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06 | 2019

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Kraft-Wärme-Kopplung

Kraft-Wärme-Kopplung Ein neues Heizkraftwerk spart bis zu 60 000 Tonnen CO 2 pro Jahr Emissionsreduktion in Stuttgart Gaisburg KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG | Die Winter im Süden Deutschlands können kalt werden. Seit 60 Jahren versorgt das Heizkraftwerk Gaisburg der EnBW die privaten und gewerblichen Abnehmer in und um Stuttgart mit Wärme. Im letzten Winter wurde diese Wärme erstmals nicht mehr aus Kohle gewonnen. Die alte Kohleanlage wurde zum Ende der vergangenen Saison abgeschaltet und durch ein neues, gasbetriebenes Heizkraftwerk ersetzt. Bis zu 60 000 t CO 2 pro Jahr wird der Technologiewechsel einsparen. Dabei werden nicht nur die Emissionen reduziert. Die gesamte Anmutung der Anlage verschlankt sich: So sind die neuen Schornsteine nur halb so hoch wie bisher, und das Kraftwerk ist insgesamt kleiner. Wirkungsgrad und Leistung nehmen dagegen zu: Das neue Heizkraftwerk kombiniert Gaskessel mit einer Wärmeenergieleistung von bis zu 175 MW, einen Fernwärmespeicher mit 300 MWh Kapazität und eine Fernwärmeübergabestation mit drei 20V35/44G-Gasmotoren von MAN, die 31,2 MW elektrische Leistung für das lokale Netz und bis zu 30 MW an Fernwärme bereitstellen. Das System gewinnt durch diese Auslegung enorm an Flexibilität. Während die Gaskessel der Wärmeversorgung dienen und in erster Linie dazu bestimmt sind, Nachfragespitzen im Winter abzudecken, können die Gasmotoren auf die Preissignale des Strommarkts reagieren. Durch die Kombination der Anlage mit einem Fernwärmespeicher kann EnBW die Flexibilität der Motoren voll ausschöpfen und auf Preisschwankungen reagieren – bei geringem Wärmebedarf kann die Abwärme der Motoren gespeichert werden. „Dieses KWK-Kraftwerk ist ein kleines, schnelles und effizientes Energiesystem, das perfekt auf die lokalen Anforderungen zugeschnitten ist“, betont Martin Domagk, Projektleiter bei MAN Energy Solutions. „Wir können unsere Motoren in weniger als drei Minuten abschalten und in drei Minuten wieder auf Volllast hochfahren. Andere Kraftwerke dieser Größe haben deutlich längere Anlaufzeiten.“ Durch einen Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90 % sorgt die Anlage ferner für eine besonders gute Brennstoffumwandlung. Kraftwerksbauer MAN bleibt auch nach der erfolgreichen Inbetriebnahme der Anlage im Dezember 2018 ein Partner des Projekts. Die After-Sales-Marke MAN PrimeServ übernimmt für zehn Jahre die Wartung der Motoren. Gas statt Kohle – Ein Modell mit Zukunft Der Ersatz des Gaisburger Kohlekraftwerks durch ein modernes, flexibles und 12 BWK Bd. 71 (2019) Nr. 6

Kraft-Wärme-Kopplung Was ist mit der zweiten Herausforderung, die Sie erwähnten: Versorgungssicherheit vor dem Hintergrund von Kohle- und Gasausstieg? Auch hier gilt: Noch ist nichts verloren, aber wir müssen handeln. Das heißt vor allem: Wir brauchen mehr erneuerbare Energien im System, der Ausbau muss schneller gehen. Ausfälle wie derzeit bei der Windkraft können wir uns nicht erlauben. Darüber hinaus sieht die Kohlekommission den Ersatz von Kohlekraftwerken durch Gaskraftwerke vor. Das wird nur gelingen, wenn wir die Investitionen in eine solche Umrüstung auch nachhaltig profitabel machen können. Es geht also um das Geschäftsmodell von morgen. Der Umstieg auf Gas ist ein großer Schritt hin zur Emissionsreduktion, denn Gaskrafthocheffizientes Gaskraftwerk ist Teil des Konzepts von Energieversorger EnBW zur Umsetzung der Energiewende. „Gaisburg ist für uns eine Blaupause für die Umstellung weiterer Anlagen von Kohle auf Gas“, sagt Jens Rathert, Projektleiter bei EnBW. Die Strategie des drittgrößten deutschen Energieunternehmens, das sich mehrheitlich im Besitz des Landes Baden-Württemberg sowie des kommunalen Zweckverbandes Oberschwäbische Elektrizitätswerke befindet, ist auf die Realisierung der deutschen Klimaziele ausgerichtet. Laut einer aktuellen Studie könnte allein der Ersatz von Kohle- durch Gaskraftwerke in Deutschland jährlich rund 70 Mio. t CO 2 einsparen. Das entspricht 40 % der in der langfristigen Klimastrategie angestrebten Emissionsreduktion. Das langfristige Ziel: Null Emissionen Projekte wie Gaisburg bilden die langfristige Grundlage für eine emissionsfreie Energieversorgung, wie Matthias Zelinger, energiepolitischer Sprecher des Ver- Bild: Stadtwerke Frankfurt (Oder) Das neue Gasmotorenkraftwerk in Frankfurt (Oder) ist Teil einer umfassenden Modernisierung des Heizkraftwerks „Am Hohen Feld“, das bereits seit 1997 Haushalte und Unternehmen mit Strom und Fernwärme versorgt. bands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA) erklärt: „Unserer Überzeugung nach kann man zukünftig völlig emissionsfreie Gaskraftwerke realisieren. In zwanzig bis fünfundzwanzig Jahren werden wir über die Möglichkeit verfügen, diese Kraftwerke mit sogenannten synthetischen Gasen zu betreiben, also zum Beispiel mit Wasserstoff oder Methan, das klimaneutral aus erneuerbarer Energie gewonnen wird. Mit dieser Perspektive ist eine Umwandlung nicht nur eine Investition in eine unmittelbare Emissionsminderung, sondern in einen langfristig klimaneutralen Betrieb.“ „Keine Zeit zu verlieren ...“ Herr Zelinger, wie steht es um die deutschen Klimaziele? Bis 2030 wollen wir 55 % weniger CO 2 ausstoßen als 1990. 2050 sprechen wir dann schon von einer Reduktion um mindestens 80 bis 85 %. Denn wenn wir die Klimaziele von Paris ernst nehmen, müssen wir bis dahin eine vollständig klimaneutrale Weltwirtschaft erreichen. Fakt ist aber: Schon das 2030er-Ziel stellt Deutschland derzeit noch vor große Herausforderungen. Bis dahin werden wir den Atomausstieg vollziehen. Das bedeutet, andere Energiequellen müssen den Atomstrom ersetzen. Da wir bis 2038 aber auch aus der Kohleverstromung aussteigen wollen, kann diese keinen Beitrag leisten. Es bleiben also erneuerbare Energien und Gaskraftwerke, um die Lücken zu schließen. Zusätzlich zum Klimaschutz wird so auch die Versorgungssicherheit zur Herausforderung. Sie klingen nur bedingt optimistisch. Realistisch betrachtet, dürfen wir jedenfalls keine Zeit mehr verlieren. Mit Blick auf den Klimaschutz bedeutet das: Dekarbonisierung muss zukünftig endlich auch jenseits der Energiewirtschaft stattfinden – also in den Sektoren Mobilität, Wärme und Industrie. Der klassische Stromsektor ist fast am einfachsten zu dekarbonisieren, denn hier sind wir schon relativ weit gekommen und haben eine Vision für die Zukunft, die den Ausbau der erneuerbaren Energien, ergänzender Gaskraftwerke und des Stromnetzes vorsieht. Die größten Herausforderungen liegen im Verkehrs- und im Bausektor. Hier haben wir seit vielen Jahren nicht genug getan, die Modernisierungsmaßnahmen reichen nicht aus, und es gibt nicht genügend emissionsarme Kraftstoffe im System. Deshalb müssen wir hier und jetzt anfangen. Einer der Bausteine ist die Wärmeversorgung, bei der die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) eine tragende Rolle spielen kann. Das andere Thema ist die Mobilität. Hier brauchen wir Power-to-X und synthetische, klimaneutrale Kraftstoffe für Luftfahrt, Schifffahrt und Fernverkehr. Wenn wir in diesen Bereichen nicht mit großen Schritten vorangehen, werden wir die Klimaziele für 2030 verfehlen. Wieso ist KWK so wichtig? Weil die KWK leistet, was der Energiewende bislang fehlt: die Kopplung der Sektoren Strom und Wärme. Es wurde zu lange vergessen, dass zu einer erfolgreichen Energiewende auch Wärme, Mobilität und industrielle Prozesse gehören. Allein 30 % der CO 2 -Emissionen in Deutschland entstehen im Gebäudebereich. In Wärmenetzen für Wohngebäude und überall dort, wo sich Wärmeanwendungen in einem industriellen Kontext befinden, ist Kraft-Wärme-Kopplung die effizienteste Technologie. Dazu kommt: Sie integriert sich perfekt in moderne Energiesysteme. Matthias Zelinger, energiepolitischer Sprecher des VDMA. Das heißt? Ein gasbasiertes KWK-System realisiert durch die Kombination von Strom- und Wärmeerzeugung einen sehr hohen Ertrag aus einem bereits klimafreundlichen Brennstoff. Darüber hinaus bietet es eine hohe Flexibilität, da die Energie- und Wärmeerzeugung bis zu einem gewissen Grad entkoppelt werden können. Aus diesem Grund entscheiden sich Kraftwerksbetreiber heute häufig für den Einsatz mehrerer Motoren anstelle einer großen Gasturbine, wie das Beispiel Gaisburg zeigt. Die Motoren bieten die Möglichkeit, in kürzester Zeit von 0 auf 100 % zu wechseln, aber auch die Leistungserzeugung durch den selektiven Betrieb einzelner Motoren an den Bedarf anzupassen. Das hat zur Folge, dass man sich erheblich besser auf die Versorgung mit erneuerbarem Strom im System einstellen kann und letztlich zu einer wesentlich kostengünstigeren Strom- und Wärmeerzeugung kommt. Bild: VDMA BWK Bd. 71 (2019) Nr. 6 13

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