Konventionelle Kraftwerke bleiben wichtig.

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1 Konventionelle Kraftwerke bleiben wichtig.

2 2 KONVENTIONELLE KRaFTWERKE BLEIBEN WICHTIG MODERNISIERUNG DES KRAFTWERKPARKS Eine Möglichkeit, die CO 2 -Emissionen zu senken, ist die Modernisierung des konventionellen Kraftwerksparks. Ältere Kraftwerke können zum Beispiel durch neue Kraftwerke mit höheren Wirkungsgraden und damit auch geringerem Brennstoffbedarf und geringeren CO 2 -Emissionen ersetzt werden. Neuste Braunkohlenkraftwerke erreichen zum Beispiel einen Wirkungsgrad von bis zu 43 Prozent der bisherige Durchschnitt liegt bei etwa 36 Prozent. Auch die stetige Verbesserung der in Betrieb befindlichen Kraftwerke durch technische Neu- und Weiterentwicklungen spart Brennstoff und mindert den CO 2 -Ausstoß. Der BoA-Kraftwerksblock hat einen deutlich höheren Wirkungsgrad als ältere Anlagen. Der Wirkungsgrad sagt aus, wie viel Prozent der Energie, die im Rohstoff steckt, für den gewünschten Zweck genutzt werden kann. Ein hoher Wirkungsgrad in der Stromerzeugung bedeutet also, dass zur Erzeugung der gleichen Menge Strom weniger Rohstoffe zum Beispiel Kohle oder Erdgas - verbrannt werden müssen und dementsprechend weniger Emissionen entstehen. Entwickler arbeiten derzeit an Kohlekraftwerken, die in Zukunft etwa 50 Prozent Wirkungsgrad erzielen können; bisher lag der Durchschnitt bei 36 bis 37 Prozent. Dazu sind besondere Materialien zu entwickeln, die hohen Temperaturen und hohem Druck besonders gut standhalten können. Die derzeit modernsten Steinkohlekraftwerke haben einen Wirkungsgrad von circa 46 Prozent. Spitzenreiter sind aber die modernen Gas- und Dampfkraftwerke (GuD), die Erdgas verstromen. Der Wirkungsgrad modernster Anlagen liegt bei bis zu 60 Prozent. Wird zugleich Wärme erzeugt und genutzt (Kraft-Wärme-Kopplung), dann nutzen die GuD-Kraftwerke den Energiegehalt des eingesetzten Erdgases sogar zu 80 Prozent aus. Man spricht dann vom so genannten Nutzungsgrad, nicht mehr vom Wirkungsgrad. ANFORDERUNGEN AN FLEXIBILITÄT KONVEN- TIONELLER KRAFTWERKE WACHSEN Neben hohen Wirkungsgraden wird die Flexibilität der Kraftwerke immer wichtiger. Da regenerative Energien den Strom nicht planbar in das Netz einspeisen können, müssen die konventionellen Kraftwerke immer soviel Strom zusätzlich produzieren, dass die Nachfrage durch alle Kunden zu jedem Zeitpunkt gedeckt werden kann. Dazu müssen die Kraftwerke möglichst schnell die Leistung verringern oder erhöhen können, je nachdem, wie sich die Einspeisung erneuerbarer Energien oder die Nachfrage verändert. Eine Reihe an Forschungs- und Entwicklungsprojekten beschäftigt sich damit, wie Kraftwerke ihre Einspeisung zunehmend schneller und flexibler regeln können. Dadurch kann es gelingen, die regenerativen Energien noch besser in die Infrastruktur unserer Energieversorgung zu integrieren.

3 3 KONVENTIONELLE KRaFTWERKE BLEIBEN WICHTIG Im Gas- und Dampfturbinenkraftwerk Lingen sorgt innovative Technik für besonders schnelle Reaktionen. Der Kraftwerksblock D gehört mit einem Wirkungsgrad von etwa 59 Prozent zu den effizientesten Stromerzeugern weltweit. Die Leitwarte kann die Leistung in kurzer Zeit hochfahren und herunterregeln, ganz so, wie der jeweils aktuelle Zustand der Netze es erfordert. Gerade einmal eine Minute braucht sie, um die Leistung um 30 MW zu steigern oder zu reduzieren. Innerhalb von nur einer halben Stunde kann das Kraftwerk die Höchstleistung liefern. mehr flexibilität für die kraft-wärmekopplung Im Gegensatz zu reinen Stromerzeugern können Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung in der Regel nicht so einfach auf Lastschwankungen im Netz reagieren. Denn der Dampf, den sie liefern, wird kontinuierlich gebraucht, zum Beispiel für Produktionsprozesse in der Industrie oder für die Fernwärmeversorgung von Haushalten. Der neben dem Prozessdampf erzeugte Strom aus der Kraft-Wärme-Kopplung wird daher nicht bedarfsorientiert in das Netz eingespeist. Das kraftwerk IM KELLER Kraft-Wärme-Kopplung spielt nicht nur in der großtechnischen Anwendung eine Rolle, sondern wird auch in der dezentralen Energieerzeugung immer wichtiger. So genannte Mikro-KWK-Anlagen in den Kellern von Privathaushalten produzieren einerseits Wärme für Heizung und Heißwasser, andererseits Strom. Mit innovativer Steuerungstechnologie können Mikro-KWKs überschüssigen Strom flexibel ins öffentliche Netz einspeisen, nämlich möglichst dann, wenn die Stromnachfrage hoch ist und der Strom daher auch einen attraktiven Preis hat. Dazu muss auch in einer Mikro-KWK die Wärmevon der Stromerzeugung möglichst weit entkoppelt werden können. Dies erfolgt durch den Einsatz eines Warmwasserspeichers. Umgekehrt könnten die Speicher intelligenter KWK-Anlagen im Keller nicht nur selbst produzierte Wärme, sondern auch in Wärme umgewandelte Überkapazitäten aus dem Stromnetz aufnehmen. Ein neu in der Entwicklung befindlicher Feststoff-Wärmespeicher könnte zukünftig dazu beitragen, die Wärme- und Stromerzeugung einer solchen KWK-Anlage besser zu entkoppeln. Er wird derzeit im Forschungsprojekt FleGs im Innovationszentrum Kohle in Niederaußem im Technikumsmaßstab getestet. Die Entwickler und Ingenieure prüfen unter anderem, welche Gesteine sich als Wärmespeicher eignen; derzeit scheinen vor allem Vulkangesteine eine vielversprechende Option zu sein.

4 4 KONVENTIONELLE KRaFTWERKE BLEIBEN WICHTIG InnoVATIONen aus dem rheinischen Revier Bei Forschung und Entwicklung zur Optimierung konventioneller Kraftwerke übernimmt der RWE Konzern deutschlandweit als größter Kraftwerksbetreiber eine führende Rolle. Am Standort Niederaußem im rheinischen Braunkohlerevier nahe Köln verfügt RWE über ein eigenes Innovationszentrum ist in Niederaußem der seinerzeit modernste Braunkohlenkraftwerksblock der Welt, BoA 1, ans Netz gegangen. Die Anlage leistet 1000 Megawatt haben darüber hinaus im nahe gelegenen Neurath die Kraftwerksblöcke BoA 2 und BoA 3 den Betrieb aufgenommen BoA 1 kann zudem nach den in 2012 vorgenommenen Umbauten und Verbesserungen seine Leistung um 30 Megawatt pro Minute reduzieren oder steigern. Damit kann die flexible Anlage die schwankende Einspeisung aus Sonnen- und auch Windstrom noch besser ausgleichen und leistet damit einen wichtigen Beitrag für eine stabile Stromversorgung. Zahlreiche Forschungsprojekte sind um BoA 1 entstanden ein Kürzel, das übrigens für Braunkohlenkraftwerk mit optimierter Anlagentechnik steht. Optimierte Anlagentechnik bedeutet, dass die Stromerzeugung zwar grundsätzlich nach demselben Prinzip erfolgt wie in herkömmlichen Anlagen, jedoch mit bedeutenden Weiterentwicklungen in den einzelnen Anlagenteilen und Verfahrensschritten. Wesentliches Ergebnis dieser Optimierungen ist ein gesteigerter Wirkungsgrad des Kraftwerks. WENIGER WÄRME- VERLUST in der wta Braunkohlenkraftwerk mit optimierter Anlagetechnik (BoA)

5 5 KONVENTIONELLE KRaFTWERKE BLEIBEN WICHTIG WENIGER WÄRME- VERLUST IN DER WTA Ein Teil der Braunkohle für BoA 1 in Niederaußem wird in dem Prototyp einer großtechnischen Wirbelschichttrocknung mit interner Abwärmenutzung aufbereitet, kurz WTA genannt. Braunkohle enthält bis zu 60 Prozent Wasser und muss daher vor der Verbrennung getrocknet werden. Im herkömmlichen Prozess geht bei der Trocknung viel Wärmeenergie verloren, die grundsätzlich aus dem Brennstoff Braunkohle selbst gewonnen werden muss. Die WTA-Technologie erlaubt es, die Braunkohle bei sehr viel niedrigeren Temperaturen als bisher zu trocknen bei 110 statt wie bisher 1000 Grad Celsius und damit mit deutlich geringeren Wärmeverlusten. WTA-Anlagen könnten in Zukunft den Wirkungsgrad von Braunkohlenkraftwerken um weitere vier Prozentpunkte (also etwa 10 Prozent) steigern. mehr druck machen Mehr Effizienz sollen auch höhere Betriebstemperaturen und höherer Druck im Kraftwerksprozess bringen. Die BoA-Technik arbeitet mit circa 600 Grad heißem Dampf, der unter etwa 260 bar Druck steht deutlich mehr als bei älteren Kraftwerken. In Zukunft könnten Kraftwerke sogar mit 700 Grad und 350 bar betrieben werden. Im Großkraftwerk Mannheim testen Ingenieure dazu neue Werkstoffe und Komponenten, die solchen extremen Belastungen standhalten. Ein so genanntes 700-Grad-Kraftwerk könnte den Rohstoff Kohle in Zukunft noch besser ausnutzen als die gegenwärtigen Rekordhalter, die RWE Ende 2013 in Hamm und 2014 in Eemshaven/Niederlande in Betrieb nimmt. Der Wirkungsgrad soll rund 50 Prozent erreichen bisher liegt der Durchschnitt für Steinkohlekraftwerke in Europa bei 36 Prozent. DIE ZUKUNFT DER RAUCHGASWÄSCHE Anlage zur Wirbelschichttrocknung mit integrierter Abwärmenutzung (WTA). Die Verbrennung von Braun- oder Steinkohle setzt nicht nur CO 2 frei, sondern unter anderem auch SO 2, also Schwefeldioxid. Eine seit den 1980er Jahren bewährte Technologie ist die Rauchgasentschwefelung. Sie filtert bis zu 95 Prozent des SO 2 aus dem Rauchgas. Die Versuchsanlage REAplus in Niederaußem testet Möglichkeiten, die Entschwefelung weiter zu verbessern und die höchstmögliche Menge des Schadstoffs einzufangen. Diese verbesserte Reinigung ist zudem eine technische Voraussetzung für eine besonders effiziente Abtrennung des Kohlendioxids aus dem Rauchgas. Bei der Entschwefelung wird das SO 2 -haltige Rauchgas mit Wasser berieselt, in dem Kalk gelöst ist Chemiker nennen dies eine Kalksuspension. Kalk und Schwefel reagieren chemisch miteinander und verbinden sich zu Gips (CaSO 4 ), der sich

6 6 KONVENTIONELLE KRaFTWERKE BLEIBEN WICHTIG Nachgerüstete Rauchgaskanäle im Kraftwerk Niederaußem lässt. Die REAplus-Anlage erreicht die verbesserte Rauchgasreinigung durch eine Reihe von technischen Veränderungen im Ablauf dieses Prozesses. Unter anderem gelingt es, den Kontakt zwischen dem SO 2 und der Suspension zu verbessern und dadurch mehr Schwefeldioxid herauszufiltern. Ein neuartiger Elektrofilter in der Versuchsanlage erprobt den Einsatz von Kunststoffrohren anstelle von Stahl. So können die elektrostatisch abgeschiedenen Rauchgasbestandteile durch Wasser heraus gespült werden, ohne dass im Betrieb Rost entsteht. CO 2 AUS DEM RAUCHGAS ABTRENNEN Wie die Rauchgaswäsche ist auch die CO 2 -Wäsche bereits ein bewährtes Verfahren allerdings nicht in der Energiewirtschaft. Bisher wird sie beispielsweise in der chemischen Industrie eingesetzt. In Kraftwerken könnte sie in Zukunft im Anschluss an die Rauchgasentschwefelung das CO 2 aus dem Rauchgas entfernen. Einer der großen Vorteile der CO 2 -Wäsche liegt darin, dass auch bestehende ältere Kohle- oder gegebenenfalls sogar Gaskraftwerke damit nachgerüstet werden könnten und so weniger Kohlendioxid ausstoßen würden. Kohlendioxid aus einem Teilstrom der Kraftwerksrauchgase abtrennt. Sie kann circa 90 Prozent des darin enthaltenen CO 2 abscheiden. Das Verfahren kann man sich in etwa so vorstellen: In der Niederaußemer Pilotanlage strömt das Rauchgas durch einen Turm den so genannten Absorber nach oben, während gleichzeitig eine Waschflüssigkeit von oben nach unten regnet. Diese Flüssigkeit besitzt die Eigenschaft, bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen CO 2 zu binden. So lässt sich der CO 2 -Anteil im Rauchgas um etwa 90 Prozent reduzieren. In einem zweiten Turm, dem so genannten Regenerator, wird das CO 2 bei höherem Temperaturniveau aus der Waschflüssigkeit abgetrennt und kann dann einer Speicherung beziehungsweise einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Die Pilotanlage hat bisher eine Reihe neuer, unterschiedlich zusammengesetzter Waschflüssigkeiten sowie verschiedene Varianten des Prozessablaufs getestet. Inzwischen ist das Forschungsprojekt in eine neue Phase eingetreten. Dafür wurde der Absorber, in dem Rauchgas und Waschflüssigkeit in Kontakt kommen, mit wabenähnlichen Strukturen aus Metall versehen. Sie sorgen dafür, dass die Waschflüssigkeit das Kohlendioxid einfacher an sich binden kann. Offen bleibt die Frage: Was geschieht danach mit dem herausgefilterten CO 2? Dafür gibt es im Prinzip zwei Möglichkeiten: Speicherung oder Nutzung von CO 2. In Niederaußem hat RWE mit den Unternehmen BASF und Linde eine Versuchsanlage gebaut, die

7 7 KONVENTIONELLE KRaFTWERKE BLEIBEN WICHTIG Solche geologischen Formationen gibt es in CO 2 -Speicher genutzt werden. Metern TIefe in ganz Europa und unter der Nordsee. Sie könnten als natürlicher CO 2 SPEICHERN Speichern lässt sich Kohlendioxid unterirdisch in ehemaligen Erdgas- oder Erdöllagerstätten an Land oder unter dem Meer sowie in tiefen, Salzwasser führenden Gesteinsschichten. Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe schätzt die vorhandene Speicherkapazität in Deutschland auf etwa 20 Milliarden Tonnen. Das entspricht etwa der Menge der CO 2 -Emissionen, die die Kraftwerke in Deutschland innerhalb von 50 Jahren emittieren den Wert von 2011 zugrunde gelegt. Dies geschieht im Rahmen des gesamteuropäischen Forschungsprojekts CO 2 SINK, beziehungsweise dem Nachfolgeprogramm CO 2 MAN. Messgeräte beobachten kontinuierlich, wie sich das Kohlendioxid unterirdisch verteilt und verhält. Forschungen zu möglichen CO 2 -Lagerstätten gibt es bereits seit längerem und sogar weltweit. Einige Speicher befinden sich bereits in Betrieb. Dazu gehören unter anderem ehemalige Erdgaslager in der niederländischen und der norwegischen Nordsee sowie in der Barentsee. Auch in Deutschland gibt es ein unterirdisches Kohlendioxidlager, welches zu Testzwecken genutzt wird: 660 Meter unter der brandenburgischen Gemeinde Ketzin wird CO 2 in Poren in Salzwasser führendem Schilfsandstein gelagert.

8 8 KONVENTIONELLE KRaFTWERKE BLEIBEN WICHTIG CO 2 NUTZEN CO 2 kann nicht nur gespeichert, sondern auch für verschiedenste Zwecke genutzt werden. Mikroalgen zum Beispiel sind ein- oder mehrzellige Lebewesen, die CO 2 sogar direkt aus dem Rauchgas aufnehmen können. Dabei wird das bereits entschwefelte Rauchgas durch einen Behälter mit Flüssigkeit geleitet, der leicht salziges Wasser und Mikroalgen enthält. Die Flüssigkeit, eine so genannte Suspension, reicherte sich dabei mit CO 2 an. Anschließend wird die CO 2 -haltige Suspension zum Beispiel durch so genannte Photobioreaktoren geleitet. Das sind lichtdurchlässige Kunststoffrohre, in denen die Algen das CO 2 aus der Suspension herauslösen und mithilfe der Photosynthese in ihrem Stoffwechsel umwandeln. Eine weitere Option für die Nutzung von CO 2 bietet die Chemie. Das Projekt Dream Production, in dem Bayer, RWE und die RWTH Aachen kooperieren, untersucht die Möglichkeiten einer Herstellung hochwertiger Kunststoffe mithilfe von CO 2. Dadurch ließe sich auch der Verbrauch von Erdöl vermindern, das heutzutage als ein wesentlicher Rohstoff für die Kunststoffproduktion eingesetzt wird. Zudem wird das CO 2 dauerhaft chemisch in den Kunststoffen gebunden. In einer Pilotanlage stellt Bayer Technology Services aus dem Kohlendioxid Polyetherpolycarbonatpolyole (kurz PPP) her. Es lässt sich zu Polyurethan-Kunststoffen weiterverarbeiten, die wiederum in der Dämmung von Häusern und in der Autoindustrie Verwendung finden. Die biotechnische Verwertung von CO 2 bietet andere Möglichkeiten, CO 2 nutzbringend zu verwenden. Biotech-Unternehmen untersuchen beispielsweise in Kooperation mit RWE speziell gezüchtete Mikroorganismen, die sich von CO 2 ernähren. So wird CO 2 zum Rohstoff, und es entstehen Biomasse und industriell nutzbare Produkte wie neue Bio- Kunststoffe und chemische Zwischenprodukte. Das Algenprojekt: biologische Nutzung von CO 2

9 9 KONVENTIONELLE KRAFTWERKE BLEIBEN WICHTIG Herausgeber 3malE Bildung mit Energie Kruppstraße Essen T F E info@3male.de I Stand 25. Februar 2013 Alle Daten sind urheberrechtlich geschützt.