Gerüstet für die Zukunft

Titel

Flexibilität - GuD-Technik gilt als optimales Gegenstück zu den dezentralen und oft wechselhaften Erneuerbaren. E.on entschied bereits 2009, die Siemens-Testinstallation in Irsching 4 zum GuD auszubauen – so ging jetzt fast zeitgleich mit dem Beschluss der deutschen Energiewende ein Kraftwerk mit Rekordeffizienz in den kommerziellen Betrieb.

26. August 2011

Mit Irsching 4 ist das aktuell effizienteste Kraftwerk der Welt mit einem zertifizierten Wirkungsgrad von 60,75% in den kommerziellen Betrieb gegangen. Der Erfolg fußt vor allem auf der neuen Gasturbinentechnologie von Siemens Energy. Sie ist das Ergebnis einer bereits über zehn Jahre zurückliegenden Entscheidung, die Technologien von Siemens und Westinghouse zusammenzuführen und zu den Zukunftsplattformen Verdichter, Brenner und Turbine weiterzuentwickeln. Steigerungen bei Flexibilität und Effizienz würden, so die damalige Erkenntnis aus Marktanforderungen in Großbritannien und den USA, künftig wichtige Faktoren für die Wirtschaftlichkeit von Gasturbinen, sowie von kombinierten Gas- und Dampfkraftwerken sein (siehe Interview S. 14). So begann Siemens ab 2001 mit der Entwicklung der SGT5-8000H.

Üblicherweise bestellt ein Kraftwerksbetreiber bei Vertragsabschluss eine Anlage, die zu einem bereits vorab festgesetzen Termin in den kommerziellen Betrieb gehen kann. Um diese Termintreue gewährleisten zu können muss auf bewährte Technologie zurückgegriffen werden. »Ein solches kommerzielles Projekt war beispielsweise der Kraftwerksblock Irsching 5«, so Lothar Balling, Leiter GT Power Plant Solutions bei Siemens in Erlangen. »Es wurde gegen internationalen Wettbewerb mit der Gasturbinengeneration der F- Klasse gewonnen.« Das als 3-Wellen-Anlage mit zwei Gas- und einer Dampfturbine ausgeführte GuD-Kraftwerk hat bereits im Mai 2010 den Betrieb aufgenommen – gemeinsam betrieben von E.on Kraftwerke, N-ergie, Mainova und HSE. Der Wirkungsgrad liegt hier bereits bei deutlich über 59%.

Test-Optionen im Kraftwerk

Beim Block 4 des Kraftwerkstandorts ging man allerdings ganz anders vor, denn die neue Technologie, die den Wirkungsgradsprung über die 60-%-Marke schaffen sollte, musste noch ausführlich evaluiert werden. Balling: »Bei Irsching 4 hat Siemens deshalb mit dem Besitzer des Standortes E.on bereits zuvor vereinbart, dass die erste Phase, der Test der Gasturbine im Open Cycle, auf eigene Verantwortung und Kosten durch Siemens umgesetzt wird. E.on hatte dafür hauptsächlich das Grundstück mit Gas- und Netzanschluss zur Verfügung gestellt.«

Insgesamt waren 250 Ingenieure an der Entwicklung der neuen Gasturbinengeneration beteiligt. 500 Mitarbeiter haben sie im Berliner Siemens-Werk gefertigt.

Ab Dezember 2005 begannen die ersten Open-Cycle-Tests in Irsching und von Januar 2008 bis Juni 2009 dauerte die Validierungsphase, die auch von E.on intensiv begleitet wurde. In rund 1.500 Betriebsstunden wurde die Turbine dabei auf Herz und Nieren getestet. Die Ergebnisse bestätigten in vollem Umfang die hohen Erwartungen der Ingenieure. Und so konnte die Anlage ab September 2009 zum GuD-Kraftwerk Irsching 4 ausgebaut werden. Dazu wurde die bestehende Gasturbine um einen Abhitzekessel und eine Dampfturbine ergänzt. Geplant war, dass E.on die Anlage im Herbst 2011 von Siemens übernehmen und kommerziell in Betrieb nehmen würde. Nach dem Rekordversuch im Mai, bei dem der TÜV Süd die Rekordmarke beim Wirkungsgrad und eine Leistung von 578MW feststellte, wurde das Kraftwerk tatsächlich bereits am 22. Juli 2011 an den Kunden übergeben und zum kommerziellen Betrieb freigegeben.

Für das Kraftwerk gab es bereits im letzten Herbst Vorschusslorbeer: E.on und Siemens konnten damals den mit 10.000€ dotierten Bayerischen Energiepreis 2010 entgegen nehmen. Das Preisgeld spendeten die beiden Unternehmen der Berufsschule im benachbarten Pfaffenhofen. »Die beiden Unternehmen erhalten die Auszeichnung für ihre Verdienste um eine sichere und zuverlässige Stromversorgung im Einklang mit höchsten Umwelt- und Klimaschutzansprüchen beim Kraftwerk Irsching 4«, so die bayerische Wirtschaftsstaatssekretärin Katja Hessel bei der Übergabe. »Das GUD-Kraftwerk Irsching 4 setzt in der Gasverstromung in puncto Klimaschutz, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit weltweit neue Maßstäbe«, so Keith Plowman, Geschäftsführer der E.on Kraftwerke bei der Preisverleihung. »Die Auszeichnung verdeutlicht die energiewirtschaftliche Bedeutung des Kraftwerks und der neu entwickelten Gasturbine von Siemens. Wir leisten mit dieser sehr flexibel einsetzbaren Anlage einen wichtigen Beitrag zur weiteren Integration der erneuerbaren Energien.«

Der Kraftwerksstandort Irsching, an dem man 1969 mit einem 151-MW-Schwerölblock begann, stellt heute mit dem Spitzenlast-Gaskraftwerk Irsching 3 und den neuen Blöcken 4 und 5 fast 2GW Leistung bereit – ökonomisch und ökologisch State of the Art. (vt)

Optimale Ergänzung

Hand in Hand mit Erneuerbaren

Da der Anteil fluktuierender Einspeisung ins Netz durch erneuerbare Energien stetig steigt, wird eine hohe Flexibilität der für den Ausgleich sorgenden Kraftwerke immer wichtiger. Die neue GuD-Anlage Irsching 4 ist nicht nur amtierender Wirkungsgradweltmeister. Sie fährt außerdem auch Lastrampen von über 35 MW/min stabil und stellt ab Stillstand gemessen mehr als 500 MW nach 30 Minuten bereit. Damit kann diese Anlage Fluktuationen im Netz sehr flexibel ausgleichen.

INTERVIEW

»Wesentlicher Kauffaktor ist die Flexibilität im Betrieb«

Lothar Balling,Leiter GT Power Plant Solutions, über Entwicklung und aktuelle Projekte der H-Klasse

Siemens kann zur Energiewende die aktuell effizienteste GuD-Technik vorweisen – und zwar als 600MW-Kraftwerk, das diesen Sommer seinen kommerziellen Betrieb aufgenommen hat. Wie weit zurück reichen die Vorarbeiten zu dieser Innovation?

Bereits vor dem Jahr 2000 begannen wir mit den wesentlichen Vorüberlegungen zu dem Bedarf einer neuen Gasturbine. Im März 2001 haben wir dann die Produktentwicklung mit der Freigabe des Lastenheftes mit den wesentlichen Marktbedingungen gestartet und den Gesamtprozess nach einem neu konzipierten Entwicklungsprozess abgewickelt. Wir nutzten hierbei wesentliche Erkenntnisse aus den Einführungserfahrungen der 90er-Jahre.

Welche Motive lösten damals den Launch des ambitionierten Innovationsprogramms aus?

Dieses Programm wurde im Grundsatz durch drei sich ergänzende Faktoren ausgelöst. Erstens gab es damals einen Boom an Gasturbinen-Projekten. Zweitens war gleichzeitig der Bedarf an größeren und effizienteren Einheiten vorhanden. Dritter Faktor war das interne Interesse, die Technologie von Westinghouse und Siemens auf eine gemeinsame Plattform zu stellen. Bei der sorgfältigen Marktanalyse haben wir bereits aus den Erfahrungen mit Projekten in USA und England erkannt, das Flexibilität im Betrieb künftig ein neuer Wirtschaftlichkeitstreiber sein wird. Um diese Flexibilität darstellen zu können, haben wir auf ein Konzept mit ausschließlicher und interner Luftkühlung gesetzt und zudem ein entsprechendes GuD-Konzept gewählt. Das Programm hatte das Ziel, sogenannte Plattform-Technologien aus den Erfahrungen von Westinghouse und Siemens zu entwickeln, die künftig in den beiden Frequenzen 50 und 60 Hertz einsetzbar sind.

Das Siemens-Prüffeld in Berlin ermöglichte keinen Probelauf der neuen H-Klasse, da die Prüfstände nicht für solche Leistungen ausgelegt waren. Wie konnten Sie notwendige Tests fahren?

Das Prüffeld war seinerzeit auf circa 220MW begrenzt – es reicht heute bis zu 300MW. 2006/07 wurde der direkt skalierte SGT68000H-Verdichter in der umgebauten SGT6-5000F und 2009 das PCS-Verbrennungssystem in einem weiteren Umbau dieser Turbine erprobt. Vorab waren 2005 die ersten PCS-Komponenten in Hochdruckprüfständen bei Enel in Italien und DLR in Köln getestet worden.

Für Projekte in USA und Südkorea entsteht aktuell die 60 Hz-Version der 8000H. Wie ist der Stand? Welche Rolle spielt hier das ausgebaute Prüffeld?

Die heute möglichen 300MW wurden durch Vergrößerung der Wasserbremse erreicht. Sie erlaubt die freie Wahl der Drehzahl, sodass hier 50- und 60-Hz-Komponenten getestet werden können. Nach erfolgreicher Erprobung der 50-Hz-Gasturbine in Irsching konnten sechs Gasturbinen in den USA an den Betreiber Florida Power & Light – ein Tochterunternehmen von NextEra Energy – verkauft werden. Da diese Komponenten mit dem Faktor 1:1,2 gegenüber der 50-Hz-Gasturbine technisch skaliert wurden und auch die Brenner prinzipiell identisch sind, war keine erneute Komplett-Erprobung erforderlich. Dennoch haben wir uns mit dem Kunden entschieden, die erste der auszuliefernden Gasturbinen zuerst auf dem neuen Prüffeld zu betreiben, um die Inbetriebnahme auf der Baustelle zu verkürzen und den Nachweis der Funktionstüchtigkeit nochmals zu demonstrieren. Diese Gasturbine ist aktuell auf dem Prüffeld installiert und läuft dort in den nächsten Monaten im Test, während die anderen sich bereits in der Fertigung befinden. Ebenfalls in der Fertigung ist eine weitere SGT6-8000H für den Kunden GS EPS in Korea, der zu Beginn des Jahres eine Single-Shaft-GuD-Anlage SCC6-8000H-1S gekauft hat.

Welche Rolle spielen 50-Hz- und 60-Hz-Markt aktuell für Sie?

Das Potenzial im 60-Hz-Markt wird speziell durch eine derzeit sehr hohe Nachfrage in Korea geprägt. Dort ist diese Technologie auch durch den hohen Gaspreis bereits voll akzeptiert, wie aus dem Projekt Bugok 3 zu erkennen ist. Weitere Projekte im 60-Hz-Bereich werden auch in den Philippinen, Taiwan, Saudi Arabien und mittelfristig auch in den USA erwartet. Für die 50-Hz-Version sind speziell die Märkte in Asien, Europa – hier auch speziell Deutschland – und Mittlerer Osten interessant, wo wir ab 2013 weitere Aufträge erwarten.

Wieviel Luft ist denn im 8.000-H-Programm noch für weitere Effizienzsteigerungen – ist in absehbarer Zeit mit dem Nachweis von 62% Wirkungsgrad oder mehr rechnen?

Wir haben in einem zehnjährigen, sehr sorgfältigem Entwicklungsprogramm diese Technologie zur kommerziellen Reife entwickelt. Alleine die Tests der neuen Technologie, auch im Zusammenspiel mit dem neuen Wasserdampfkreislauf, haben über zwei Jahre gedauert, denn unsere Ansprüche waren sehr hoch, um solche Technologien mit möglichst geringem Risiko den Kunden zumuten zu können. Wir konnten in all diesen Tests auch die Flexibilität im Betrieb nachweisen, die ein wesentlicher Kauffaktor in Zukunft sein wird. Der in dieser Anlage demonstrierte und vom TÜV Süd zertifizierte Wirkungsgrad von >60,75 Prozent Netto hat in Zukunft weiteres Potenzial durch weitere Optimierung der Komponenten, der Spaltverluste und des Verbrennungssystems. In den nächsten fünf Jahren streben wir eine weitere Steigerung auf mehr als 61,5 Prozent Netto an, allerdings ohne Kompromisse bei der Flexibilität. (vt)

Erschienen in Ausgabe: 07/2011