FleGs

Flexibilisierung von KWK-Kraftwerken durch Hochtemperatur-Wärmespeicher

Die Stromerzeugung in Gas- und Dampfturbinenkraftwerken (GuD) mit einer Dampfauskopplung für Produktionsprozesse in der Industrie oder für Fernwärme in Haushalten (GuD-KWK) wird in der Regel wärmegeführt betrieben und kann deshalb als „Must-Run“-Kapazität nicht flexibel auf den aktuellen Strombedarf reagieren. Wärmespeicher erlauben eine zeitliche Entkopplung der Strom- und Wärmeerzeugung und werden in KWK-Anlagen seit langem eingesetzt. Ihr Einsatz blieb jedoch bisher auf die Bereitstellung von Heißwasser beschränkt. In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Forschungsprojekt „FleGs“ – Flexibilisierung von Gas- und Dampfturbinenkraftwerken durch den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmespeichern – wurde ein Anlagenkonzept mit einem neuartigen Feststoffwärmespeicher entwickelt. Ziel war eine Einsatzflexibilisierung von GuD-KWK-Anlagen zum Ausgleich der fluktuierenden Einspeisung regenerativer Stromerzeuger, zur Netzstabilisierung und zur Bereitstellung von Regelenergie.

 

KWK-Betrieb dem Strombedarf anpassen

Die Integration eines Hochtemperatur-Wärmespeichers in den Kraftwerksprozess erlaubt die zeitliche Entkopplung der Strom- und Wärmebereitstellung. Der Betrieb der Gasturbine wird auf Zeiten hohen Strombedarfs beschränkt und die dabei produzierte Wärme, die über den Kundenbedarf hinausgeht, wird im Speicher „geparkt“. In Zeiten geringen Strombedarfs – beispielsweise in der Nacht oder bei hohem Wind- oder Solarstromaufkommen – kann die Gasturbine dann problemlos abgeschaltet werden, denn die Wärmeversorgung wird weiterhin aus dem Speicher heraus zur Verfügung gestellt.

Auf diese Weise wird „FleGs“ die Einsatzmöglichkeiten der effizienten und ressourcenschonenden Kraft-Wärme-Kopplung erweitern, indem diese Kraftwerke flexibler einsetzbar werden. Gerade vor dem Hintergrund zunehmender, nicht bedarfsorientierter Kapazitäten im Erzeugungspool – etwa aus immer größeren Off-Shore-Windparks – erhöhen sich die Flexibilitätsanforderungen an die restlichen Kraftwerke.

 

Schlüsselkomponente Hochtemperatur-Wärmespeicher

Zoom In FleGs werden als Wärmespeicherinventar keramische Formsteine und Natursteinschüttungen untersucht .Kernstück des von RWE koordinierten Projekts "FleGs" war die Entwicklung eines neuartigen, für Temperaturen oberhalb von 500°C geeigneten Feststoff-Wärmespeichers für GuD-KWK-Kraftwerke. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit den Unternehmen Hitachi Power Europe Service, Paul Wurth Refractory & Engineering sowie dem Institut für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zwischen Ende 2009 und Ende 2012 durchgeführt.

Im Innovationszentrum Kohle am Kraftwerk Niederaußem haben wir im April 2012 eine neue Versuchsanlage in Betrieb genommen. Dort wurde getestet, ob und welche Natursteine für den Prozess geeignet sind. Geprüft werden vor allem verschiedene Vulkangesteine.

Durch den Einsatz der innovativen Technologie wird die Versorgungssicherheit der Strom- und Wärmebereitstellung aus GuD-KWK-Anlagen erhöht. Gleichzeitig wird aufgrund der bedarfsorientierten, marktgerechten Stromerzeugung eine Verbesserung der Erlössituation erzielt und die Wirtschaftlichkeit der Kraft-Wärme-Kopplung attraktiver gemacht. Zielgruppe für eine Vermarktung des neu entwickelten Wärmespeichers sind neben Kraftwerken auch Industriebetriebe und Stadtwerke.

Das Marktumfeld für Speichertechniken ist seit dem Abschluss des Projekts „FleGs“ schwieriger geworden. Dies ist vor allem auf den sinkenden Wert von Speichern auf dem Strommarkt zurückzuführen. Dennoch wird das Thema weiter bearbeitet, etwa in einer gemeinsamen Untersuchung mit einem Unternehmen aus der Nahrungsmittelindustrie, die im Herbst 2015 begonnen wurde. Hier wird ermittelt, in wieweit Hochtemperaturwärmespeicher für bestehende KWK-Anlagen im aktuellen Marktumfeld unter Berücksichtigung der Energienachfrage des Unternehmens eine attraktive Flexibilisierungsoption darstellen.

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