Schattenseite der Effizienz

Kraftwerke Das Streben nach hohen Wirkungsgraden bedingt den Einsatz von Spezialstählen. Doch die Preise für die begehrten Materialien steigen an.

08. April 2008

Die Kohleverstromung wird weltweit weiterhin eine bedeutende Rolle in der Energieerzeugung spielen. Damit sie zukunftsfähig bleibt, müssen Effizienz und Klimafreundlichkeit erhöht werden. Verlässliche hoch- und höchstlegierte Werkstoffe und Stähle sind Größen, die zur Steigerung der Drücke und der Temperaturen und somit des Wirkungsgrades beitragen. Hierdurch ist eine effektive Schonung der Ressourcen und Reduzierung der CO2-Emissionen möglich. Für Kraftwerksbauer gelten diese Werkstoffe daher als unabdingbares Muss.

Die Nachfrage nach dem Rohstoff Stahl wächst zusammen mit dem Streben nach Effizienz: Laut der Prognose der Wirtschaftsvereinigung Stahl wird in diesem Jahr mit 48,5 Mio. t rekordverdächtig nahezu soviel produziert wie im Jahr zuvor (48,6 Mio. t). Ein weiteres Wachstum ist nicht zu erwarten. Prof. Dieter Ameling, Präsident der Wirtschaftsvereinigung Stahl, begründet dies mit der aktuellen Dollar-Schwäche, der schwachen Binnennachfrage nach Neufahrzeugen sowie mit der weltweiten Finanzkrise und den steigenden Rohstoffpreisen. Anwachsende Stahlpreise laufen der Weiterentwicklung der Werkstoffe derart zuwider, dass geplante Steinkohlenkraftwerksprojekte, wie jetzt im nordrhein-westfälischen Herne, gekippt werden. Stadtwerke haben angesichts der »drastischen Preissteigerungen für Komponenten des Kraftwerksbaus« ihre Beteiligung entzogen.

»Gigantischer« bedarf pro MW

Die immense Bedeutung, die das ›Lebenselixier‹ Stahl für die Kraftwerksanlagen einnimmt, erläuterte Dr. Johannes Lambertz, seit 21. Februar Vorstandsvorsitzender der RWE Power AG, auf der Stahlkonferenz in Berlin: »Kraftwerke haben je nach Energieträger einen sehr unterschiedlichen Bedarf an spezifischen Stahlarten. So verbraucht etwa eine einzelne 5-Megawatt- Windkraftanlage in der 30 Meter tiefen Nordsee etwa 3.000 Tonnen des begehrten Materials.« Dies seien 600 t Stahl pro installiertem MW. Kohlekraftwerke lägen im Schnitt bei rund 100 t pro installiertem MW Leistung. So benötigt das 2.100-MW-Braunkohlekraftwerk, welches RWE Power zurzeit in Grevenbroich-Neurath errichtet, rund 230.000 t Stahl. Ein ebenfalls interessantes Segment für qualitativ hochwertigen Stahl sind laut Lambertz Kernkraftwerke. Ausbaupotenziale bieten sich hier primär auf europäischer Ebene. Kohlenkraftwerke bleiben jedoch wichtigste Treiber und Abnehmer für hochlegierten und hochwarmfesten Stahl, so der RWE-Power-Chef. Denn die Zukunft der Kohleverstromung setzt neue Anforderungen an eingesetzte Materialien. So werden Kombikraftwerke mit integrierter Kohlevergasung, CO2-Abscheidung und -Speicherung einen höheren Anteil an Standardstahl und niedriglegiertem Stahl benötigen, als bisherige Kohlekraftwerke. Eine erste Testanlage mit 450 MW will RWE Power bei optimalem Verlauf 2014 in Betrieb nehmen.

Die Grenze des aktuell Machbaren zur Wirkungsgradsteigerung sieht Lambertz bei einem Dampfkreislauf bei 600 bis 620 °C und einem Druck von 300 bar. »Der Weg kann und darf aber hier nicht enden.« Mit vorgeschalteter Trocknung für Braunkohle würde die nächste Generation deutscher Braunkohlekraftwerke einen weiteren Wirkungsgradsprung um vier Prozentpunkte machen. Eine Prototypanlage zur Braunkohlevortrocknung, die der Konzern in diesem Jahr in Bergheim-Niederaußem in Betrieb nehmen wird, soll den Weg ebnen für die Realisierung des ausschließlich mit Trockenbraunkohle befeuerten Kraftwerks. Verfügbar soll dieser Kraftwerkstypus ab 2015 sein. Die in der Entwicklung befindliche 700 °C-Technologie wird den Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken auf über 50% steigern. »Diese Dampftemperatur macht einen Werkstoffwechsel für den Frischdampfbereich zu Nickel-Basis-Legierungen erforderlich «, so Lambertz. »Die Werkstofffrage stellt die Nutzung solch hoher Dampfparameter vor eine Herausforderung, sodass wir erst ab 2020 von einer kommerziellen Verfügbarkeit ausgehen«.

Im Verdampferbereich werden zukünftig ferritisch-martensitische Werkstoffe mit Einsatztemperaturauslegung von bis zu 650 °C notwendig sein. Zuverlässige und langfristige Werkstoffparameter sind, so Lambertz, unabdingbar für eine bessere Risikobeurteilung während der Lebensdauer von Kesseln und Kraftwerkskomponenten. Instandhaltungs- und Reparaturkosten könnten gesteuert sowie ungeplante Stillstände vermieden werden. Die bessere Kenntnis des Werkstoffverhaltens sei nach Ansicht des Experten wichtig, um mögliche Schadensmechanismen zu bestimmen. Lambertz rechnet bis 2030 europaweit mit einem Bau von bis zu 350 GW Kraftwerksleistung, der auf zuverlässige und qualitative Stahlwerkstoffe angewiesen sein wird. Mit der Entwicklung preisgünstiger und verlässlicher hochwarmfester Stähle habe es die Stahlindustrie selbst in der Hand, inwiefern die Nachfrage nach Qualitätsstahl erhalten bleibe. (ds)

Erschienen in Ausgabe: 04/2008