Vorwort ......................................................... 3
Kurzfassung ..................................................... 4
Inhaltsverzeichnis .............................................. 5
Abbildungsverzeichnis ........................................... 8
Tabellenverzeichnis ............................................ 11
Abkürzungsverzeichnis .......................................... 12
Indexverzeichnis ............................................... 14
Formelzeichen .................................................. 17
1 Überblick ................................................... 21
2 Einführung in GTlab ......................................... 24
2.1 Numerischer Hintergrund ................................ 24
2.2 Modulstruktur .......................................... 25
3 Modellierung der Komponenten ................................ 28
3.1 Ansaughaus ............................................. 28
3.2 Verdichter ............................................. 31
3.3 Brennkammer ............................................ 37
3.4 Turbine ................................................ 43
3.5 Kamin und Abhitzekessel ................................ 47
3.5.1 Kamin ohne Abhitzekessel ........................ 47
3.5.2 Kamin mit Abhitzekessel ......................... 50
3.6 Generator .............................................. 52
3.7 Kühlungssystem ......................................... 54
3.7.1 Konvektionskühlung .............................. 55
3.7.2 Filmkühlung ..................................... 57
3.7.3 Dampfkühlung .................................... 58
3.7.4 Schaufel- und Brennkammergeometrie .............. 58
3.7.5 Entnahmestellen im Verdichter ................... 61
3.7.6 Berechnung der Turbinenstufen ................... 64
3.7.7 Rückführung auf das einstufige Modell ........... 66
3.8 Dampfprozess ........................................... 67
3.8.1 Berechnung der Wasserpumpen ..................... 72
3.8.2 Berechnung der Brennstoffvorwärmung ............. 74
3.8.3 Berechnung der Hoch- und Mitteldruckturbine ..... 75
3.8.4 Berechnung der Wärmeübertrager .................. 76
3.8.5 Berechnung der Niederdruckturbine ............... 79
3.8.6 Leistungsberechnung ............................. 80
4 Validierung von GTlab ....................................... 81
4.1 Vergleich mit SGT5-8000H ............................... 82
4.2 Vergleich mit GE9HA .................................... 85
4.3 Vergleich mit M701J .................................... 87
5 Komponentenpotential ........................................ 90
5.1 Referenzkraftwerkauslegung ............................. 90
5.2 Verdichterpotential .................................... 97
5.2.1 Verdichtermassenstrom ........................... 98
5.2.2 Verdichterwirkungsgrad ......................... 101
5.3 Brennkammerpotential .................................. 104
5.3.1 Verbrennungstemperatur ......................... 106
5.3.2 Flammrohrtemperatur ............................ 110
5.4 Turbinenpotential ..................................... 113
5.4.1 Schaufeltemperatur ............................. 114
5.4.2 Turbinenwirkungsgrad ........................... 117
5.5 Komponentenpotentiale im Vergleich .................... 120
6 Gesamtpotential ............................................ 123
6.1 Vergleichskraftwerkauslegung .......................... 123
6.2 Vergleich im On-Design ................................ 125
6.3 Vergleich im Off-Design ............................... 129
6.4 Vergleich bei verschiedenen Betriebsweisen ............ 131
6.5 Entwicklungsperspektive ............................... 135
7 Wasserstoff als Brennstoff ................................. 138
7.1 Vergleich bei Volllast ................................ 139
7.2 Vergleich bei Teillast ................................ 144
7.3 Vergleich bei verschiedenen Betriebsweisen ............ 146
8 Zusammenfassung und Ausblick ............................... 150
Anhang A: Modellierung der Arbeitsfluide ...................... 153
А.1 Berechnung der Gaseigenschaften ....................... 154
A.2 Entropiefunktion ...................................... 159
A.3 Berechnung der Verbrennungstemperatur ................. 163
A.4 Brennstoffzusammensetzung ............................. 164
A.5 Feuchte Luft .......................................... 164
A.6 Brennstoff-Luft-Verhältnis............................. 166
A.7 Einteilung der Gastabellen ............................ 167
Anhang B: Druckabhängigkeit idealer Gasgemische ............... 170
B.l Isentropenexponent .................................... 170
B.2 Spezifische Wärmekapazität ............................ 170
B.3 Spezifische Enthalpie ................................. 171
B.4 Spezifische Entropie .................................. 171
B.5 Molekulargewicht ...................................... 172
B.6 Verbrennungstemperatur ................................ 172
Anhang C: Spezies des GRI3.0-Reaktionsmechanismus ............. 173
Anhang D: Kennfelder der Turbokomponenten ..................... 174
D.l Verdichterkennfeld .................................... 174
D.2 Turbinenkennfeld ...................................... 174
Anhang E: Kennfelder des Dampfprozesses ....................... 175
E.l Relativer Frischdampfdruck ............................ 175
E.2 Relativer isentroper Wirkungsgrad der
Turbokomponenten ...................................... 175
Anhang F: Performance der Technologielevel .................... 176
F.l Technologielevel 1 .................................... 176
F.2 Technologielevel 2 .................................... 177
F.3 Technologielevel 3 .................................... 178
F.4 Technologielevel 4 .................................... 179
Literaturverzeichnis .......................................... 180
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