ThyssenKrupp techforum 1/2011 (PDF, 13,8 MB)
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36 / Modulares Retrofitting-Konzept – Effizienzsteigerung und Ressourcenschonung in der Energieerzeugung<br />
These 4: Energiespeicherung – das Schlüsselthema der<br />
zukünftigen wirtschaftlichen Energienutzung<br />
Ein allgegenwärtiges Thema, das sowohl regenerative<br />
Energiegewinnungen als auch Gas- und Dampfkraftwerke<br />
(GuD) mit Kraft-Wärmekopplung betrifft, ist die Frage nach<br />
geeigneten Energiespeichern, in denen sich Strom und/<br />
oder Wärme aus Überschusszeiten zwischenspeichern<br />
lassen. Während im ersten Fall die unterschiedlichen<br />
Erzeugungszeiten bedient werden müssen, sind es im<br />
zweiten Fall die unterschiedlichen Nachfragezeiten, die es<br />
abzupuffern gilt.<br />
Unter der Leitung von RWE Power, die den Startschuss<br />
zur Entwicklung eines Hochtemperaturspeichers für GuD-<br />
Anlagen gaben, hat <strong>ThyssenKrupp</strong> Xervon Energy sich<br />
diesem Thema mit starken Kooperationspartnern, wie<br />
der Paul-Wurth-Gruppe und dem Institut für Technische<br />
Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft und<br />
Raumfahrt (DLR), angenommen. Das Aufheizen (Laden)<br />
des Hochtemperaturwärmespeichers erfolgt durch die heißen<br />
Gasturbinenabgase, die ihre Wärmeenergie an die<br />
im Speicher befindlichen Speichermaterialien (Feststoffe)<br />
abgeben. Beim Entladen (Nachtmodus) strömt kalte Luft<br />
durch den aufgeheizten Speicher, erwärmt sich dadurch<br />
und steht als Wärmeträger für die Dampf-/Stromerzeugung<br />
zur Verfügung. Durch die Integration eines solchen<br />
Speichers können die Erzeugung und die Bereitstellung von<br />
Wärme und Strom in den Kraftwerken zeitlich entkoppelt<br />
werden, wodurch die Effizienz von GuD-Anlagen im Kraft-<br />
Wärme-Kopplungs-Betrieb weiter gesteigert wird. Da diese<br />
Anlagen zunehmend nach Wärme- und nicht mehr nach<br />
Strombedarf betrieben werden, müssen sie zum Zweck der<br />
Wärmebereitstellung derzeit auch nachts – und damit zu<br />
Zeiten geringer Stromanforderungen – in Betrieb sein. Mit<br />
Wärmespeichern ausgestattet kann die während des Tages<br />
über den Verbraucherbedarf hinaus produzierte Wärme<br />
hingegen zwischengespeichert und nachts bei abgeschalteter<br />
Gasturbine als Prozess- oder Fernwärme wieder abgegeben<br />
werden / Bilder 7 und 8 /.<br />
Durch die so erzielten Freiheitsgrade in der Fahrweise<br />
von kraftwärmegekoppelten GuD-Anlagen lassen sich<br />
Brennstoffausnutzungsgrade weiter verbessern sowie CO 2-<br />
Emissionen reduzieren. Dies verdeutlicht den Stellenwert<br />
der Entwicklung derartiger heute noch nicht verfügbarer<br />
Hochtemperaturspeicher für eine zukünftige, nachhaltige<br />
und dem Klimaschutz gerecht werdende Energieversorgung.<br />
These 5: Symbiose aus erneuerbaren Energien mit<br />
konventioneller Technik am Beispiel der Solarthermie<br />
Angeregt durch die Erkenntnis, dass die zuvor erläuterten<br />
Wärmespeicher sowohl im Bereich der konventionellen<br />
KWK-Anlagen als auch im Bereich der regenerativen<br />
Energieerzeugung ihren Einsatz finden, haben Firmen wie<br />
<strong>ThyssenKrupp</strong> Xervon Energy sich mit der Frage auseinandergesetzt,<br />
ob Elemente beider Technologiesäulen nicht in<br />
völlig neuen Verschaltungen als so genannte Hybridanlagen<br />
miteinander gekoppelt werden sollten. Nachteile der einen<br />
wie der anderen Technologie – geringe Energiedichten<br />
einerseits und CO 2-Emissionen anderseits – könnten so<br />
ausgeglichen werden.<br />
Die zur Strom- und Dampferzeugung notwendigen<br />
Komponenten, wie beispielsweise Dampferzeuger und<br />
Dampfturbinen, stehen im Wesentlichen bereits aus der<br />
herkömmlichen Kraftwerkstechnologie zur Verfügung. Statt<br />
jedoch wie bisher Verbrennungstechnologien zur Wärme-<br />
gewinnung in konventionellen Kraftwerksprozessen ein-<br />
zusetzen, stellen sich Forschung und Entwicklung der<br />
Herausforderung, gebündelte Sonnenenergie zu verwenden<br />
/ Bilder 9 und 10 /. Denkbar ist auch eine Kombination<br />
von Gasturbinen und Sonnenenergie in Hybridanlagen,<br />
sodass auch Jahreszeiten mit wenig Sonnenstunden oder<br />
aber Schlechtwetterzeiten überbrückt werden können.<br />
Die Forschungen und Entwicklungen von Anlagen zur<br />
Energieerzeugung auf Basis von erneuerbaren Energien, die<br />
an Leistungsdichten heranreichen, die den herkömmlichen<br />
Kraftwerkstechniken eigen sind, sind vielfältig. Die Tatsache,<br />
dass die herkömmlichen Technologien zur Deckung des<br />
wachsenden Strombedarfes auch zukünftig unverzichtbar<br />
sind, lässt <strong>ThyssenKrupp</strong> Xervon Energy als Anlagenbauer<br />
nicht die Augen vor der dringenden Notwendigkeit verschließen,<br />
nach Alternativlösungen zu suchen, diese zu<br />
entwickeln und zu erforschen.<br />
Zusammenfassung und Ausblick<br />
Da es Betreibern von Industrieanlagen heute kaum noch<br />
möglich ist, für die Refinanzierungszeiträume ihrer Anlagen<br />
gültige Annahmen über Brennstoffpreise, zulässige<br />
Emissionen oder die Entsorgungswege von Reststoffen<br />
zu machen, muss langfristiges Denken und Handeln<br />
daher immer öfter durch flexibles Reagieren ersetzt werden.<br />
Ein schwieriges Unterfangen, wenn es sich, wie bei<br />
Energieerzeugungsanlagen, um Großinvestitionen mit zum<br />
Teil mehrjährigen Realisierungszeiträumen handelt. Der<br />
innovative Baukasten von <strong>ThyssenKrupp</strong> Xervon Energy<br />
aus optimierten Komponenten mit nachgewiesener Effizienz<br />
bietet sowohl dem Betreiber als auch dem Anlagenbauer<br />
die Vorteile einer flexiblen Lösungsfindung sowie technischer<br />
und kommerzieller Kalkulierbarkeiten. Allein das<br />
Beispiel des Einsparpotenziales an CO 2-Emissionen von<br />
rund 50 Mio Tonnen pro Jahr, das mit dem modularen<br />
Retrofitting-Konzept an Bestandsanlagen erreicht werden<br />
kann, zeigt den diesbezüglichen Markt in Deutschland heute<br />
und zukünftig auf.<br />
Das in diesem Artikel vorgestellte modulare Retrofitting-<br />
Konzept wurde mit dem <strong>ThyssenKrupp</strong> Sonderinnovationspreis<br />
„Energie und Umwelt“ 2009 ausgezeichnet.<br />
<strong>ThyssenKrupp</strong> <strong>techforum</strong> 1 I <strong>2011</strong>