Das Kraftwerk Ras Laffan B mit einer Leistung von 1025 Megawatt soll die steigende Nachfrage nach Strom und Wasser in Qatar decken. Das Kraftwerk befindet sich etwa 80 Kilometer nördlich von Doha. Neben Strom produziert es täglich 60 Millionen Liter entsalzenes Wasser.
Mit Wasserstoff den Energiehunger stillen
Neue Herausforderungen: Anforderungen an den Bau von Kraftwerken ändern sich
Deutschlands Energiewende findet zu einem wichtigen Teil in den Städten und Kommunen statt. Die Klimaziele und der Ausstieg aus den Energielieferverträgen mit Russland lassen eine Strom- und Wärmelücke entstehen. Auswirkungen auf den Kraftwerkbau sind erkennbar. Der Einsatz von Wasserstoff wird zum Eckpfeiler künftiger Energieproduktion.
Eine funktionierende Wasserstoffwirtschaft wird die Klimaziele der Kommunen unterstützen. Einige Beispiele für den Einsatz von Wasserstoff als Energieträger in Städten und Gemeinden gibt es bereits, allerdings werden sich die kommunalen Versorger deutlich umstellen müssen, um für die Wasserstoffwirtschaft gerüstet zu sein.
Das Angebot der erneuerbaren Energien ist schwankend und schließt Extreme wie die Dunkelflaute ein. Diese Schwankungen müssen ausgeglichen werden, auch wenn die damit verbundene flexible Fahrweise von Kraftwerken ihre Effektivität verringert.
In der künftigen Ära der Grünen Gase zählt nicht nur die Anzahl der Betriebsstunden, sondern die Lieferungsmöglichkeit von Strom und Wärme unabhängig vom Wetter. Wenn erneuerbare Energien nicht liefern, dann müssen Gaskraftwerke einspringen.
Wasserstoff bereits enthalten
In der aktuellen Anlagenstruktur ist die Zumischung von Wasserstoff bereits berücksichtigt und die Umstellung auf reinen Wasserstoff mit geringfügigen Anpassungen der Anlagentechnik möglich. Diesen Kraftwerken fällt die Rolle einer flexiblen Fahrweise zu, die ein schnelles Anfahren mit häufigen Laständerungen ermöglicht.
Bereits heute ermöglichen Gasturbinen die Beimengung von H2 als Brennstoff. Bis 2030 sollen Gasturbinen in der Lage sein, mit 100 Prozent Wasserstoff betrieben zu werden. Die Umstellung auf reinen Wasserstoff bringt neue Herausforderungen mit sich – bisher können bis etwa 15 Prozent dem Erdgas beigemischt werden. Mit einem höheren Anteil ändert sich der Verbrennungsprozess. Elektrolyseure werden dringend benötigt, um den zu bestimmten Zeitpunkten überschüssigen Strom in H2 zu wandeln. Derzeit gibt es bereits Versuchsanlagen mit einer Größe zwischen 5 und 10 MW. Großprojekte bis 100 MW sind in Planung, aber es ist unsicher, ob sie innerhalb der nächsten fünf Jahre realisierbar sind.
Von der Gasturbinentechnologie mit Erdgas als Brückenbrennstoff ist man bei Siemens Energy überzeugt. Trotz der aktuellen politischen Herausforderungen „sehen wir im Markt, dass die geplanten Gasturbinenprojekte weiter realisiert werden“, berichtet Martin Stummbillig, Leiter Global Sales Operations in der Division Generation der Siemens Energy. Gaskraftwerke haben im Kombiprozess betrieben den höchsten elektrischen Wirkungsgrad und erlauben es, sehr flexibel auf schwankende Anforderungen des Energiemarktes zu reagieren.
Als Speicher von Energie geeignet
Wasserstoff ist als langfristiger Energiespeicher geeignet, aber mit großtechnischen Anlagen wird Neuland betreten, insbesondere die Infrastruktur muss erst noch flächendeckend aufgebaut werden. Große Zukunft liegt im Markt für Elektrolyseure zur Herstellung von Wasserstoff. Neben der direkten Nutzung lassen sich daraus über spezielle Verfahren auch so genannte E-Fuels wie E-Methanol (Schiffstreibstoff und Basis für viele petrochemische Produkte), E-Benzin oder E-Kerosin sowie E-Ammoniak zur Verwendung im Düngemittelsektor herstellen. Die wesentliche Bedeutung kommt Wasserstoff jedoch als Transport- und Speichermedium zu.
Siemens Energy bringt das Herzstück der Wasserstofftechnologie in die Hauptstadt. Der Produktionsbeginn am Standort an der Huttenstraße in Berlin Moabit ist für 2023 vorgesehen. Dort kann die Infrastruktur einer Halle genutzt werden. Für rund 30 Millionen Euro entstehen auf 2000 Quadratmetern neue Fertigungslinien für diese Technologie.
Von der Forschung unterstützt
Wie Deutschlands Energiehunger gestillt werden kann, das analysiert auch die Forschung. „Die Herausforderung liegt darin, den durch die Sektorenkopplung stark steigenden Strombedarf mit erneuerbaren Energien zu decken und die Bedarfsprofile der vergrößerten Anzahl an teilweise neuen Stromverbrauchern durch Dezentralisierung und Flexibilisierung zu berücksichtigen“, erklärt Kristin Abel-Günther, kommissarische Leiterin des Instituts für Energietechnik der TU Hamburg-Harburg. Ihrer Ansicht nach wird die Nutzung von Dampfturbinen zurückgehen. Gasturbinenanlagen mit synthetischen Gasen werden verstärkt eingesetzt. Das Thema Abwärmenutzung wird an Bedeutung gewinnen.
Derzeit werden mehr als zwei Drittel des Stroms mit Hilfe von Dampfturbinen erzeugt. Moderne Fertigungsverfahren und Fortschritte bei den Werkstoffen haben zu einem hohen Wirkungsgrad der Turbinen geführt, der sich eventuell durch Verbesserung der Fertigungsverfahren noch etwas erhöhen lässt. Allerdings steht das Streben nach hoher Effizienz im Widerspruch mit den sich ändernden Fahrprofilen, kurzen Anfahrzeiten und häufigen Lastwechseln.
Strombedarf steigt exponentiell
Nicht nur die Ausbaupläne der Bundesregierung lassen darauf schließen, dass der Strombedarf in exponentieller Weise wächst. In der Industrie wird er trotz weiterer Effizienzsteigerung bei den Prozessen nicht sinken. Hinzu kommt der neue Bedarf im Mobilitätssektor. „Deshalb wird sich der Bedarf bis 2045 nahezu verdoppeln“, erläutert Abel-Günther. „Wir brauchen kleine Anlagen, um die hohen Schwankungsbreiten auszugleichen und das Angebot besser steuern zu können“, davon ist die Expertin überzeugt. Kleinere, dezentrale Anlagen entschärfen das Problem der Netzüberlastung und man vermeidet die Abregelung von erneuerbaren Energien sowie Maßnahmen zum Schutz vor Überlastung. Simulationsrechnungen solcher Systeme zeigen, dass der notwendige Netzausbau dann geringer ausfällt. Allerdings wird die Steuerung des Netzes damit wesentlich komplexer. Dennoch ist Abel-Günther zuversichtlich: „Der größere Teil der Energiewende liegt noch vor uns, ist aber technisch machbar.“
Als Teil eines neuen Gas- und Dampfturbinenkraftwerks wird die bisher größte, leistungsstärkste und effizienteste Siemens-Gasturbine transportiert. Sie erzielt einen Grundlastwirkungsgrad von 63 Prozent und eine Leistung von 840 Megawatt – das genügt, um eine Stadt mit 3,3 Millionen Einwohnern mit Strom zu versorgen.
Bayern als Vorreiter
Das deutsche Modell der Energiewende hat aktuell noch keine Nachahmer gefunden. Es muss seine Attraktivität erst noch beweisen. Das Potenzial von Wasserstoff haben Kommunen an etlichen Orten in Bayern bereits erkannt. Über die Modellregionen hinaus will der Freistaat der Wasserstoff-Roadmap zufolge sogar weltweit eine Vorreiterrolle einnehmen. Bayern streckt jedenfalls schon die Fühler aus, um mit Wasserstoff die Zukunft zu gestalten.
Nach dem Besuch der nordschottischen Wasserstoffregion Aberdeen werden die Aussichten einer Energiepartnerschaft mit Schottland positiv beurteilt. „Ich bin überzeugt, dass wir ein gutes Energie-Partnerland für Bayern gefunden haben. Bayern wird spätestens Ende der zwanziger Jahre Wasserstoff aus der Region Aberdeen importieren“, erklärte Bayerns Wirtschafts- und Energieminister Hubert Aiwanger. [ dlu ]
