Editorial PT 7

Effizienz – Hebel zur Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit in der fossilen Kraftwerkstechnik

Der Energiebedarf wächst weltweit unvermindert weiter. Der Anstieg der Bevölkerung und das hohe globale Wirtschaftswachstum treiben vor allem die Nachfrage nach Elektrizität an. Bis zum Jahr 2030 wird sich der weltweite Strombedarf beinahe verdoppelt. Dabei wird erwartet, dass rund
65 % aus den fossilen Energieträgern Kohle, Gas und Öl erzeugt werden. Der explosionsartige Anstieg des Ölpreises in jüngster Zeit mit seinen Folgewirkungen macht dabei deutlich, dass leicht und vielseitig umwandelbare fossile Energieträger wie Öl und Gas aufgrund ihrer Ressourcenbegrenzungen immer wertvoller und damit teurer werden. Die dringende Frage lautet: Wie könne wir die steigende Energienachfrage decken und gleichzeitig die Umwelt schützen?
Was heißt das für den fossilen Kraftwerksbau? Der weitere Betrieb und Ausbau des weltweiten Kraftwerksparks wird nach wie vor von drei zentralen, teilweise gegenläufigen Anforderungen geprägt. Traditionell sind dies die Sicherheit der Versorgung für den Verbraucher und die Wirtschaft-lichkeit für Kunden und Stromerzeuger. Hinzu gekommen ist, – mit stark gestiegener Bedeutung in jüngerer Zeit –, die Forderung nach Umweltfreundlichkeit der Erzeugung. Seit Öffnung der Märkte durch Deregulierung und Liberalisierung in den letzten zehn Jahren gilt in noch stärkerem Maße: der Markt zählt. Für die Stromerzeugung heißt dies, dass vom Kraftwerksbauer das realisiert werden muss, was seinen Kunden nutzt und deren Wettbewerbsfähigkeit erhöht. In diesem Rahmen wird künftig die Markt- und Kundensicht die Entwicklung fortschrittlicher Kraftwerkstechnik im energiewirtschaftlichen Umfeld noch stärker bestimmen. Das heißt: der Blick auf Kundennutzen und Wettbewerb wird für den Hersteller weiter an Bedeutung gewinnen.
Was bedeutet das für den Kraftwerksmix? Der jüngste Ölpreisanstieg und die Unsicherheit über die weitere Entwicklung, sowie die Marktpreisentwicklung für andere hochwertige fossile Energieträger wie Erdgas, haben großen Einfluss auf den möglichen zukünftigen Primärenergiemix. Bei moderaten Öl- und Gaspreisen erreichen die umweltfreundlichen Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke (GuD) fast die Hälfe des künftigen Zubaus an fossiler Kraftwerksleistung, bei sehr hohen Ölpreisen verlagert sich der Zubau, wegen der relativ konstanten Preise für Kohle, auf eine verstärkte Neuerrichtung moderner Kohlekraftwerke oder von Kohlevergasungsanlagen sowie einen Zubau von neuen Kernreaktoren.
Was heißt das für den Anlagenbauer? Mit steigenden Energiepreisen wird die Effizienz, d.h. der in Kraftwerksanlagen erreichte Wirkungsgrad der Umwandlung der Primärenergie, der entscheidende Hebel. Der Wirkungsgrad treibt einerseits immer stärker die Wirtschaftlichkeit im Kraftwerks-einsatz, andererseits steigert er die Umweltverträglichkeit beispielsweise durch Verringerung der spezifischen CO2-Emission. Hoher Wirkungsgrad bei wirtschaftlichen Anlagekosten ist damit der Königsweg des Anlagenbauers. Aufsetzend auf dem bisher Erreichten sind große technologische Anforderungen auf diesem Weg zu meistern. Die erzielten Verbesserungen im Wirkungsgrad der reifen Technologien von Braunkohle-, Steinkohle- und GuD-Kraftwerken lassen erhoffen, dass ein ähnlicher Sprung wie in den zurückliegenden Jahren von fünf- bis sieben Prozentpunkten im nächsten Jahrzehnt noch einmal erreicht werden kann. So werden bei Kohlekraftwerken im 700-°C-Demonstrationskraftwerk mit 550MW, an dem Siemens beteiligt ist, über 50 % angestrebt. Bei GuD-Kraftwerken wird als Ziel ein Wert von über 60 % angesetzt. Mit der neu entwickelten 340 MW Gasturbine SGT5-8000H geht Siemens im Kraftwerk Irsching 4 (E.ON) einen großen Schritt in diese Richtung.
Betrachtet man darüber hinaus den Gasturbineneinsatz in der Zukunft, so werden Einsatzvielfalt und neue spezifische Anforderungen die Entwicklung treiben. Wesentliche Faktoren für Betreiber sind dabei die wichtigen Eigenschaften von Gasturbinen wie niedrige spezifische Investitionskosten, kurze Errichtungszeiten, hohe Betriebsflexibilität und niedrige Emissionen. Eine besondere Anwendung ist beispielsweise der Einsatz als schnelle Regelleistung zum Ausgleich von Erzeugungsschwankungen im Windbereich. Weiterhin wird die Gasturbine künftig Kerntechnologie bei der CO2-Minderung im Strombereich sein, wenn die umweltfreundliche Nutzung von Kohle über Vergasung erfolgt und Gasturbinen für wasserstoffreiche niederkalorische Gase erforderlich werden. Auch hier wird künftig die weitere Entwicklung und Optimierung ineinandergreifender komplexer Technologien und Komponenten eine herausfordernde Aufgabe für unsere Ingenieure sein.