.

Abb. 13: Fossile Kraftwerke benötigen einige Minuten, um mit ihrer Leistung auf Schwankungen im Stromnetz zu reagieren.
© VGB

Abb. 12: Zusammenhang von Wirkungsgradsteigerungen und CO2-Reduktion in Kohlekraftwerken
© VGB

Abb. 11: Gegenüberstellung wichtiger Eigenschaften von Gas- und Dampfturbinen
© BINE Informationsdienst
7 / 8

Forschungen am Kraftwerk der Zukunft

Bis zum Jahr 2020 muss bis zu ein Viertel der derzeit installierten Kraftwerke mit gut 140.000 Megawatt (MW) Gesamtleistung erneuert oder modernisiert werden. Viele dieser fossilen Kraftwerke sind über 40 Jahre alt. Wenn bis 2020 über 30.000 MW Kraftwerksleistung aus Altergründen außer Betrieb gehen, entsteht ein großer Freiraum für moderne Kraftwerke, die mit höheren Wirkungsgraden wesentlich effizienter Strom erzeugen können.

Zentrale Ansatzpunkte für eine effizientere Kraftwerkstechnik in Zukunft sind die Erhöhung von Temperatur und Druck im Dampfkreislauf oder auch in den Gasturbinen. Verbesserungen des Verbrennungsvorgangs, Fortschritte in der Turbinentechnik, Entwicklung hochtemperaturbeständiger Werkstoffe, die Nutzung der vorhandenen „Abwärme“ zur Speisewasservorwärmung und die Kombination der Dampfturbine mit einer Gasturbine sind weitere Möglichkeiten.

Die Stromausbeute eines Kraftwerks kann durch die Kombination einer Dampfturbine mit einer Gasturbine beträchtlich gesteigert werden. Abb. 11 stellt beide Turbinen vor. Im GuD- oder Kombikraftwerk werden sie hintereinander geschaltet. Da Gasturbinen im Temperaturbereich von etwa 1.200 °C arbeiten, steht anschließend noch genügend „Abwärme“ für den Dampfprozess der Dampfturbine zur Verfügung. Seit Jahren wird der GuD-Prozess bei Erdgas- und Erdölkraftwerken erfolgreich eingesetzt. Hier wird bereits ein Gesamtwirkungsgrad von über 60% erreicht. Zukünftig sollen 65% möglich sein. Verwendet man bei einem derartigen Kraftwerk noch zusätzlich die Wärme für eine Fernwärmeversorgung, dann wird die eingesetzte Primärenergie zu mehr als 90% genutzt.

In den letzten 20 Jahren wurden bestehende Kohlekraftwerke erfolgreich modernisiert (Abb. 12). Im Jahr 2004 startete in der deutschen Kraftwerksforschung die Förderinitiative COORETEC. Leitbild des Forschungsprogramms ist ein CO2-emissionsarmes Kraftwerk (Emissionen kleiner als 100 g CO2/kWh) bis zum Jahre 2020. Technisch erfolgt dies durch das Abtrennen und unterirdische Speichern von CO2 (auf Englisch: „Carbon Capture and Storage“ oder CCS). Ein Demonstrationsprogramm der Europäischen Union soll die CCS-Technologien im großtechnischen Maßstab erproben, um die technischen und kommerziellen Risiken zu reduzieren. Da CCS den Wirkungsgrad eines Kraftwerks bisher um ein Fünftel senkt, ist es heute noch nicht wirtschaftlich und bedarf öffentlicher Förderung zur Beschleunigung des Programms. Die Energieforscher stehen vor einer weiteren Aufgabe. Sie müssen Leistung der fossilen Kraftwerke flexibler regelbar machen, weil Windkraft und Sonne nur sehr schwankend Strom erzeugen. Für Deutschland konnte die zum Jahresende 2010 über 27.000 MW installierte Windleistung nur an einem Fünftel des Jahres Strom ins Netz einspeisen (Jahresausnutzungsgrad 20%). Bei der Photovoltaik liegt der Jahresausnutzungsgrad bei 10%, denn nachts, bei Bewölkung und im Winter geht hier kaum solarer Strom ins Netz. Zum Vergleich: Kohlekraftwerke aber auch Biomasse- und Laufwasserkraftwerke haben einen Jahresausnutzungsgrad von 60 bis 100%. Der weitere Ausbau der fluktuierenden Wind- und Sonnenenergieeinspeisung erfordert daher zwingend neue Speicherkapazitäten. Ohne neue Speicher steigt die bereitzustellende Reserveleistung durch die konventionellen Kraftwerke zwangsläufig an. Dies bedeutet mehr Teillastbetrieb dieser Kraftwerke mit Einbußen bei Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit. Technisch können fossile Kraftwerke ohne Weiteres im Verbund mit Erneuerbaren Energien betrieben werden und innerhalb weniger Minuten schwankende Stromeinspeisungen ausgleichen, wie Abb. 13 zeigt. Die Forschung sucht nach Wegen durch die flexiblere Auslegung neuer Kraftwerke, ihre Teillastfähigkeit zu erhöhen und die Regelleistung schneller und wirtschaftlicher zu gestalten.

Merkzettel