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Kohletrocknung

Rohbraunkohle besitzt nach der Förderung einen Feuchtigkeitsanteil von bis zu 60 Prozent. Um Kraftwerke effizient betreiben zu können, ist es notwendig, das Wasser aus der Kohle auszutreiben. Dazu gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten: Trocknen und Entwässern. Während der Kohle beim Entwässern die Feuchtigkeit über Druck – zum Beispiel in einer Zentrifuge – entzogen wird, wird beim Trocknen Wasser verdampft. Vergleichbar mit dem Schleudergang einer Waschmaschine (Entwässern) und dem anschließenden Trocknen im Wäschetrockner oder der Leine (Trocknen).

Oberflächenfeuchte lässt sich mit der Entwässerung vergleichsweise einfach entfernen. Das in den Kapillaren und Poren chemisch und physikalisch gebundene Wasser kann hingegen nur durch Verdampfen – also durch eine Trocknung entfernt werden. Das geschieht in Kraftwerken im Regelfall in einem Arbeitsschritt mit dem Mahlen der Kohlen. Um eine ausreichend hohe Temperatur zu erreichen, kommt Heißluft oder Rauchgas zum Einsatz. Die Feuchte beträgt dann noch ungefähr 15 bis 20 Prozent.

Wird die Kohle noch weiter getrocknet, entsteht sogenannte Trockenbraunkohle. Sie lässt sich zum Beispiel mit der druckaufgeladenen Dampfwirbelschichttrocknung erzeugen. Dabei wird die feuchte Braunkohle mit einer Wirbelschicht in Bewegung gebracht und unter einem Druck von drei bis fünf bar sowie einer Temperatur zwischen 100 und 160 °C getrocknet. Der Restwassergehalt der übrig gebliebenen Trockenbraunkohle kann auf bis zu 5 Prozent abgesenkt werden. Neben dem Einsatz in Zünd- und Stützbrennern kann TBK auch zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerkes beitragen.

Lastflexibilität mit CO2-Abtrennung

Um CO2-Emissionen zu verringern, ist eine Möglichkeit, das Treibhausgas herauszufiltern und es nicht in die Atmosphäre gelangen zu lassen. Dazu gibt es im Prinzip zwei Möglichkeiten: Mit einer Reinigung des Rauchgases nach der Verbrennung (Post Combustion Capture, kurz: PCC) und durch eine Modifikation der Verbrennungsluft (Oxyfuel-Prozess). Denn wenn diese aus 95 bis 99 Prozent Sauerstoff besteht, entsteht im Verbrennungsprozess CO2-reiches Gas, das vergleichsweise einfach von Begleitstoffen gereinigt werden kann.

Im Forschungsvorhaben DYNCAP untersuchten Wissenschaftler unter der Leitung der Technischen Universität Hamburg-Harburg, wie sich Steinkohlekraftwerke mit CO2-Abscheidung zur Bereitstellung von Regelenergie eignen. Die notwendigen Anlagen beider Techniken benötigen Energie. Die Idee hinter DYNCAP: Benötigt das Netz Regelleistung, so ist es möglich, kurzfristig die Anlagen zur CO2-Abtrennung abzuregeln und damit den Wirkungsgrad des Kraftwerks zu erhöhen. Ein Beispiel: Im Oxyfuel-Prozess gibt es einen Sauerstoffspeicher, der als Puffer wirken kann. Für eine kurzfristige Leistungssteigerung kann der für die Luftzerlegung benötigte Rauchgasstrom zur Dampferzeugung beitragen. Ist die Lastspitze vorüber, so kann der Sauerstoffspeicher im regulären Betrieb wieder gefüllt werden. Beim PCC würde dem Kraftwerksprozess weniger Dampf zur CO2-Abscheidung entzogen und stattdessen in den Turbinen verstromt.

Die Berechnungen der Wissenschaftler ergaben, dass eine Reduzierung der CO2-Abtrennrate beim Post Combustion Capture auf bis zu 30 Prozent sinnvoll sein kann – im Regelbetrieb sind es 90 Prozent. Damit könnten die Turbinen eines 1.000-Megawatt-Kraftwerksblocks zusätzlich 180 Megawatt elektrische Leistung ins Netz speisen. Doch was passiert, wenn Wetterbedingungen günstig sind und die Kraftwerke unter ihrer Mindestlast fahren müssten? Das Ziel des Folgeprojektes DYNSTART ist es, den Schwachlastbetrieb bis zu 12 Prozent der Nennlast und das komplette Abfahren von Kraftwerken zu untersuchen – und zwar für Kraftwerke mit und ohne CO2-Abscheidung.

Projektinfo 07/2016:
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