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 – wird ein Anlagenkonzept mit einem neuartigen Feststoffwärmespeicher entwickelt. Ziel ist 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-Koppelung 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

ZoomIn FleGs werden als Wärmespeicherinventar keramische Formsteine und Natursteinschüttungen untersucht Kernstück des von RWE Power koordinierten Projekts "FleGs" ist die Entwicklung eines neuartigen, für Temperaturen oberhalb von 500°C geeigneten Feststoff-Wärmespeichers für GuD-KWK-Kraftwerke. Das Projekt wird 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) durchgeführt.

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

Das FleGs-Projekt hat eine Laufzeit von rund zweieinhalb Jahren. Nach erfolgreichem Abschluss der ersten Entwicklungsphasen streben die Kooperationspartner den Bau einer Pilotanlage in der Größenklasse von 5 Megawatt an als notwendigen Schritt vor einer großtechnischen, kommerziellen Anwendung. Als möglicher Standort könnte das Heizkraftwerk von RWE Power in Dortmund in Betracht kommen.

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.