Pre-Engineering Study "NRW Power Plant 700 °C”

Projektnummer 297

Das Vorhaben Pre-Engineering Studie für ein hocheffizientes Kraftwerk mit einer Frischdampftemperatur von 700 °C (Power Plant 700) stellt die erste Stufe für den Bau einer emissionsarmen Kraftwerksanlage dar, die nach Bestätigung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit errichtet werden soll.

Das Vorhaben ist als grenzübergreifendes transnationales Vorhaben angelegt. Bislang haben sich zehn europäische Energieversorgungsunternehmen mit dem Ziel zusammengeschlossen, dieses nachhaltige europäische Konzept zur Stromerzeugung auf der Basis von fossilen Brennstoffen zu entwickeln. Dies sind:

Die beteiligten europäischen Energieversorger werden im Rahmen dieser Studie belastbare technische und wirtschaftliche Entscheidungsgrundlagen für Kraftwerke mit einem Frischdampfzustand von 700 °C ermitteln.

Das Vorhaben knüpft damit direkt an die mit finanzieller Unterstützung der Europäischen Kommission realisierte Versuchsanlage COMTES700 an ( Research Fund for Coal and Steel , Contract-No. RFC-CP-04003). COMTES700 ist die weltweit erste Versuchsanlage zur Produktion von Frischdampf mit einer Temperatur von 700 °C. Die Versuchsanlage wird seit Juli 2005 in Scholven/Gelsenkirchen erfolgreich betrieben.

Hintergrund

Um rechtzeitig festzustellen, ob die 700°C-Technologie eine wirtschaftliche Option für zukünftig zu bauende Kraftwerke darstellt, ist es erforderlich, die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten zur Realisierung dieser hocheffizienten Kraftwerkstechnik im Detail zu untersuchen.

Die technologische Weiterentwicklung fossil befeuerter Kraftwerke mit einer deutlichen Steigerung der Wirkungsgrade auf rund 50 % steht im Vordergrund dieses Vorhabens. In der mittelfristigen Kraftwerks-Erneuerungsphase, d. h. in den Jahren von etwa 2015 bis 2020 könnte bei erfolgreichem Abschluss des Vorhabens damit sichergestellt werden, dass die europäischen CO 2 -Minderungsziele durch effiziente und wirtschaftlich tragbare Kraftwerkslösungen verwirklicht werden. Mit der 700°C-Technologie ist eine Reduzierung der spezifischen CO 2 -Emissionen pro erzeugter MWh um rund 25 % im Vergleich zu heute im Betrieb befindlichen Kraftwerken (mittlerer Wirkungsgrad 38 %) verbunden. Durch die proportionale Reduzierung des eingesetzten Brennstoffmassenstroms können darüber hinaus steigende Brennstoffpreise zum Teil kompensiert werden. Die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Energiewirtschaft und darüber hinaus der mit Strom und Prozesswärme zu versorgenden Investitionsgüterindustrie kann somit stabilisiert werden.

Langfristig, d. h. im Neubauzeitraum nach 2020, stellt die Verwirklichung und der sichere Betrieb einer Kraftwerksanlage mit 700°C-Technologie eine unentbehrliche Voraussetzung dar, um CO 2 aus den Rauchgasen unter wirtschaftlichen Aspekten auszuwaschen und in geeignete Lagerstätten zu verbringen. Heutige bestehende fossil befeuerte Kraftwerke, mit einem mittleren Wirkungsgrad von rund 38 %, sind aus dem Gesichtspunkt eines verantwortlichen Umgangs mit fossilen Primärenergieträgern völlig ungeeignet für einen Betrieb mit einer CO 2 -Rauchgaswäsche. Die durch eine CO 2 -Rauchgaswäsche verursachte Wirkungsgradreduzierung von etwa 12%-Punkten würde dazu führen, dass der dem Kraftwerk zugeführte Brennstoffmassenstrom bei gleicher Stromerzeugung um rund 46 % gesteigert werden müsste. Neben einem höheren Verbrauch an fossilen Brennstoffen wäre beim Einsatz von Rauchgaswäschen auch erheblich mehr CO 2 abzutrennen und einzulagern.

Projektorganisation und Projektstruktur

Die Studie wird gemeinsam von europäischen Kraftwerksbetreibern und Anlagenherstellern erstellt. VGB gibt in Verbindung mit seinen europäischen Projektpartnern die technischen und wirtschaftlichen Determinanten vor. Dazu ist vorgesehen, das Verbundvorhaben PP700 in die europäische Initiative E MAX einzubinden. Die E MAX -Kraftwerksinitiative fördert den Einsatz von Kohle für eine versorgungssichere, wirtschaftliche und umweltfreundliche Erzeugung von Strom in der Europäischen Union.

Die konventionelle Anlagentechnik und das gesamte Kraftwerksanlagenkonzept werden dabei primär von Fachabteilungen der Kraftwerksbetreiber geplant. Die innovativen Gewerke wie Dampferzeuger, Dampfturbine und weitere mit hoher Temperatur beaufschlagte kritische Anlagenteile werden von Fachfirmen bearbeitet, die auf dem Gebiet der Hochtemperaturtechnik über einschlägiges Know-how verfügen. Die relevanten europäischen Anlagenhersteller und Komponentenlieferanten werden dazu als Unterauftragnehmer in das Vorhaben eingebunden. Ein intensiver Informationsaustausch wird zwischen allen Beteiligten durch die Einberufung verschiedener Fachgruppen gewährleistet, in die die E MAX -Partner ihre Experten nach Bedarf delegieren können.

Mit dieser Vorgehensweise soll sicher gestellt werden, dass die Kraftwerksbetreiber als potentielle Investoren für 700°C-Kraftwerke insbesondere über die mit hohen Risiken belasteten innovativen Komponenten von den Anlagenherstellern soweit informiert werden, dass sie weitergehende Entscheidungen für den Bau einer 700°C-Anlage treffen können.

Die Studie wird in drei Projektstufen ausgeführt:

  1. Planung einer mit Steinkohle befeuerten 700°C-Demonstrationsanlage
    (Leistung ca. 500 MW).
  2. Übertragung der technischen und wirtschaftlichen Erkenntnisse auf eine kommerzielle 700°C-Steinkohleanlage
    (Leistung ca. 1.000 MW).
  3. Übertragung der technischen und wirtschaftlichen Erkenntnisse auf eine kommerzielle 700°C-Braunkohleanlage
    (Leistung ca. 1.000 MW).

In der ersten Projektstufe soll die grundsätzliche Machbarkeit einer Demonstrationsanlage mit einem Frischdampfzustand von 700 °C untersucht werden. Um das finanzielle Risiko eines späteren Investors oder einer Investorengruppe zu beschränken, soll die Anlagengröße etwa 500 MW betragen. Auf Kosteneinsparungen, die sich bei derartigen Anlagen in der Regel durch eine Degression der spezifischen Anlagenkosten (Euro/kW) für größere Anlagen ergibt, soll aus Risikogründen für das Demonstrationsanlagenkonzept verzichtet werden. Es wird erwartet, dass die Stromgestehungskosten dieser Anlage über dem Marktwert liegen werden.

In der zweiten Projektstufe soll untersucht werden, ob die 700°C-Technologie auch für eine kommerziell zu betreibende Steinkohleanlage realisiert werden kann. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind auch für die erste Projektstufe (Bau einer Demonstrationsanlage) von großer Bedeutung. Denn wenn eine unter kommerziellen Gesichtspunkten zu betreibende Großanlage nicht realisiert werden kann, macht auch die Errichtung einer kleineren Demonstrationsanlage keinen Sinn. Die umgekehrte Vorgehensweise, bestehend aus Pre-Engineering für eine Großanlage und anschließendem "down scaling“ auf eine kleinere Anlage, wurde bewusst verworfen, da diese Vorgehensweise dazu führen würde, dass Ende 2007 keine detaillierten Erkenntnisse über die Demonstrationsanlagengröße vorliegen würden. Durch die dann noch notwendigen detaillierten Untersuchungen für eine 500MW-Demonstrationsanlage könnte eine Realisierung der Demonstrationsanlage im Zuge des 7. Forschungsrahmenprogramms der Europäischen Union nicht mehr rechtzeitig umgesetzt werden.

In der dritten Projektstufe soll untersucht werden, ob die 700°C-Technologie auch für eine kommerziell zu betreibende Braunkohleanlage realisiert werden kann. Von besonderer Bedeutung ist dabei, ob die niedrigeren Verbrennungstemperaturen im mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger und die damit verbundenen geringeren Temperaturgradienten zwischen Rauchgas und Bündelheizflächen zu noch wirtschaftlichen Größenordnungen für den Dampferzeuger führen.


Das Vorhaben wird durch Mittel des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen der Landesinitiative Zukunftsenergien NRW aus dem Programm "Rationelle Energieverwendung und Nutzung unerschöpflicher Energiequellen" - REN - (Bereich TE/DEMO) finanziert. Die Europäische Union kofinanziert das Projekt aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung .