzw. Abgasstrom nach Verlassen des Niederdruckverdichters durch den Zwischenkühler und/oder, je nach Regelung, durch den Bypass in den stromab angeordneten Hochdruckverdichter geleitet werden. Je nach Anordnung kann der Bypass z. B. als Leitung, Öffnung oder dergleichen ausgestaltet sein. Als Schließmittel kann, auch je nach Ausgestaltung des Bypasses, z. B. eine Klappe, ein Ventil oder dergleichen vorhanden sein. Je nachdem, ob für die Regelung benötigt, sind zudem Schließmittel stromab des Abzweiges des Bypasses in der Zuleitung zu dem Zwischenkühler vorgesehen, die mit den Schließmitteln des Bypasses zusammenwirken. Es kann auch ein gemeinsames Schließmittel für den Bypass und die Zuleitung zu dem Zwischenkühler z. B. in Form eines Drei-Wegeventils verwendet werden. Durch eine derartige Ausgestaltung kann der Anteil des Prozessgasstroms durch den Zwischenkühler mithilfe des bzw. der Schließmittel variiert werden. Im Grenzfall betragen die Anteile 0 und 100 %, d. h. das Prozessgas strömt vollständig durch den Zwischenkühler oder den Bypass. Vor Einleitung in den Hochdruckverdichter werden die Anteile wieder zusammengeführt. Durch die Regelung der Anteile lässt sich die Temperatur des Gesamt-Prozessgasstromes vor Eintritt in den Hochdruckverdichter auf einfache Weise regeln, und zwar von dem Maximum entsprechend der Temperatur ohne jegliche Zwischenkühlung (d. h. das Prozessgas wird vollständig über den Bypass geleitet) bis herunter zu dem Minimum bei vollständiger Leitung des Prozessgases über den Zwischenkühler, das durch die maximal mögliche Zwischenkühlung bestimmt ist. Das Minimum mit der maximal möglichen Zwischenkühlung ist insbesondere abhängig von der Konfiguration des Zwischenkühlers, wie etwa der Kühlereffizienz, Kühlmediummenge und/oder -temperatur etc., und/oder der Mikrogasturbinenanordnung, wie Betriebsbereich. Möglich wären auch mehr als eine Verdichterstufe mit einer oder mehr als einer Zwischenkühlungsstufe, insbesondere mit Bypass.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante könnte die Einstellvorrichtung der Zwischenkühlung durch einen regelbaren Zwischenkühler, z. B. durch Regelung der Kühlmediummenge und/oder -temperatur, gebildet sein.
Bei der Variante mit Bypass lässt sich der Wirkungsgrad unter Volllast optimieren, wenn der Bypass durch die Schließmittel geschlossen ist, um den Oxidatorstrom vollständig durch den Zwischenkühler zu leiten. Dadurch kann die maximale Kühlwirkung und somit die minimale Temperatur vor Einleitung in den Hochdruckverdichter erreicht werden, die auch abhängig ist von dem Gesamtsystem und z. B. zwischen 50 und 80 °C liegen kann. Im Teillastbetrieb wird der Anteil an Prozessgas durch den Zwischenkühler unterbunden bzw. reduziert, was mit einem Anstieg der Temperatur stromauf des Hochdruckverdichters einhergeht. Hierbei können je nach Anlage und Anforderung geeignete Regelstrategien zwischen Teillastbetrieb mit unterbundener bzw. mit reduzierter Zwischenkühlung und Volllastbetrieb mit maximaler Zwischenkühlung des Oxidatorstromes ausgelegt werden.
Ein vorteilhaftes Anwendungsfeld der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ergibt sich für Mikrogasturbinenanordnungen auf Basis des Brayton Kreisprozesses, d. h. wenn die Brennkammer der Verdichteranordnung nachgeschaltet ist, so dass das durch die Verdichteranordnung verdichtete Prozessgas durch Oxidator oder durch Abgas gebildet ist. Bei Verdichtung von Oxidator handelt es sich um Mikrogasturbinen, die nach dem klassischen Brayton-Prozess betrieben werden, wobei die Verbrennung in der Brennkammer auf einem Druckniveau über Atmosphärendruck, von z. B. zwischen 3 bis 12 bar, stattfindet. Bei einer derartigen Anordnung schlägt sich der oben genannte, im Teillastbereich überwiegende, positive Effekt der höheren Prozessgastemperatur (hier dann Oxidatortemperatur) aufgrund entfallener oder reduzierter Zwischenkühlung in Verbindung mit der Einsparung von Brennstoff unmittelbar nieder. Jedoch ist die Anwendung auch bei einer inversen Mikrogasturbinenanordnung, d. h. wenn die Verdichteranordnung der Turbinenanordnung nachgeschaltet ist, und das Prozessgas durch Abgas gebildet ist, vorteilhaft möglich, insbesondere wenn eine externe Abgasrezirkulation vorgesehen ist: Dann wird das Abgas stromab der Verdichteranordnung, das durch reduzierte bzw. entfallene Zwischenkühlung eine höhere Temperatur aufweist, auf die Frischgasseite gebracht, dem Oxidator beigemischt und erhöht dort auf diese Weise die Prozessgastemperatur, was wiederum zu der vorteilhaften Brennstoffeinsparung führt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante sitzt der Generator zur Stromerzeugung auf der gemeinsamen Welle von Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine. Dabei kann vorteilhaft auf der gemeinsamen Welle des Hochdruckdruckverdichters und der Hochdruckturbine ein weiterer Generator sitzen, wodurch eine bessere Kontrolle der Wellendrehzahl der gemeinsamen Welle des Hochdruckverdichters und des Niederdruckverdichters möglich ist und eine zusätzliche Stromauskopplung erfolgen kann. Ein Großteil der Stromauskopplung erfolgt bevorzugt weiterhin über den Generator auf der Welle zwischen Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist stromab der Turbinenanordnung eine Gas-Gas-Wärmetauschanordnung zur Wärmeübertragung zwischen Abgasen und Oxidator vorhanden. Die Wärmetauschanordnung kann vorteilhaft durch eine, insbesondere konvektive, Bauteilkühlung gebildet sein, bei der der Oxidator vor Eintritt in die Brennkammer außerhalb entlang des Abgastrakts, des Turbinengehäuses und/oder der Brennkammer des Abgasbereiches zu deren Kühlung vorbeigeführt wird und dabei Wärme aufnimmt. Eine derartige Ausgestaltung bietet sich insbesondere bei der Erzeugung von Prozessdampf/-wärmeerzeugung aufgrund des dort ohnehin hohen Wärmebedarfs an. Auf einen, zumindest hocheffizienten, Rekuperator kann dabei unter Nutzen eines Kostenvorteils verzichtet werden. Alternativ kann auch ein Rekuperator zur Anwendung kommen, der abgasseitig stromab der Turbinenanordnung und oxidatorseitig stromauf der Brennkammer angeordnet ist. Dabei wird Wärme von der Abgasseite auf die Oxidatorseite übertragen, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Mikrogasturbinenanordnung gesteigert werden kann.
Insbesondere bei der Erzeugung von Prozessdampf/-wärmeerzeugung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante vorgesehen sein, dass stromab der Turbinenanordnung, bei Vorhandensein einer Wärmetauschanordnung insbesondere stromab der Wärmetauschanordnung, ein Abgasbrenner zur Verbrennung des Restsauerstoffes im Abgas unter Zugabe von zusätzlichem Brennstoff in der Abgasleitung vorhanden ist. Bei dem Abgasbrenner wird Brennstoff in das sauerstoffreiche Abgas zugegeben und mittels des Restsauerstoffes im Abgas verbrannt. Somit können die Abgasverluste durch die deutliche Verringerung des Sauerstoffgehalts im Abgas reduziert werden. Die dadurch gewonnene zusätzliche Wärme erhöht die Wärmeausbeute durch einen eventuell stromab vorgesehenen Wasserwärmetauscher.
Zur Auskopplung der Wärme bei der Mikrogasturbinenanordnung ist es vorteilhaft, stromab der Turbinenanordnung, bei Vorhandensein eines Abgasbrenners insbesondere stromab des Abgasbrenners, ein Wasserwärmetauscher zur Wärmegewinnung aus dem Abgas, z. B. zur Erzeugung von Prozesswärme und/oder Prozessdampf, in der Abgasleitung zu installieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist eine Abgasrückführung mit einer Abgasrückführleitung zur externen Abgasrückführung von verbranntem Abgas vor dessen Austritt aus der Mikrogasturbinenanordnung in den Oxidatorstrom vor Eintritt in die Niederdruckturbine vorhanden. Diese zweigt vorzugsweise unmittelbar vor dem Auslass des Abgases an die Umgebung ab, z. B. stromab des Abgasbrenners oder des stromab dessen angeordneten Wasserwärmetauschers, und wird dem Oxidator stromauf der Verdichteranordnung oder, bei einer subatmosphärischen Mikrogasturbine, stromauf der Brennkammer zugeführt. Diese Ausgestaltung erlaubt vorteilhaft insbesondere im minimalen Lastfall (bei abgeschaltetem Abgasbrenner und im Teillastbetrieb der Mikrogasturbinenanordnung) eine Verringerung des Sauerstoffgehalts und somit Reduktion des Abgasverlustes bei einer Steigerung des thermischen Wirkungsgrades durch Nutzung des Brennwerts (Brennwerttechnik).
Eine optimierte Einstellung der Drehzahl der Niederdruckwelle und/oder der Hochdruckwelle kann dadurch erreicht werden, dass zumindest eine der Turbinen in der Turbinenanordnung mit variabler Turbinengeometrie (VGT) ausgebildet ist. Der Ausdruck „variable Turbinengeometrie“ ist aus dem Stand der Technik bekannt und bedeutet, dass die Leitschaufeln der Turbine und somit deren Strömungswirkung einstellbar sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Fließbild eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes in einer erfindungsgemäßen zweistufigen Mikrogasturbinenanordnung mit geregelter Zwischenkühlung, Abgasbrenner und Abgasrückführung und
2 ein Diagramm mit der Entwicklung des elektrischen Wirkungsgrades über der elektrischen Leistung.

1 zeigt in einem Fließschema den Prozessablauf in einer erfindungsgemäßen Mikrogasturbinenanordnung mit einer Verbrennung unter Hochdruck. Die Mikrogasturbinenanordnung umfasst eine Verdichteranordnung mit in einer Prozessgasleitung angeordnetem Niederdruckverdichter 1 und Hochdruckverdichter 8. Der betreffende Abschnitt der Prozessgasleitung ist stromauf einer Brennkammer 10 angeordnet und entsprechend von einer Oxidatorleitung 23 gebildet. Stromab des Niederdruckverdichters 1 und stromauf des Hochdruckverdichters 8 ist in der Oxidatorleitung 23 ein Zwischenkühler 6 angeordnet. Durch den Zwischenkühler 6 ist ein Kühlmedium 7, in der Regel Kühlwasser, geführt. Parallel zu dem Zwischenkühler 6 zwischen dem Niederdruckverdichter 1 und dem Hochdruckverdichter 8 ist ein Bypass 20, hier symbolisiert durch einen Pfeil, vorhanden, der einer Einstellvorrichtung zur Regelung der Zwischenkühlung zugeordnet ist. Der Bypass 20 zweigt zwischen dem Niederdruckverdichter 1 und dem Zwischenkühler 6 aus der Prozessgasleitung, hier Oxidatorleitung 23, ab und trifft stromab des Zwischenkühlers 6 und stromauf des Hochdruckverdichters 8 wieder auf die Prozessgasleitung, d.h. Oxidatorleitung 23. Der Bypass 20 kann durch eine Öffnung, eine Leitung, eine Klappe, ein Ventil oder dergleichen gebildet sein. In dem Bypass 20 und vorzugsweise in der Oxidatorleitung 23 sind Schließmittel vorhanden, sodass der Anteil des durch den Zwischenkühler 6 strömenden Oxidatorstroms regelbar ist, wobei der andere Anteil über den Bypass 20 strömt.
Stromab der Verdichteranordnung ist eine Gas-Gas-Wärmetauschanordnung 13, z. B. in Form einer Bauteilekühlung, alternativ eines Rekuperators, angeordnet, gefolgt von der Brennkammer 10. Stromab der Brennkammer 10, auf der Abgasseite der Mikrogasturbinenanordnung, bei der das Prozessgas durch Abgase gebildet ist, schließt sich eine Abgasleitung 22 als Prozessgasleitung an, in der als eine Turbinenanordnung zunächst eine Hochdruckturbine 9 und stromab davon eine Niederdruckturbine 2 angeordnet ist. Die Hochdruckturbine 9 liegt mit dem Hochdruckverdichter 8 auf einer gemeinsamen Welle 21. Auf der gleichen Welle 21 ist zusätzlich ein Generator 12, insbesondere für eine genauere Regelbarkeit der Wellendrehzahl, gelegen, durch den ebenfalls Strom auskoppelbar ist. Die Niederdruckturbine 2 liegt auf einer gemeinsamen Welle 3 mit dem Niederdruckverdichter 1, auf der zudem ein Generator 4 zur Stromauskopplung gelegen ist. Sowohl der Generator 12 als auch der Generator 4 sind zur Steuerung/Regelung und/oder zur Stromauskopplung an eine Leistungselektronik 5 elektrisch gekoppelt.
Stromab der Turbinenanordnung ist, bei Verwendung eines Rekuperators als Wärmetauschanordnung 13, der Rekuperator abgasseitig eingekoppelt, gefolgt von einem Abgasbrenner 14 zur Verwertung des Restsauerstoffes aus dem Abgas unter Gewinnung von zusätzlicher Wärme und einem Wasserwärmetauscher 15 zur Auskopplung der gewonnenen Wärme über Wasser 17 als Transportmedium. Stromab des Wasserwärmetauschers 15 zweigt eine Abgasrückführleitung 18 aus der Abgasleitung 22 ab, um Abgas extern zu zirkulieren, indem es dem Oxidator 19 stromauf des Niederdruckverdichters 1 zugeführt wird. Die Abzweigung erfolgt beispielsweise über ein regelbares Drei-Wegeventil. Stromab des Abzweiges befindet sich der abgasseitige Auslass der Mikrogasturbinenanordnung.
Im Betrieb wird Oxidator 19, in der Regel Prozessluft ggf. mit zugesetztem rezirkuliertem Abgas und/oder anderen Bestandteilen, dem Niederdruckverdichter 1 zugeführt. In dem Niederdruckverdichter 1 wird der Oxidator 19 in einer ersten Stufe verdichtet, z. B. zwischen 3 und 5 bar, und anschließend in Richtung des Zwischenkühlers 6 geführt. Im Volllastbetrieb ist der Bypass 20 durch die Klappe, das Ventil oder dergleichen als Schließmittel verschlossen und der Oxidator 19 wird vollständig durch den Zwischenkühler 6 geleitet. Der Zwischenkühler 6 kühlt den verdichteten Oxidator 19 auf eine Temperatur vor Eintritt in den Hochdruckverdichter 8 ab, auf z. B. 70 °C, wodurch der Volumenstrom des Oxidators 19 reduziert wird. Auf diese Weise wird die benötigte Verdichterleistung des anschließend angeordneten Hochdruckverdichters 8 verringert, um den Oxidator auf den maximalen Druck von z. B. 10 bar zu verdichten.
Im Teillastbetrieb ist das Schließmittel des Bypasses 20 zumindest teilweise geöffnet und ggf. vorhandene Schließmittel in der Zufuhrleitung zu dem Zwischenkühler 6 zumindest teilweise geschlossen, um zumindest einen Anteil, oder den gesamten Strom, des Oxidators 19 durch den Bypass 20 zu leiten. Der durch den Bypass 20 geleitete Anteil bleibt entsprechend ungekühlt. Bei Aufteilung des Oxidators 19 wird stromauf des Hochdruckverdichters 8 der ungekühlte und der gekühlte Anteil zusammengeführt. Insgesamt erhöht sich auf diese Weise die Temperatur des Prozessgases, hier Oxidator 19, stromauf des Hochdruckverdichters 9, also vor der Einleitung in den Hochdruckverdichter 9, im Vergleich zur maximalen Zwischenkühlung z. B um 60 K. Dies bewirkt einen im Vergleich zu einer vollständigen Kühlung des Oxidators 19 erhöhten Volumenstrom, durch den sich zwar die Verdichterleistung des Hochdruckverdichters 9 erhöht. Jedoch ergibt sich auch eine höhere Temperatur stromab des Hochdruckverdichters 9 bzw. stromauf der Brennkammer 10. Durch die erhöhte Temperatur reduziert sich die Brennstoffmenge, die zum Erreichen einer benötigten Turbineneintrittstemperatur erforderlich ist, wobei die Turbineneintrittstemperatur wiederum eine Funktion der vorgegebenen Turbinenaustrittstemperatur und des Druckverhältnisses über die Turbinenanordnung ist. Es hat sich herausgestellt, dass im Teillastbereich der positive Effekt der Brennstoffeinsparung den der eingesparten Verdichterleistung überwiegen kann. Daher werden dort durch reduzierte bzw. ohne Zwischenkühlung höhere Gesamtwirkungsgrade erreicht, wogegen unter Volllast die höchsten Gesamtwirkungsgrade mit Zwischenkühlung erreicht werden. Bei welcher Last sich die überwiegenden Effekte umkehren, ist von den Randbedingungen, z. B. Konfiguration der Mikrogasturbinenanordnung, Brennstoff, etc. abhängig und ist durch Auslegungsberechnungen ermittelbar. Entsprechend lassen sich vorteilhafte Regelstrategien für den Anteil bzw. die Intensität der Zwischenkühlung bzw. auf die Temperatur vor Eintritt in den Hochdruckverdichter 8 erstellen.
Nach Verlassen des Hochdruckverdichters 8 als zweite Verdichterstufe, wo der Oxidator 19 auf maximalen Druck von z.B. 10 bar verdichtet wird, wird der Oxidator 19 zur Kühlung des Abgastrakts, des Turbinengehäuses und/oder der Brennkammer 10 verwendet, wodurch an diesen Komponenten die Wärmetauschanordnung 13 gebildet ist. Dabei wird der Oxidator 19 erwärmt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein klassischer Rekuperator zum Einsatz kommen. Der Oxidator 19 wird nun der Brennkammer 10 zugeführt und unter Zugabe von Brennstoff 11 verbrannt. Anschließend werden die entstandenen heißen Abgase zunächst in der Hochdruckturbine 9 und anschließend in der Niederdruckturbine 2 unter Antrieb der entsprechenden Verdichter 1, 8 und zumindest des Generators 4 entspannt. Die Welle 21, die den Hochdruckverdichter 8 mit der Hochdruckturbine 9 verbindet, kann entweder freilaufend (ohne externe Lasten) gestaltet sein oder, wie hier dargestellt, mit dem Generator 12 zu einer besseren Kontrolle der Wellendrehzahl versehen werden, dessen erzeugter Strom dann in ein Netz ausgekoppelt werden kann. Für eine optimale Einstellung der Drehzahl (sowohl niederdruck- als auch hochdruckseitig) kann zudem eine variable Turbinengeometrie (VTG) verwendet werden. Aufgrund der in dem gesamten Bereich niedrigen Turbineneintrittstemperatur der Niederdruckturbine 2 von z. B. kleiner 850 °C, bei einer Turbineneintrittstemperatur hochdruckseitig von 950 °C, können hierbei handelsübliche VTG-Systeme eingesetzt werden. Die überschüssige mechanische Leistung der Welle 3 niederdruckseitig kann durch den Generator 4 z. B. in Form eines Permanentmagnetgenerator in elektrische Energie umgewandelt und ausgekoppelt werden.
Bei Vorhandensein eines Rekuperators als Wärmetauschanordnung 13 wird das über die Turbinenanordnung entspannte Abgas zur Abgabe von Restwärme über den Rekuperator geleitet. Anschließend erfolgt die Verbrennung des Restsauerstoffes im Abgas unter Zugabe von zusätzlichem Brennstoff 16 in dem Abgasbrenner 14. Die Abgase werden anschließend durch den Wasserwärmetauscher 15 geleitet, wobei beispielsweise Prozesswärme und/oder Prozessdampf erzeugt wird.
In der Regel führt die zweistufige, insbesondere radiale, Verdichtung und Entspannung zu höheren Druckverhältnissen (z. B. 5 bis 12) und damit zu höheren Leistungsdichten. Eine derartige Prozessführung eignet sich daher besonders in Prozessen mit nicht bzw. gering rekuperierten Mikrogasturbinen, da bei derartigen Mikrogasturbinenanordnungen das elektrische Wirkungsgradoptimum bei deutlich höheren Druckverhältnissen (oberhalb 12) liegt als bei rekuperierten Mikrogasturbinenanordnungen. Daher führt bei fehlender bzw. geringer Rekuperation die Erhöhung des Druckverhältnisses zusätzlich zu höheren elektrischen Wirkungsgraden im Vergleich zu einstufigen Varianten ohne Rekuperation. Mikrogasturbinenanordnungen ohne Rekuperation sind beispielsweise besonders gut für die Erzeugung von Prozessdampf geeignet, da hierbei möglichst hohe Abgastemperaturen zur Auskopplung der Wärme über den Wasserwärmetauscher 15 vorteilhaft sind.
Bei Mikrogasturbinenanordnungen ohne oder mit geringer Rekuperation entfaltet die erfindungsgemäße Prozessführung mit dem Bypass 20 unter Verzicht auf die/Verringerung der Zwischenkühlung im Teillastbetrieb eine besonders große Wirkung. 2 zeigt ein Diagramm mit der Entwicklung des elektrischen Wirkungsgrades 25 (skaliert bzgl. dem Maximum max.) über der elektrischen Leistung 24 (dem Lastbereich) für verschiedene Mikrogasturbinenprozesse, jeweils ohne Rekuperation, im Einzelnen: für eine einstufige Mikrogasturbine (Kurve 26), eine zweistufige Mikrogasturbine mit Teillastverdichter (entsprechend einer Anordnung gemäß EP 2 876 279 B1 ) (Kurve 27), eine zweistufige Mikrogasturbinenanordnung mit konstanter Zwischenkühlung (Kurve 28) und der erfindungsgemäßen Mikrogasturbinenanordnung mit geregelter Zwischenkühlung (Kurve 29). Dabei ist die Effizienzsteigerung der Ausführungsvarianten mit Zwischenkühlung (Kurven 28 und 29) gegenüber den Varianten ohne Zwischenkühlung (Kurven 26 und 27) über nahezu den gesamten Bereich der elektrischen Leistung 24 deutlich erkennbar. Gegenüber der Ausführungsvariante mit konstanter Zwischenkühlung (Kurve 28) bringt die erfindungsgemäße Ausführungsvariante mit geregelter Zwischenkühlung (Kurve 29) eine deutlich erkennbare weitere Steigerung des Wirkungsgrades im Teillastbereich, d. h. bei elektrischen Leistungen 24 kleiner 100 %.
Durch die erfindungsgemäße Mikrogasturbinenanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer zweistufigen Mikrogasturbinenanordnung mit Zwischenkühlung lässt sich mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine deutliche Steigerung der Effizienz im Teillastbereich erreichen. Dies gilt insbesondere für Anwendungen mit geringer bzw. ohne Rekuperation. Derartige Mikrogasturbinen eignen sich insbesondere für die Anwendung in dezentralen Kraftwerken mit Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung für den industriellen und gewerblichen Bereich mit Erzeugung von Prozesswärme/-Kälte, Prozessdampf und/oder Warmwasser.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2876279 B1 [0008, 0010, 0034]
US 7574867 B2 [0009]
US 2013/0139519 A1 [0010]

Claims

Mikrogasturbinenanordnung mit einer Verdichteranordnung, die einen in einer Prozessgasleitung angeordneten Niederdruckverdichter (1) und einen Hochdruckverdichter (8) mit einem dazwischen in der Prozessgasleitung angeordneten Zwischenkühler (6) für eine mehrstufige Verdichtung von Prozessgas mit Zwischenkühlung umfasst, mit einer Brennkammer (10) zur Verbrennung von Prozessgas in Form von Oxidator unter Zugabe von Brennstoff zur Entstehung von Prozessgas in Form von heißen Abgasen, mit einer der Brennkammer (10) nachgeschalteten Turbinenanordnung, die zumindest eine Hochdruckturbine (9) und eine Niederdruckturbine (2) umfasst, in der heiße Abgase der Brennkammer (10) unter Antrieb der Turbinen (9, 2) stufenweise entspannt werden und mit zumindest einem auf einer Welle (3, 21) sitzenden Generator (4, 12) zur Stromerzeugung, wobei der Niederdruckverdichter (1) und die Niederdruckturbine (2) sowie der Hochdruckverdichter (8) und die Hochdruckturbine (9) jeweils auf einer gemeinsamen Welle (3, 21) sitzen, sodass die Verdichter (1, 8) über die Turbinen (9, 2) angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellvorrichtung vorhanden ist, durch die die Zwischenkühlung zwischen dem Niederdruckverdichter (1) und dem Hochdruckverdichter (8) derart regelbar ausgestaltet ist, dass die Temperatur des Prozessgases vor Eintritt in den Hochdruckverdichter (8) von einem Minimum bei maximaler Zwischenkühlung bis zu einem Maximum ohne jegliche Zwischenkühlung einstellbar ist.
Mikrogasturbinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung zur Regelung der Zwischenkühlung zwischen dem Niederdruckverdichter (1) und dem Hochdruckverdichter (8) parallel zu dem Zwischenkühler (6) einen Bypass (20) mit einem Schließmittel aufweist, sodass der Anteil des durch den Zwischenkühler (6) strömenden Prozessgases regelbar ist, wobei der andere Anteil über den Bypass (20) strömt.
Mikrogasturbinenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (20) unter Volllast durch das Schließmittel geschlossen ist, um das Prozessgas vollständig durch den Zwischenkühler (6) zu leiten.
Mikrogasturbinenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (10) der Verdichteranordnung nachgeschaltet ist, so dass das durch die Verdichteranordnung verdichtete Prozessgas durch Oxidator oder durch Abgas gebildet ist.
Mikrogasturbinenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) zur Stromerzeugung auf der gemeinsamen Welle (3) von Niederdruckverdichter (1) und Niederdruckturbine (2) sitzt.
Mikrogasturbinenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der gemeinsamen Welle (21) des Hochdruckdruckverdichters (8) und der Hochdruckturbine (9) ein weiterer Generator (12) sitzt.
Mikrogasturbinenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Turbinenanordnung eine Gas-Gas-Wärmetauschanordnung (13) zur Wärmeübertragung zwischen Abgasen und Oxidator vorhanden ist.
Mikrogasturbinenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Turbinenanordnung ein Abgasbrenner (14) zur Verbrennung des Restsauerstoffes im Abgas unter Zugabe von zusätzlichem Brennstoff in der Abgasleitung (22) vorhanden ist.
Mikrogasturbinenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Turbinenanordnung ein Wasserwärmetauscher (15) zur Wärmegewinnung aus dem Abgas, z.B. zur Erzeugung von Prozesswärme und/oder Prozessdampf, in der Abgasleitung (22) vorhanden ist.
Mikrogasturbinenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführung mit einer Abgasrückführleitung (18) zur externen Abgasrückführung von verbranntem Abgas vor dessen Austritt aus der Mikrogasturbinenanordnung in den Oxidatorstrom vor Eintritt in die Niederdruckturbine (1) vorhanden ist.
Mikrogasturbinenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Turbinen (2, 9) in der Turbinenanordnung mit variabler Turbinengeometrie ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Mikrogasturbinenanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Prozessgas durch eine Verdichteranordnung mit einem Niederdruckverdichter (1) und einem Hochdruckverdichter (8) mit einem dazwischen angeordneten Zwischenkühler (6) mehrstufig mit Zwischenkühlung verdichtet wird, bei dem Prozessgas in Form von Oxidator in einer Brennkammer (10) unter Zugabe von Brennstoff unter Entstehung von Prozessgas in Form von heißen Abgasen verbrannt wird und die heißen Abgase in einer der Brennkammer (10) nachgeschalteten Turbinenanordnung mit zumindest einer Hochdruckturbine (9) und einer Niederdruckturbine (2) unter Antrieb der Turbinen (9, 2) entspannt werden, wobei der Niederdruckverdichter (1) und die Niederdruckturbine (2) sowie der Hochdruckverdichter (8) und die Hochdruckturbine (9) jeweils auf einer gemeinsamen Welle (3, 21) sitzen und die Verdichter (1, 8) und ein Generator (4) über die Turbinenanordnung angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkühlung zwischen dem Niederdruckverdichter (1) und dem Hochdruckverdichter (8) geregelt wird, wobei die Temperatur des Prozessgases vor Eintritt in den Hochdruckverdichter (8) auf eine Temperatur eingestellt wird, die zwischen einem Minimum bei maximaler Zwischenkühlung und einem Maximum ohne jegliche Zwischenkühlung liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Zwischenkühlung das Prozessgas im Teillastbetrieb zumindest anteilig über einen zwischen dem Niederdruckverdichter (1) und dem Hochdruckverdichter (8) parallel zu dem Zwischenkühler (6) vorhanden Bypass (20) mit einem Schließmittel geleitet wird, wobei der ggf. vorhandene andere Anteil über den Zwischenkühler (6) geleitet wird.