Auf vielen Wegen zur Energiewende

Im Rahmen des 12. Technischen Presse Colloquiums (TPC) präsentierte die ALSTOM Deutschland AG Ende März in Mönchengladbach, wie die Energiewende mit einer Mischung aus erneuerbaren Energien und adaptierter konventioneller Kraftwerkstechnik unterstützt werden kann. Bei der Diskussion stand die Bandbreite verschiedener Technologien im Vordergrund. So kann der Ausbau regenerativer Energien unter Beibehaltung höchstmöglicher Stabilität und Flexibilität sowie unter wirtschaftlich optimalen Bedingungen erfolgen. Themen des TPC waren neben den Fortschritten bei den On- und Offshore-Windkraftanlagen sowie den zugehörigen Umspannstationen auch Energiespeicher, etwa Pumpspeicherkraftwerke und die (noch) visionäre Power-to-Gas-Technologie. Ebenfalls im Fokus: die Erhöhung der Flexibilität fossiler Kraftwerke für ein kurzfristiges Bereitstellen von Regelenergie. In diesem Zusammenhang betonte Thomas Kresser, Finanzvorstand der ALSTOM Deutschland AG, dass eine isolierte Betrachtung der Technologien, beispielsweise von Wind- und Gaskraftwerken, aus finanzieller Sicht immer weniger Sinn habe: „Wichtig ist  die richtige Balance zwischen regenerativen und traditionellen Energiequellen, auch im Hinblick auf die Versorgungssicherheit.“ Ebenso sei seitens der Investoren und Kreditgeber ein Umdenken erforderlich, damit die Umsetzung neuer Technologien und der daraus resultierende Klimaschutz nicht an mangelnder Risiko- und Investitionsbereitschaft scheitern.

Windkraft-Geschäft wächst, Anlagengröße steigt

Die intensivere Nutzung erneuerbarer Energien spiegelt sich auch in den Umsatzzahlen des Alstom-Konzerns wider: Auf Kraftwerke für erneuerbare Energien entfällt mittlerweile etwa ein Zehntel des Gesamtumsatzes bzw. mehr als ein Sechstel des Umsatzes im Power-Segment. Zu dem Erfolg im Bereich Wind tragen insbesondere Windkraftanlagen (WKA) der Plattform ECO 100 bei. Mit den drei Anlagentypen ECO 100, ECO 110 und ECO 122 bietet sie für Standorte der Windklassen I bis III Lösungen, die mit einer Verfügbarkeit bis über 97 Prozent überzeugen. Künftig steht die für den Offshore-Einsatz neu konzipierte größte WKA der Welt, Haliade 150, zur Verfügung. Sie erzeugt bis 6 MW und besitzt Rotoren mit einem Durchmesser von 150 Metern. Ein erster Prototyp der 6 MW-Maschine wurde im März 2012 an Land errichtet, im Sommer 2012 soll die erste Offshore-Anlage in tiefem Wasser in der Nordsee aufgestellt werden. Für das Jahr 2014 ist der Serienstart der Haliade 150 vorgesehen.

Offshore-Kompetenz im Grid-Sektor

Seit dem ersten Auftrag für eine Umspann-Offshore-Plattform (Alpha Ventus im Jahr 2007) hat Alstom etliche Aufträge für Offshore-Windparks gewonnen, unter anderem für das zweite 400 MW-Projekt der Windreich AG im Windpark MEG 1 in der Nordsee. Hierfür wird ein Konsortium von Alstom und SIAG Nordseewerke GmbH ein 33/155-kV-Umspannwerk bauen. Es wird selbst-schwimmend und selbst-errichtend ausgeführt, was die Kosten für Logistik und Errichtung erheblich senkt. Mit dem boomenden Offshore-Geschäft wächst auch die Kompetenz bezüglich seetauglicher Transformatoren, die für die hohen mechanischen Beanspruchungen bei Transport und Betrieb konzipiert sind.

Pumpspeicher-Wasserkraftwerke als spontane Netzstütze

Der Trend zum Ausbau der erneuerbaren Energien verleiht dem Markt für Wasserkraftwerke Impulse, insbesondere die Nachfrage nach Pumpspeicherkraftwerken (PSP) steigt. Im Gegensatz zu den vor Jahrzehnten errichteten Pumpspeicherkraftwerken arbeiten neue Anlagen aber nicht als Jahreszeitspeicher, sondern als Wochen- oder Tagesspeicher und kommen mit deutlich kleineren Speicherkapazitäten aus. Der technische Fortschritt – zum Beispiel in Form von doppelstufigen, regelbaren Pumpen für Kraftwerke mit hohen Gefällen oder der Einzel-Leitschaufelsteuerung für eine erhöhte Maschinenstabilität – sorgt für hohe Wirkungsgrade und Verfügbarkeit. Zu den wesentlichen Entwicklungen bei Pumpturbinen gehört die Varspeed-Technologie, denn sie gestattet es – unter anderem – auch im Pumpbetrieb, die Leistung anzupassen und dem (schwankenden) Überangebot an Strom bestmöglich zu folgen.

Gaskraftwerke: sichere Wärme- und flexible Stromproduktion

Die nächste Generation der Gasturbine GT26 bietet zusätzliche Leistung und Wirkungsgrad und wurde erfolgreich validiert. Beibehalten wird die große Betriebsflexibilität der sequentiellen Verbrennung: Ein KA26 Kombikraftwerk mit der GT26 kann von Volllast bis unter 40% Last betrieben werden. Das Kraftwerk kann aber auch bei etwa 20% Last mit tiefen Emissionen geparkt werden und von diesem Punkt innerhalb von 15 Minuten mehr als 350 MW zusätzlich ans Netz liefern, mit zwei Gasturbinen sogar mehr als 700 MW. Aus dem Stillstand heraus kann das Kombikraftwerk in weniger als 30 Minuten Volllast erreichen. Auf einen hohen Brennstoffnutzungsgrad und eine zuverlässige Wärmeversorgung ist die KA26 ecoHEAT von Alstom ausgelegt. Auch bei wärmegeführter Fahrweise erlaubt das Konzept eine große Flexibilität in der Stromproduktion. Stehen im Volllastbetrieb zum Beispiel 470 MW elektrische Leistung bzw. 300 MW Wärme bereit, lassen sich im Niederlastbetrieb bei nur 50 MW elektrischer Leistung immer noch 90 MW Wärme auskoppeln. Betreiber können auf diese Weise effizient Wärme produzieren, selbst wenn Stromerlöse gering sind.

Höhere Anforderungen an die Dynamik von Kohlekraftwerken

Kohlekraftwerke dienen heute neben der Grundlastversorgung auch dem Bereitstellen von Regelenergie. Die jüngsten Kohlekraftwerke, wie die beiden neue Braunkohle-Blöcke der RWE in Neurath mit je 1100 MW elektrischer Leistung, sind für eine breite Palette an Kohlequalitäten und einen Regelbereich von 49 bis 100 Prozent Last ausgelegt. Mit der schnellen Leistungssteigerung von 30 MW/min ist der Wechsel von Halblast auf Volllast in zirka 20 Minuten möglich. Das erlaubt, die notwendige schnelle Regelkapazität für den Einsatz der erneuerbaren Energien zur Verfügung zu stellen. Der Einsatz modernster Werkstoffe sowohl im Kessel als auch in der Turbine ermöglicht den Betrieb bei deutlich höheren Drücken und Temperaturen, was in einem erheblich gestiegenen Gesamtanlagen-Wirkungsgrad von mehr als 43% resultiert und damit die signifikante Einsparung von mehr als 8 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr ermöglicht. Derzeit werden die neuen Blöcke in Betrieb genommen.

Fossil gefeuerte Kraftwerke für künftige Anforderungen vorbereiten

Der Geschäftsbereich Integrated Solutions von Alstom widmet sich der Optimierung des bestehenden konventionellen Kraftwerksparks. Maßgeschneiderte Studien werden hierfür ebenso angeboten wie die umfassende Kraftwerksertüchtigung, bei der nicht nur einzelne Kraftwerkskomponenten optimiert werden, sondern ein ganzheitlicher Ansatz gewählt wird. Dazu gehört beispielsweise das Steigern des Wirkungsgrads durch das Optimieren des Kühlwassersystems einschließlich Kondensator und Niederdruckturbine. Eine weitere Möglichkeit zur Wirkungsgradsteigerung ist der Einsatz von hochgenauen selbstkalibrierenden Thermoelementen zur Messung der Dampftemperatur sowie eine verbesserte Regelung. Auch das Zusammenspiel von fossilen und regenerativen Energieträgern lassen die Experten von Integrated Solutions nicht außer Acht: Bei „Solar Boost“ können solarthermische Kollektoren zum Vorwärmen des Speisewassers integriert werden, was in sonnenreichen Regionen zu einem merklich geringeren Brennstoffeinsatz pro Kilowattstunde führt. Dampfkraftwerke können außerdem durch den Einsatz thermischer Energiespeicher in ihrer Flexibilität gesteigert werden, um Bedarfsschwankungen besser zu folgen.

CO2-Abscheidung und -Nutzung für Kraftwerks- und Industrieprozesse 

Damit die Verwendung fossiler Energieträger die langfristigen Klimaschutzziele nicht in Frage stellt, arbeitet Alstom weiterhin an diversen Verfahren zur Abscheidung von CO2. Da außer Kraftwerken auch die Industrie einen hohen Anteil an den CO2-Emissionen hat (weltweit rund 7,7 GT CO2/a in 2008, was rund einem Viertel des gesamten CO2-Ausstoßes entspricht), erarbeitet Alstom auch Abscheidungslösungen für beispielsweise die Zementbranche, die Öl- und Gasindustrie, petrochemische Werke oder die Eisen- und Stahlindustrie. Zugleich geht der Alstom-Konzern der Frage nach, was mit abgeschiedenem CO2 geschehen kann. Zwar kann eine Verwertung des Treibhausgases in chemischen Prozessen nicht alle Mengen klimaunschädlich machen – die Speicherung bleibt daher weiterhin aktuell. Aber ein Teil des CO2 ließe sich unter anderem in der Dünger-Produktion nutzen oder zum Beispiel für die Enhanced Oil Recovery, also zum Austreiben von Öl aus der Lagerstätte. Aus heutiger Sicht noch visionär wirkt ein Verfahren, bei dem CO2 hilft, einen Überschuss an regenerativer Energie zu speichern. Die Rede ist von der „Power-to-Gas“-Technologie, bei der mittels Elektrolyse hergestellter Wasserstoff mit CO2 zu Methan reagiert und ins Gasnetz eingespeist werden soll.