Kohlekraftwerke werden flexibler

Betreiber konventioneller Kraftwerke in Deutschland warnen seit Jahren davor, dass die Energiewende zum wirtschaftlichen Kollaps führen müsse – da der ungebremste Ausbau von Kraftwerken der nur zeitweilig verfügbaren erneuerbaren Energien die grundlastfähigen, fossil betriebenen Kraftwerke unrentabel machen. Auf dem Kraftwerkstechnischen Kolloquium Mitte Oktober in Dresden zeigte die Branche, dass trotz aller Stilllegungsdrohungen die ingenieurstechnische Forschung und Entwicklung vorangetrieben wird.

Die Gespräche mit Referenten und Ausstellern der bereits seit 45 Jahren jährlich in Dresden stattfindenden Tagung gingen nur selten ohne Sarkasmus ab: „Wir zeigen hier unsere Kraftwerkstechnik ohne große Erwartungen, denn eigentlich läuft in Deutschland derzeit nichts, und da kommt vorerst auch nichts mehr“, hieß es am Stand der Steag. Der Betreiber von zwölf Steinkohlekraftwerken hat wenig Hoffnung auch für die Zeit nach der Wahl auf eine Kurskorrektur in Berlin – zumindest was den deutschen Markt betrifft.

Vattenfall, wo nach dem Ausstieg aus der Kernkraft und dem möglichen Verlust der Netzgesellschaften in Hamburg und Berlin nur noch die Lausitzer Braunkohle mit vier Großkraftwerken bleibt, wurde bereits laut über einen kompletten Rückzug nachgedacht – die Verkaufsabsichten für das moderne Großkraftwerk Lippendorf in Leipzig wurden jedoch vor Kurzem zurückgestellt.

Stattdessen investieren die Schweden nach wie vor massiv in Technologie. Und dies, obwohl die bis zu einem Pilotkraftwerk in Schwarze Pumpe vorangetriebene Forschung zur CO2-Abscheidung bereits in diesem frühen Stadium an politischen Widerständen scheiterte und seit einem Jahr eingestellt werden musste.

Ziel bleibt es für Vattenfall, zumindest die eigenen Kraftwerkparks deutlich flexibler und leistungsfähiger zu machen. Durch die Steigerung der Wirkungsgrade will der Betreiber die CO2-Emission, den entscheidenden Nachteil des Brennstoffes Braunkohle, verringern.

Mit hohen Lastgradienten von 2000 MW h können die Vattenfall-Anlagen inzwischen durchaus systemstabilisierend für die an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit arbeitenden ostdeutschen Übertragungsnetze eingesetzt werden. Auch die Mindestlast der in der Öffentlichkeit eher als träge bekannten Kraftwerke wird durch immer neue technische Tricks wie dem Vortrocknen der Kohle gesenkt.

Norbert Jentsch, Entwicklungsingenieur bei Vattenfall Europe, berichtete auf dem Kolloquium über Variantenuntersuchungen zur Nutzung thermischer Speicher. Mit ihnen will Vattenfall bis zu 10 % der Nennleistung seiner Kraftwerksblöcke für rund 6 h vorhalten will.

„Pro 800-MW-Block sind das immerhin Kapazitäten von 1,2 GWh. Damit könnten technische Großspeicher geschaffen werden, die einen Teil unserer Energie aus Windüberschusszeiten aufnehmen und beispielsweise die Anfahrprozesse unterstützen“, erläuterte Jentsch.

Von den untersuchten Konzepten sieht Jentsch vor allem die Auskopplung von Energie für die Kohletrocknung für aussichtsreich an. Dies gelte im Hinblick auf die Investitionskosten, und weil Vattenfall inzwischen mit einer Pilotanlage erste praktische Erfahrungen gesammelt hat.

Die mit Überschussenergie getrocknete Kohle lässt sich relativ einfach lagern, ihr Einsatz erhöht später die Kesselleistung um bis zu 30 %. Völlig neu in die Untersuchungen hat der schwedische Konzern auch einen Dampfspeicher aufgenommen, der bei 60 bar Druck und entsprechender Isolierung bis zu 250 °C heißen Dampf mehr als 24 h speichern kann.

Denkbar hier ist zudem der Einsatz von Wärmepumpen, die ebenfalls in Überproduktionszeiten lastsenkend wirken und den Dampf auf höhere Temperaturen bringen. Allerdings sind dabei umfangreiche Eingriffe in die Kraftwerkstechnik, beispielsweise neue Mischvorwärmer, notwendig.

Wenig Chancen auf eine praktische Umsetzung räumt Entwicklungsingenieur Jentsch der Power-to-Gas-Variante auf Braunkohlenbasis ein. Sie ist ebenfalls für Überschusszeiten in der Diskussion, wenn die Blöcke heruntergeregelt werden müssen. „Es gibt zwar klare Vorteile wie die gute Speicherfähigkeit im Netz, doch die hohen Investitionskosten und die geringen Wirkungsgrade sind noch sehr hohe Hürden“, gibt der Vattenfall-Experte zu Bedenken.

Auch bei der Senkung der Mindestlast seiner Braunkohlenkraftwerke kommt Vattenfall offenbar voran. Laut Projektleiter Hellmuth Brüggemann sind die seit 18 Monaten laufenden Untersuchungen zu einer modifizierten Fahrweise inzwischen mit belegbaren Ergebnissen untersetzt.

Derzeit lassen sich die Blöcke im Kraftwerk Schwarze Pumpe, das 1999 als für die Grundlaststromversorgung konzipierte Anlage in Betrieb ging, bereits bis auf 47 % der Kohlefeuerwärmeleistung und 44 % der Stromerzeugung herunterfahren. Wichtig dabei ist, dass die Kessel nicht völlig abgeschaltet werden müssen – ein neues Hochfahren würde mehrere Tage dauern.

„Unser Ziel sind hier zunächst 40 % Mindestleistung“, so Brüggemann auf dem Kolloquium. Das hätte man bereits mit mehreren Probeläufen von 60 min Dauer bis zu 6 h als möglich belegt.

Für diese Probeläufe nahm Vattenfall in Schwarze Pumpe mehrere der bis zu sechs Kohlemühlen, die den Kessel beschicken, außer Betrieb genommen, zeitweilig waren nur noch drei in Betrieb. Die Verbrennung konnte dabei stabil gehalten werden, auch die Emissionen von NOx und Kohlenmonoxid blieben unter den Grenzwerten. Allerdings sinkt in einem solchen Betrieb der Wirkungsgrad um mehrere Prozent ab, zudem hängen die Werte stark von der Kohlequalität ab.