Projekt-Cluster

Mehr Flexibilität für emissionsarme Kohlekraftwerke

Forschungsansatz: Optimieren für häufige Lastwechsel

Dampfkraftwerke decken bisher die Grund- und Mittellast. In Zukunft verlangt die Umstellung des Energiemix in Deutschland aber mehr Flexibilität. Kraftwerke müssen die schwankende Einspeisung von Wind- und Sonnenenergie ausgleichen.
Deswegen wird erforscht, wie der Betrieb von Kraftwerken mit und ohne CO2-Abscheidung möglichst flexibel gestaltet werden kann.
Der Fokus der Untersuchungen liegt im dynamischen Übergangsverhalten der Anlagen und der Frage, inwieweit sich Kraftwerke mit CCS Regelenergie bereitstellen können. Die Regelenergie ist neben dem Ausgleich von Verbraucherschwankungen für einen sicheren Netzbetrieb bei steigenden Einspeisefluktuationen durch erneuerbare Energien von Bedeutung.

Zukünftig müssen u.a. Kohlekraftwerke ausgleichen, was stark schwankende Windenergie an Lücken in der Stromversorgung übrig lässt (hier hellgelb). Bild: VGB/UniRostock

Die Verbraucher sind darauf angewiesen, dass aus der Steckdose stabiler Wechselstrom kommt mit 230 Volt und 50 Hertz. Damit diese Werte immer gleich bleiben, müssen die Netzbetreiber Schwankungen im Netz aufwendig heraus regeln. Dafür benötigen sie Regelenergie, um die Stromkunden bei unvorhergesehenen Ereignissen im Stromnetz immer mit genau der benötigten Menge elektrischer Leistung versorgen zu können.

 

Die Kosten für Regelenergie können erheblich sein, da sie zum einen durch Spitzenlastkraftwerke abgedeckt wird, deren Produktionskosten vergleichsweise hoch sind, weil sie oft in weniger als einer Minute hochgefahren werden. Der durch den Ausbau von erneuerbaren Energien notwendige erhöhte Bedarf an Regelleistung kostet im Jahr viele Hundert Millionen Euro.

 

Auch die andere Quelle der Regelenergie ist kostenintensiv. Kraftwerke einige Prozent unter Volllast zu fahren, verschafft ebenfalls Reserven zum Regeln. Diese Reserven senken aber den Ertrag dieser Kraftwerke im Regelbetrieb, was über den Strompreis ausgeglichen wird.

 

Mit dem Kraftwerksmanagement wird versucht, die in Kraftwerken gewonnene Leistung und die entnommene Leistung samt Transportverlusten im Gleichgewicht zu halten. Dies folgt aus der physikalischen Notwendigkeit, dass elektrische Stromnetze keine Energie speichern können und daher zu jedem Zeitpunkt die eingespeiste Leistung der Summe aus entnommener Leistung und der Verlustleistung infolge Transport entsprechen muss. Weichen in Wechselspannungsnetzen Einspeisungen und Stromverbrauch voneinander ab, ändert dies die Netzfrequenz. Bei einem Überangebot von Leistung kommt es zu einer Abweichung der Netzfrequenz über der Nennfrequenz, bei einem Unterangebot zu einer sogenannten Unterfrequenz.

Projekte zur Flexibilisierung

TBK-Stützfeuerung

DYNCAP (abgeschlossen)

Vorgängerprojekt

FleGs

Flexibilisierung von Gas- und Dampfturbinenkraftwerken durch den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmespeichern

(2009-2012)

Projektwebpage

Bericht zu HWT

Flexibilisierung durch neue Werkstoffe

Bericht zur Braunkohlestützfeuerung

Mehr Flexibilität dank höherer Leistungsgradienten und eine geringere Mindestlast. Vattenfall setzt im Kraftwerk Jänschwalde Trockenbraunkohle und Brenner mit Plasmazündung ein.
Zum Bericht