Auf 4500 Metern Höhe und bei einer Temperatur von -25 °C sinkt die Kapazität von Lithiumbatterien plötzlich um 60 %, während ein 9 kg schweres Stromerzeugungsgerät volle 12 Stunden lang durchhält: Anheng Ran verfolgt mit Mikrogasturbinen den „dritten Weg“ im Bereich der mobilen Stromversorgung.

An einem Versorgungspunkt in 4500 Metern Höhe in Naqu, Tibet, sank die Kapazität der Lithiumbatterie eines Rettungsteams bei -25 °C plötzlich um 60 %, während ein anderes Team 3 Kilometer entfernt mit einer 9 kg schweren Stromerzeugungsausrüstung 12 Stunden lang kontinuierlich Strom lieferte.

Hinter diesem Szenario steckt eine seit über 20 Jahren andauernde Herausforderung im Bereich der industriellen mobilen Stromversorgung. Heute versucht eine Gruppe von Angehörigen der Beihang-Universität, dieses Problem mit einem übersehenen technischen Weg zu lösen.

1. Sowohl Batterien als auch Kolbengeneratoren stecken in demselben „unmöglichen Dreieck“

Mobile Stromversorgungen durchdringen alle Bereiche von Produktion und Leben. Derzeit gibt es für industrielle mobile Stromversorgungen im Leistungsbereich von 1 kW bis 1000 kW im Wesentlichen nur zwei Lösungen: Batterien oder Kolbengeneratoren plus Kraftstoff.

Beide Lösungen weisen jedoch dasselbe zentrale Problem auf – eine geringe Energiedichte.

Auf dem Weg der Batterien ist es selbst mit Forschungs- und Entwicklungsausgaben in Höhe von mehreren zehn oder hunderten Milliarden Yuan kaum möglich, die Energiedichte der Zellen innerhalb von 5 bis 10 Jahren auf über 1000 Wh/kg zu steigen (ausgenommen Laborprodukte). Weder Lithiumbatterien, Natriumbatterien noch Festkörperbatterien bilden hier eine Ausnahme. Der plötzliche Kapazitätsrückgang von Batterien bei extrem niedrigen Temperaturen von -40 °C und der Wirkungsgradabfall in Höhenlagen von über 4000 Metern sind zudem gemeinsame Probleme der gesamten Branche.

Der Weg des Kolbengenerators wird bereits seit 160 Jahren entwickelt. Die technische Route ist so ausgereift, dass kaum noch sprunghafte Durchbrüche möglich sind. Er ist stark an das „unmögliche Dreieck“ gebunden, das aus hoher Leistungsdichte, langer Lebensdauer und niedrigen Kosten besteht: Leicht gebaute Geräte sind nicht langlebig, langlebige Geräte verursachen explodierende Kosten und billig gebaute Geräte erreichen keine hohe Leistungsdichte. In vielen Anwendungszenarien ist die Gesamtleistung sogar schlechter als die von Batterien, sodass sie stetig durch Batterien ersetzt werden.

Als industrielle Infrastruktur sind kommerziell nutzbare mobile Stromversorgungen mit hoher Leistungsdichte zu einem der Schwerpunkte des globalen technologischen Wettbewerbs geworden.

2. Der dritte Weg mit Mikrogasturbinen

Anheng Turbine (Shanghai) Technology Co., Ltd. wurde 2017 gegründet und konzentriert sich auf die Forschung und Entwicklung von Mikrogasturbinen-Generatoren mit einer Leistung von unter 500 kW. Die Kernmitglieder des Teams stammen aus der Arbeitsgruppe von Akademiker Chen Maozhang an der Beihang-Universität. Das von der Arbeitsgruppe selbst entwickelte und über 30 Jahre lang weiterentwickelte Softwaresystem für die aerodynamische Auslegung von Strömungsmaschinen hat den entscheidenden Sprung von der akademischen Forschung zur Industrialisierung vollzogen.

Auf der Grundlage dieses Systems hat Anheng Turbine drei differenzierte technische Routen entwickelt:

Erstens die Technologie für effiziente radiale Strömungsmaschinen im Kleinstformat. Im Vergleich zu Verdichtern und Turbinen gleicher Größenordnung im In- und Ausland hat der mehrvariable Wirkungsgrad des radialen Verdichters von Anheng Turbine um 6 Prozentpunkte zugenommen, der Wirkungsgrad der Turbine um 7 Prozentpunkte. Beide Kernkomponenten befinden sich auf international führendem Niveau.

Zweitens der ultraleichte, kompakte und hocheffiziente Primäroberflächen-Regenerator. Der Regenerator ist das „Herzstück“ der Mikrogasturbine, das die Abwärme des Abgases zurückgewinnt und den Gesamtwirkungsgrad der Anlage steigert. Herkömmliche Lösungen sind schwer und voluminös. Der experimentelle Prototyp des von Anheng Turbine selbst entwickelten Primäroberflächen-Regenerators erreicht ein Leistungsgewicht von 16 kW/kg und befindet sich auf international führendem Niveau.

Drittens der effiziente Mikrobrenner mit Anpassungsfähigkeit an mehrere Kraftstoffe. Er kann fünf Kraftstoffe verwenden: Flugkerosin, Diesel, Erdgas, Methanol und Wasserstoff, wobei der Verbrennungswirkungsgrad jeweils über 99 % liegt. Seine Stabilität in weiten Betriebsbereichen und die Fähigkeit, zwischen mehreren Kraftstoffen online zu wechseln, eröffnen neue Möglichkeiten für nachgelagerte Anwendungen – insbesondere in der Übergangsphase, in der die Infrastruktur für neue Energien wie Wasserstoff und Methanol noch nicht vollständig ausgebaut ist, kann ein einziges Gerät mehrere Kraftstoffe verarbeiten.

Bislang hat Anheng Turbine eine Produktmatrix mit sieben Modellen von 3 kW, 6 kW, 15 kW, 20 kW, 75 kW, 150 kW und 350 kW gebildet, deren Gewicht zwischen 3 kg und 150 kg liegt. Alle können bei extrem niedrigen Temperaturen von -40 °C und in Höhenlagen von 4000 Metern stabil betrieben werden. Zum Vergleich: Internationale Mainstream-Produkte gleicher Art sind überwiegend stationäre Modelle – das Capstone C65-System wiegt etwa 758 kg, das Bladon MTG12 gehört zur 12-kW-Klasse. Für mobile Szenarien im gesamten Leistungsbereich von 3 bis 350 kW gibt es derzeit keine öffentlich vergleichbaren Produkte gleicher Größenordnung.

Wichtige Parameter der Produkte von Anheng Turbine

3. Niedrigflugwirtschaft + Katastrophenschutz: Zwei vorrangige Anwendungsbereiche

Bei der kommerziellen Umsetzung hat Anheng Turbine beschlossen, zunächst in zwei Szenarien mit der höchsten Wertedichte einzusteigen.

Das erste ist die Niedrigflugwirtschaft.

Das Hybridsystem für industrielle Drohnen ist eines der am besten passenden Szenarien für Mikrogasturbinen. Am Beispiel eines 20-kW-Aggregats: Das gesamte Gerät wiegt nur 15 kg. Nach der Montage an einer Drohne kann die Flugdauer von derzeit etwa 30 Minuten bei reinen Batterielösungen auf über 4 Stunden gesteigert werden. Für industrielle Drohnen, die über lange Zeit netzunabhängig im Freien arbeiten, sinken die Gesamtkosten über den gesamten Lebenszyklus um mehr als 30 % im Vergleich zu reinen Batteriesystemen.

Eine Tatsache der Branche ist: Im Ausland ist das Verhältnis von Strompreis zu Ölpreis meist deutlich höher als im Inland. Das bedeutet, dass der Kostenvorteil des Mikrogasturbinensystems auf ausländischen Märkten weiter vergrößert wird.

Das zweite ist der Katastrophenschutz und die Notfallhilfe.

An der Einsatzstelle bei plötzlichen Katastrophen muss die „letzte Meile“ manuell getragen transportiert werden, und Strom ist ein unverzichtbares Versorgungsgut für die Katastrophenhilfe. Anheng Turbine stellt eine einfache Rechnung auf:

Angenommen, jeder Katastrophenhelfer trägt eine Last von 20 kg. Bei Verwendung von Batterien als Stromträger entsprechen 20 kg etwa 3,5 kWh Strom (berechnet mit 175 Wh/kg für serienmäßige Lithiumbatterien); bei Verwendung des 6-kW-Mikrogenerators von Anheng Turbine plus Diesel als Stromträger entsprechen 20 kg etwa 15–20 kWh Strom – die Transporteffizienz ist mehr als viermal so hoch wie bei Batterien. Ein herkömmlicher 6-kW-Kolbengenerator wiegt mindestens 50 kg und ist in diesem Szenario nicht einsetzbar.

Zusätzlich zum stabilen Betrieb bei extrem niedrigen Temperaturen von -40 °C und der natürlichen Anpassungsfähigkeit an Höhenlagen von 4000 Metern weisen Mikrogasturbinen strukturelle Vorteile in speziellen Szenarien wie dem Tibetischen Plateau und den westlichen Grenzgebieten auf.

Neben diesen beiden vorrangigen Anwendungsbereichen zielt Anheng Turbine gleichzeitig auf hochwertige Nischenmärkte wie die Offshore-Windenergie-Wartung, Schiffshybridsysteme, Notstromversorgung für Kommunikationsbasisstationen, Flugplatz-Bodenstromversorgungen (GPU), Notstromversorgung für neue Elektroautos sowie Notstromversorgung für Baustellen und Wohnhäuser in abgelegenen Gebieten ab.

4. Team und Fortschritt

Anheng Turbine wird von Akademiker Chen Maozhang der Chinesischen Ingenieurakademie als Vorsitzender und Chefberater geleitet. Das Kernteam stammt hauptsächlich von der Beihang-Universität und dem Harbin Institut für Technologie.

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des Artikels sind die Fortschritte der Serienprodukte von Anheng Turbine wie folgt:

Der Reifegrad des 6-kW-Produkts nähert sich TRL6, die Serienproduktion wird voraussichtlich 2026 erreicht;

Der Prototyp des 75-kW-Produkts wird Ende des Jahres ausgeliefert, die Engineering-Umsetzung wird voraussichtlich bis Ende 2027 abgeschlossen;

Die übrigen fünf Produkte haben die detaillierte Auslegung abgeschlossen und treten planmäßig in die Phase von Forschung, Entwicklung und Prüfung ein.

Im Geschäftsmodell betreibt Anheng Turbine hauptsächlich selbstständige kommerzielle Aktivitäten, öffnet gleichzeitig den Kanal für gemeinsame Forschung und Entwicklung für bestimmte strategische Kunden und lädt Industriekunden ein, Prototypvalidierungen für spezifische Anwendungszenarien durchzuführen.

Im Bereich der Finanzierung startet das Unternehmen gerade die erste marktorientierte Finanzierungsrunde. Die Mittel werden hauptsächlich für den Aufbau von Serienproduktionslinien für die 6-kW- und 75-kW-Produkte, die Prüfung und Validierung in extremen Umgebungen sowie die technische Entwicklung nachfolgender Modelle verwendet.

Schlussfolgerung

Die industrielle mobile Stromversorgung ist ein Infrastrukturmarkt, der „unsichtbar ist, aber unverzichtbar“. Nach Daten von Global Market Insights belief sich der globale Markt für Mikrogasturbinen im Jahr 2025 auf etwa 3,4 Milliarden US-Dollar und wird bis 2035 10,7 Milliarden US-Dollar erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 11,9 % – wobei das mobile, tragbare Teilsegment im Leistungsbereich von 3 bis 350 kW sich derzeit in einer Lückenphase befindet, in der „Nachfrage besteht, aber keine ausgereiften Produkte verfügbar sind“.

Ob die technische Route, auf die Anheng Turbine seit 8 Jahren setzt, in dieser Lückenphase den Sprung von dem „technischen Durchbruch“ zur „kommerziellen Validierung“ vollziehen kann, wird eines der bemerkenswertesten industriellen Themen in den nächsten zwei Jahren sein.