Die Nutzung von Kohlen zur Stromerzeugung erfolgt in Deutschland ausschließlich in  Dampfkraftwerken. Die damit erreichbare hohe Verfügbarkeit und die Potenziale zur Effizienzsteigerung führen dazu, dass der Dampfkraft-Prozess auch für die CO₂- Emissionsminderung durch Wirkungsgradverbesserung nahezu ausschließlich herangezogen wird. Abb 2 zeigt beispielhaft die Entwicklung der Wirkungsgrade bei Braunkohleblöcken in Deutschland. Die Steigerung des Wirkungsgrades von „Neurath D“ zu dem etwa 30 Jahre später gebauten „Niederaußem K“ ist dabei nur zu ca. 1/6 auf die Anhebung der Dampfparameter zurückzuführen. Die übrigen 5/6 waren bedingt durch Prozessverbesserungen und Verringerung des Eigenbedarfs. Das Potenzial dieser Maßnahmen ist nunmehr weitgehend ausgereizt, sodass für eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades im Wesentlichen die Anhebung der Dampfparameter (Temperatur, Druck) – und bei Braunkohle zusätzlich die Braunkohletrocknung mit Niedertemperatur-Wärme – übrig bleibt.

600 °C-Technologie

Die 600 °C-Technologie ist in Deutschland heute Stand der Technik und wird in allen aktuellen Neubauprojekten verfolgt. In einer Studie für ein von Steinkohlen gefeuertes „Referenzkraftwerk NRW“ wurden für diese Technologie mögliche Auslegungsvarianten und deren Wirtschaftlichkeit untersucht. Hierbei erreichte die wirtschaftlichste Variante mit Frischdampfparametern von 600 °C und 285 bar einen Nettowirkungsgrad von 45,9%. Die in der Studie ermittelten Frischdampfparameter sowie Komponenten und Materialien sind grundlegend für den Neubau des Steinkohlenkraftwerks „Datteln 4“, dem größten Steinkohlen-Monoblock in Deutschland mit einer Bruttoleistung von 1.100 MW. Die neuen Steinkohlenblöcke in Hamburg-Moorburg werden – bei ähnlichen Dampfparametern – mit Hilfe einer Flusswasserkühlung einen Wirkungsgrad von 46,5% erreichen. Ein Braunkohle-Neubauprojekt auf Basis der 600 °C-Technologie sind die Blöcke BoA 2/3 (Braunkohlekraftwerk mit optimierter Anlagentechnik – BoA) in Neurath, in denen – aufbauend auf der BoA 1-Technologie in Niederaußem – die Dampfparameter weiter gesteigert werden. Im Gegensatz zur BoA 1 wird allerdings auf wartungs- und investitionsaufwendige Maßnahmen zur Wirkungsgradsteigerung verzichtet. Dennoch soll mit der Anhebung der Frischdampfparameter auf 600 °C und 272 bar ein Nettowirkungsgrad von über 43% erreicht werden.

Braunkohletrocknung

Auch eine Braunkohletrocknung vor der Verbrennung bietet ein weiteres erhebliches Optimierungspotenzial. Dabei wird für die Trocknung der Rohbraunkohle nicht – wie in Abb 4 links dargestellt – heißes Rauchgas und damit hochwertiger Brennstoff verwendet, sondern Niedertemperatur-Wärme. Abb 4 rechts zeigt, wie dies mit Anzapfdampf aus der Dampfturbine erfolgen soll. Der aus der Kohle ausgetriebene Wasserdampf (Brüden) enthält Kondensationswärme. Diese kann zusätzlich für die Kessel-Speisewasser (KSW)- Vorwärmung oder die Luftvorwärmung zurückgewonnen werden. Durch die Kombination der Effekte kann bei Rohbraunkohle mit einem Wasseranteil von 50% ein Wirkungsgradgewinn von bis zu 5%-Punkten erreicht werden. Zur Erprobung dieser Technologie ist an der BoA 1 in Niederaußem eine Wirbelschichttrocknungsanlage (WTA) aufgebaut worden, die 20 bis 30% der maximalen Feuerungswärmeleistung bereitstellen soll.

700 °C-Technologie

Die Frischdampftemperatur auf über 600 °C anzuheben, ist mit den bisherigen Werkstoffen im Hochtemperaturbereich von Dampfkraftwerken nicht möglich. Spezialwerkstoffe mit hohem Nickelanteil (Nickel-Basis-Legierungen) jedoch erlauben eine Anhebung der Frischdampfparameter unter Beibehaltung akzeptabler Festigkeitswerte. Diese Legierungen lassen eine Steigerung der Temperatur auf 700 °C und des Drucks auf 350 bar zu. Dafür müssen die im Bereich hoher Materialtemperaturen liegenden Sammler, Rohrleitungen und Überhitzerheizflächen aus Ni-Basis-Werkstoffen gefertigt werden. Auch die Werkstoffe einiger Teile der Dampfturbine, wie Ventile und die ersten Schaufelreihen, müssen an die  gesteigerten Dampfparameter angepasst werden. Im Rahmen des Projekts COMTES700 ist am Kraftwerk Scholven eine Anlage zur Untersuchung der Werkstoffe dieser o. g. Komponenten unter realen Bedingungen aufgebaut worden (Abb 3). Durch dieses Projekt werden außerdem Herstellungsverfahren, Hersteller von Großkomponenten und Montagefirmen für ein 700 °C-Kraftwerk qualifiziert. Neben den Materialuntersuchungen ist bereitseine Pre-Engineering Studie für ein Demonstrationskraftwerk in Arbeit. 2014 soll das weltweit erste 700 °C-Kraftwerk mit einem prognostizierten Wirkungsgrad von über 50% in Betrieb gehen.