Intelligente Effizienz

Kraftwerke

Klimaschutz - Trotz des stetigen Ausbaus erneuerbarer Energien wird auch künftig der Löwenanteil des wachsenden Strombedarfs aus fossilen Quellen gedeckt werden. Neue Konzepte und eine Steigerung der Effizienz sind hier gefragt. Ein gutes Beispiel ist die GuD-Anlage Irsching 4 mit der neuen Gasturbine von Siemens.

08. September 2009

Siemens Energy hat sich ehrgeizige Ziele in Sachen Klimaschutz gesetzt. So sollen bis 2011 durch entsprechende Produkte kumuliert 275 Megatonnen CO2 eingespart werden, das bedeutet nahezu eine Verdoppelung gegenüber dem Wert von 2008 mit 148Mt. Einen wesentlichen Anteil verspricht man sich neben den Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien von energieeffizienten Dampf- und Kombikraftwerken, die dem neuesten technischen Stand entsprechen und so eine höchstmögliche CO2-Minderung bei der Verbrennung von Kohle und Gas gewährleisten. »Entsprächen alle Kohlekraftwerke weltweit diesem Anspruch, würden sie 2,4 Gigatonnen oder 30 Prozent der von ihnen verursachten CO2-Emissionen einsparen«, sagt Lothar Balling.

Angesichts des stark ansteigenden Strombedarfs in den nächsten Jahrzehnten geht es laut dem Geschäftsleiter für schlüsselfertige Kraftwerke in der Region Europa und GUS bei Siemens Energy um die weitere Optimierung des gesamten Energiemix, in dem jeder Energieträger seinen Platz haben müsse. »Nur ein solcher Energiemix wird sicherstellen, dass die Versorgungssicherheit zu wirtschaftlichen Bedingungen gewährleistet werden kann«, betont Balling.

Die Kraftwerkslandschaft werde auch künftig auf drei Säulen basieren. Die erste Säule besteht aus den Grundlastanlagen und umfasst Kohlekraftwerke und Kernkraftwerke.

Die zweite Säule bilden Stromerzeugungsanlagen, die erneuerbare Energieträger nutzen, wie Windenergieanlagen, mit großem CO2-Einsparungspotenzial, aber mit sehr fluktuierender und wenig vorhersagbarer und lokal begrenzter Einspeisung.

Aufgrund dieser Tatsache »brauchen wir als dritte Säule noch mehr als je zuvor sehr flexible, hocheffiziente Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke im Mittel- und Spitzenlastbereich und auch als Backup für diese Art von Stromerzeugungsanlagen«, ist sich Balling sicher. Hier sei auch die Legislative gefordert, dafür zu sorgen, die CO2-Abscheidevorgaben »an diese Art der Energieerzeugung mit Augenmaß zu fordern, um nicht die unbedingt erforderliche Flexibilität dieser Anlagen zu gefährden«.

Zum Auffangen der fluktuierenden Stromerzeugung sind auch fossile Kraftwerke mit besonders kurzen Startzeiten gefragt. Siemens hat hier mit der Single-Shaft-Anlage SCC5-4000F 1S erstmals im kommerziellen Betrieb eine Startzeit von unter 30 Minuten erreicht.

Reduzierter Spalt in Turbine

Mehrere Verbesserungen haben zu dieser »neuen weltweiten Bestmarke« beigetragen. Dazu zählt neben der Frequenzstützung und Schnellstarteigenschaften auch die Hydraulische Spalt-Optimierung. Dieses Hydraulic Clearance Optimization System (HCO) genannte Konstruktionsmerkmal kommt bei den neuen 50-Hz-Turbinen zum Einsatz und ist erstmalig in der SGT5-4000F im Jahr 2000 eingeführt worden. Dabei wird der Turbinenläufer hydraulisch axial verschoben, um nach Durchwärmung und bei Lastbetrieb den Spalt in der Turbinen-Beschaufelung zu reduzieren.

»Auch solche Entwicklungen helfen am Ende, CO2 einzusparen, weil sie die Emissionen während der Anfahrzeiten reduzieren und quasi die Nutzbarkeit der Windenergie verbessern«, betont Balling.

Für GuD-Anlagen ist die Zielsetzung für 2020, rund 62% Wirkungsgrad in der Leistungsgröße für eine Einheit von 600MW zu erreichen. Ein erster wesentlicher Schritt ist die neue Gasturbine in Irsching 4 (siehe Interview Seite 14).

Zu mehr Umweltverträglichkeit tragen auch Lösungen bei, die den Wasserverbrauch von Kraftwerken minimieren. Nachgeschaltete Prozesse, insbesondere luftgekühlte Kondensatoren, helfen dabei, eine Reduktion des Wasserverbrauchs von bis zu 90 % zu erreichen.

Obwohl GuD-Kraftwerke viele Vorteile haben – sie können relativ schnell errichtet werden und Investitionsvolumen und Lieferzeiten sind nicht so hoch wie bei Kohlekraftwerken – sollte man »auch aus Sicht der Brennstoffdiversifizierung und aus Versorgungssicherheitsgründen in Deutschland auf Kohlekraftwerke nicht verzichten«, fordert Balling. In Zukunft könnten Kohlekraftwerke mit CCS(Carbon Capture & Storrage)-Technik nahezu CO2-freien Strom erzeugen.

Am Kraftwerk Staudinger in Großkrotzenburg bei Hanau errichtet Siemens eine Pilotanlage zur CO2-Abscheidung. Am steinkohlebefeuerten Block 5 soll unter realen Einsatzbedingungen ein bereits im Labor erprobtes Verfahren getestet werden. Ziel dabei ist ein optimierter Prozess, der auf einem neuen Absorbens beruht, das gegenüber herkömmlichem Monoethanolamin (MEA) deutliche Vorteile im Hinblick auf Energieeffizienz, Verbrauch (geringer Verlust eingesetzter Reinigungssubstanz) und Lebenszeitkosten aufweist. Weitere Anforderungen sind eine optimale Integration des Verfahrens in die Strom- und Wärmeerzeugung des Kraftwerks und Flexibilität im Betrieb, um die Wirkungsgradeinbußen möglichst gering zu halten.

Neue Ansätze zur CO2-Wäsche

»Die Auswahl des Waschmittels ist ein wichtiger Schritt, weil sie direkten Einfluss auf den Energieaufwand und die Umweltauswirkungen der CO2-Wäsche hat«, erläutert Balling. Siemens bevorzugt deshalb den Einsatz von Aminosäuresalzen, zumal diese Substanzgruppe keinen Dampfdruck aufweist. Emissionen aus der verwendeten Lösung sind deshalb nahezu null. Die thermische Stabilität der Salze ermöglicht eine flexible Betriebsführung, weil Adsorption und Desorption in einem breiteren Temperatur- und Druckfenster erfolgen können.

Bei der Entwicklung des neuen Verfahrens, die schon vor einigen Jahren im Industriepark Frankfurt-Hoechst begann, wurden etwa 50 Verbesserungsansätze geprüft. Wichtigstes Ergebnis ist eine optimierte Prozessverschaltung, die den Energiebedarf des Verfahrens von rund 4 GJ/t auf 2,7 GJ/t abgetrenntes CO2 verringert. Die Kosten pro Tonne sinken um 15%. Vergleicht man einen 800-MW-Steinkohleblock mit Standard-CO2-Abtrennung, so beträgt der Effizienzverlust über elf Prozentpunkte bei konventioneller Technologie (MEA), mit dem neuen Ansatz vermindert er sich laut Siemens auf etwas über 9%. Siemens und das niederländische Institut für angewandte wissenschaftliche Forschung TNO haben kürzlich eine Kooperation vereinbart, um die Technologie auf Basis von Aminosäuresalzen voranzutreiben.

Diese Aktivitäten tragen dazu bei, dass der Energiemix künftig immer ausgewogener werden könnte. Hier spielen auch neue Ansätze wie solarthermische Kraftwerke eine Rolle. Siemens gehört zu den Kooperationspartnern der kürzlich gestarteten Initiative Desertec, die den Ansatz verfolgt, Strom in den Wüsten Nordafrikas zu produzieren.

»Der Import von Strom aus solarthermischenKraftwerken könnte eine gute Ergänzung für den heimischen Energiemix sein«, sagt Balling. Das Desertec-Projekt werde aber nicht alle Energieprobleme Europas mit einem Schlag lösen. »Wir brauchen auch künftig einen ausgewogenen Energiemix aller potenziell einfach zugänglichen Energieträger«, betont er. Denn, so der Kraftwerksexperte: »In in einem intelligenten Energiemix ist kein Energieträger alternativ, alle sind additiv.« (mn)

Zukauf

Service gestärkt

Mit der Übernahme der Mehr-heit an der Gummersbacher Steinmüller Engineering GmbH weitet Siemens Energy das Service-Geschäft aus. Das Unternehmen mit über 60 Mitarbeitern bietet vor allem Engineering-Leistungen für innovative Feuerungssysteme zur Reduktion von Emissionen wie CO2 und NOx sowie für Abgasreinigungsanlagen fossil befeuerter Kraftwerke an. Man könne jetzt die Kunden noch besser unterstützen, die immer strengeren Umweltauflagen zu erfüllen, betont Siemens.

Erschienen in Ausgabe: 09/2009