Aufrufe
vor 1 Jahr

10 | 2017

EnergieForum

EnergieForum Flexibilisierung der Stromversorgung zur Integration von erneuerbaren Energien Gasmotoren-Kraftwerke in Kombination mit erneuerbaren Energien GASKRAFTWERKE | Weltweit steigt der Anteil der aus erneuer - baren Energien mit schwankender Verfügbarkeit gewonnenen und in die Stromnetze eingespeisten Strommenge. Einer flexiblen und sauberen Gasmotorentechnologie zum Ausgleich dieser Schwankungen wird zukünftig eine weit bedeutendere Rolle zukommen als bisher. Der schnelle Anstieg des Strombedarfs in vielen Schwellenmärkten kann bei gleichzeitiger Vergrößerung des Anteils der erneuerbaren Energiequellen Sonne, Wasser und Wind zu einer Diskrepanz zwischen Energiebedarf vor Ort und Kapazität des Netzwerks zur Erfüllung dieses Bedarfs führen. Gleichzeitig sind Verfügbarkeit und Förderung von Erdgas schnell angestiegen, obwohl in vielen Gegenden die Netzwerk-Infrastruktur zum Gastransport fehlt. Unabhängig davon, ob ein einzelnes Unternehmen oder eine ganze Gemeinde mit Strom versorgt werden soll: In beiden Fällen ist eine zuverlässige Stromversorgung unabdingbar. Überschreitet der lokale Stromverbrauch unerwartet die zur Verfügung stehende Menge und entsteht ein hoher Spitzenbedarf, der die Stabilität des nationalen oder regionalen Netzes bedroht, sind zudem schnelle Abhilfemaßnahmen erforderlich. Rolls-Royce Power Systems (RRPS) kann auch in abgelegenen Gegenden mit hohem Gasvorkommen einen wichtigen Beitrag zum Aufbau von effektiven und effizienten Kraftwerken auf Basis von gasbetriebenen Verbrennungsmotoren leis- Autoren Kapil Verma, Jahrgang 1985, Studium Bachelor of Mechanical Engineering an der MD University Rohtak. Deputy Manager System Engineering, MTU India Pvt. Ltd, Pune, Indien. i kapil.verma@mtu-online.com Dr.-Ing. Harald Gretscher, Jahrgang 1967, Studium der Verfahrenstechnik an der Universität Karlsruhe (TH). Director Power Plant Engineering & Delivery, MTU Friedrichshafen GmbH, Friedrichshafen, Deutschland. i harald.gretscher@mtu-online.com Mit insgesamt 96 MTU-Onsite-Energy-Gasaggregaten auf Basis von 16-Zylinder-Motoren der MTU-Baureihe 4000 und einer Gesamtleistung von 144 MW ist das VPower-Kraftwerk in Myingyan, Myanmar, eines der weltweit größten Gas-Aggregate-Kraftwerke. ten – solchen, die signifikante Strommengen erzeugen und damit das nationale Stromnetz entlasten können. Durch ihre kurze Start- und Abschaltphase und die kurzen Hochlaufzeiten ermöglichen sie auch die erforderliche schnelle Reaktion auf die fluktuierende Energieerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen, zum Beispiel bei Anwendung in Microgrids. Kommen mehrere Einheiten zum Einsatz, ermöglicht dies eine große Regelbreite und das ganze Jahr über hohe Verfügbarkeit. Im Rahmen eines modularen Stromversorgungssystems werden diese Vorteile noch deutlicher: Die Verwendung vordefinierter, kundenspezifisch anpassbarer Module ermöglicht hier das Eingehen auf die jeweiligen Anforderungen vor Ort und die Senkung der Vorlaufzeiten zwischen Auftragserteilung und Aufnahme des kommerziellen Betriebs des Kraftwerks. Gasverfügbarkeit und Regionen, in denen Energie aus Gas als Ausgleich eingesetzt werden kann Gas trägt einen wesentlichen Teil zu sauberem Strom und sauberer industrieller Produktion bei. Prognosen über die weltweite Nachfrage zufolge wird der Anteil von Erdgas am weltweiten Energiemix von 19 % im Jahr 2014 auf 23 % im Jahr 2040 steigen und mit Kohle als zweitwichtigstem Energieträger nach Erdöl gleichziehen [1]. Die weltweite Nachfrage nach Gas wird insbesondere durch China und Indien befeuert. China wird 2035 mehr Gas verbrauchen als die Europäische Union. Sowohl in China als auch in Indien spielt Gas eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung des Kohleverbrauchs und der damit verbundenen Luftverschmutzung. Im Jahr 2014 produzierten die Nicht-OECD- Länder Asiens etwa so viel Gas, wie sie verbrauchten. Dabei wiesen China und Indien ein deutliches Defizit zwischen Produktion und Nachfrage auf, Länder wie Myanmar, Indonesien und Malaysia hingegen einen Produktionsüberschuss. Der Nettoimportbedarf dieser Region lag daher bei knapp unter 2 % der Nachfrage. Bis 2040 wird für die Region von einem durchschnittlichen jährlichen Anstieg der Nachfrage um 3,6 % ausgegangen [1]. Bild 1 zeigt das Gasdefizit der Region, das heißt Gasproduktion minus Gasnachfrage. Im Jahr 2014 betrug Chinas Gasdefizit 58 Mrd. m 3 , das Gasdefizit Indiens 17 Mrd. m 3 . Das Gasdefizit beider Länder zusammen belief sich daher auf 75 Mrd. m 3 . Im Gegensatz dazu produzierten die übrigen Länder Asiens (außer China und Indien) einen Gasüberschuss von 51 Mrd. m 3 . Das Gasdefizit aller Nicht-OECD-Länder Asiens lag 2014 somit bei 24 Mrd. m 3 . Für 2040 wird für China ein Gasdefizit von 264 Mrd. m 3 und für Indien ein Gasdefizit von 100 Mrd. m 3 prognostiziert. Auch für den Rest Asiens Bild: Rolls-Royce Power Systems 30 BWK Bd. 69 (2017) Nr. 10

EnergieForum wird für 2040 von einem Gasdefizit von 103 Mrd. m 3 ausgegangen, so dass das Gesamt-Gasdefizit der Nicht-OECD-Länder Asiens 2040 bei 467 Mrd. m 3 läge. Die Nachfrage wird durch starkes Wachstum aller gasverbrauchenden Branchen in China und Indien sowie durch die beginnende Nutzung von Gas als bedeutender Brennstoff im Rest der Region angetrieben. Demgegenüber steht jedoch eine jährliche Wachstumsrate der Gasproduktion von zwei Dritteln des Nachfragewachstums. Das Ergebnis dieser veränderten Produktions- und Nachfragesituation ist ein Anstieg des regionalen Defizits auf etwa 32 % der Nachfrage bis 2040, das heißt, die Region wird zu einem signifikanten Nettoimporteur von Gas [1]. Prognosen gehen für die Region davon aus, dass der Anteil der Stromerzeugung an der Gasnachfrage mit etwa 37 % konstant bleibt. Demgegenüber wird erwartet, dass der direkt von der Industrie genutzte Gasanteil von 21 % auf fast 30 % steigen wird. Dieser prozentuale Anstieg der Gasnachfrage direkt durch die Industrie stellt in Kombination mit der insgesamt steigenden Nachfrage nach Gas und dem zukünftig großen regionalen Defizit eine bedeutende Herausforderung für die wirtschaftliche Entwicklung dar. Viele Regierungen haben sich klar zum Ziel gesetzt, die Kohlenstoffintensität ihrer zunehmenden wirtschaftlichen Aktivitäten zu reduzieren und die geografische Vielfalt dieser Aktivitäten zu erweitern. Die Ergänzung der Netzstromversorgung durch fluktuierende erneuerbare Energien dient der Erreichung des ersten Ziels. Allerdings sind geeignete Standorte für fluktuierende erneuerbare Energien und wünschenswerte Standorte für eine expandierende Industrie häufig nicht deckungsgleich. Sofern die Stromnetze verbessert werden können, ist es sinnvoll, die benötigten Regelkraftwerke in räumlicher Nähe zu den neuen Zentren der Stromnachfrage zu errichten. Auf diese Weise können die benötigten Gaspipelines sowohl für den Bedarf durch die Industrie als auch zur Versorgung der Kraftwerke genutzt werden. Hieraus ergeben sich zwei wesentliche und parallel laufende Infrastruktur-Entwicklungsprogramme zur Unterstützung einer sauberen wirtschaftlichen Entwicklung. Die Einbeziehung von erneuerbaren Energien zur Begrenzung des CO 2 -Ausstoßes erfordert eine Entwicklung der Elektro-Infrastruktur. Bild 1 Prognostiziertes Gasnachfragedefizit für Nicht-OECD-Länder Asiens (Quelle: MTU, [1]). Bild 2 Weltweiter Anteil der Kraftstoffarten in Verbrennungsmotoren (Systeme > 3,5 MW); Quelle: [2]. Das regionale Gasdefizit und die steigende Nachfrage erfordern den Bau von Importterminals für Flüssigerdgas (LNG, Liquefied Natural Gas). Zudem wird eine Infrastruktur zur Gasverteilung benötigt, um neue Gewerbegebiete mit Gas zu versorgen. Aus Gas erzeugter Strom kann das Bindeglied zwischen diesen beiden Entwicklungen sein. Er könnte die inhärente Instabilität der fluktuierenden erneuerbaren Energien durch neue Stromnetze ausgleichen, die so genannte Microgrids bilden und die neue Gasinfrastruktur nutzen, die für das industrielle Wachstum gebaut wurde. Technologien im Vergleich Bei der Entwicklung dezentraler Stromerzeugungssysteme zur Ergänzung erneuerbarer Energiequellen stehen zwei primäre Antriebslösungen zur Wahl: Gasmotoren (Hubkolbenmotoren) und Gasturbinen. Beide haben sich weltweit in tausenden von Anlagen zur reinen Stromerzeugung (Simple Cycle) und Kraft-Wärme-Kopplung (Erzeugung von Wärme und Strom, KWK) bewährt. Im Laufe der Jahre wurden beide Technologien bezüglich Effizienz, Zuverlässigkeit, Emissionen und Betriebskosten stetig verbessert und werden dies auch weiterhin. Sehr effektiv ist die Verwendung von Gas zur Stromerzeugung in Anlagen mit Verbrennungsmotor oder in Gas- und Dampfturbinen (GuD)-Kraftwerken. Mit der zuverlässigeren Verfügbarkeit von Gas hat sich der Markt für Verbrennungsmotoren für Dauerleistung hin zu reinen Gasmotoren entwickelt. Im Jahr 2014 war der Marktanteil reiner Gasmotoren im hauptsächlich auf Dauerleistung ausgelegten Markt für Stromerzeugung bei Systemen mit einer Leistung von mehr als 3,5 MW erstmals größer als die Anteile von Schwerölmotoren und Motoren mit Dual Fuel zusammen (Bild 2). Die Vorteile der Stromerzeugung mittels großer Verbrennungsmotoren wurden bereits in vielen Publikationen dargestellt. In einem Zeitalter der Deregulierung und BWK Bd. 69 (2017) Nr. 10 31

Ausgabenübersicht