Arti­kel­se­rie “Ener­gie­wen­de – muss das sein?”: 11. Kraft­wer­ke – Betriebs­ei­gen­schaf­ten im Stö­rungs­fall

Neben den Dampf­kraft­wer­ken sind noch die Was­ser­kraft­wer­ke, ein­schließ­lich der Pump­spei­cher-Kraft­wer­ke, und die Gas­kraft­wer­ke von Bedeu­tung. Die­se erzeu­gen zusam­men etwa 14% des Stro­mes (Stand 2013).

Kraft­werkWir­kungs­gradCO2 in g pro kWhEigen­be­darf
Was­ser­kraftca. 90%4 – 13ca 1%
Gasmax 40%610 – 630ca. 1%
GuDmax 60%410 – 430ca. 5%


Das Gas-Kraft­werk hat in sei­ner ursprüng­li­chen Form kei­nen Dampf­kreis­lauf. Die hei­ßen Ver­bren­nungs­ga­se trei­ben direkt eine Tur­bi­ne an. Die Gase ent­hal­ten beim Aus­tritt aus der Gas­tur­bi­ne noch sehr viel Wär­me­en­er­gie. Die­se wird in einer ver­bes­ser­ten Form, dem Gas-und-Dampf-Kom­bi-Kraft­werk (GuD), genutzt. Mit den Abga­sen wird dann noch ein Dampf­kes­sel beheizt, der den Heiß­dampf für eine wei­te­re Dampf­tur­bi­ne auf der­sel­ben Wel­le wie die Gas­tur­bi­ne lie­fert. Hier­mit lässt sich der Wir­kungs­grad deut­lich ver­bes­sern, wie obi­ge Tabel­le zeigt.

Details zum Gas-Kraft­werk und einer ver­bes­ser­ten Form, dem Gas-und-Dampf-Kom­bi-Kraft­werk (GuD) sie­he hier.

Dampf­tur­bi­nen für Kraft­wer­ke sind die größ­ten, die z.Z. gebaut wer­den. Bei den übli­chen Nenn­lei­stun­gen von 1.000 MW bis 1.750 MW kön­nen die Roto­ren die­ser Tur­bi­nen 60 bis 70 m lang sein und meh­re­re 100 t wie­gen. Einer­seits müs­sen sie extrem prä­zi­se gebaut sein um die Ener­gie im Dampf mög­lichst effek­tiv umzu­set­zen. Ande­rer­seits müs­sen sie im Betrieb extre­me Tem­pe­ra­tur­span­nun­gen ver­kraf­ten, zwi­schen der Dampf­ein­tritts­tem­pe­ra­tur von ca. 600°C und der Dampf­aust­ritts­tem­pe­ra­tur von deut­lich unter 100°C. Dies macht sie sehr emp­find­lich bei Tem­pe­ra­tur­än­de­run­gen und hat Kon­se­quen­zen.

Das erst­ma­li­ge Hoch­fah­ren einer Tur­bi­ne aus dem kal­ten Zustand dau­ert bis zu einer Woche. Die Tur­bi­ne muss behut­sam auf ihre Betriebs­tem­pe­ra­tu­ren vor­ge­wärmt und dabei stän­dig lang­sam gedreht wer­den. Erst dann kann sie vor­sich­tig bela­stet wer­den, wobei immer noch dar­auf geach­tet wer­den muss, dass kei­ne unzu­läs­si­gen Wär­me­span­nun­gen auf­tre­ten. Auch die­se Pha­se dau­ert je nach Grö­ße noch meh­re­re Stun­den. Die­ses Ver­hal­ten macht sie denk­bar unge­eig­net für schnel­le Regel­vor­gän­ge. Ande­rer­seits muss aber die Strom­pro­duk­ti­on sekun­den­ge­nau an den Bedarf ange­passt wer­de. Die Kon­se­quenz: Die gro­ßen Dampf­kraft­wer­ke sind nur für eine sog. „Grund­last“ geeig­net, die sich im Tages­ver­lauf nur wenig und auch nur rela­tiv lang­sam ändert. Die Aus­rich­tung der Strom­ver­sor­gung auf weni­ge Groß­kraft­wer­ke bedingt des­halb ein gro­ßes, zen­tral gesteu­er­tes Strom­netz, um die erfor­der­li­chen Grund­la­sten bereit zu stel­len. Für die schnel­len Ände­run­gen der sog. „Spit­zen­last“ müs­sen ande­re Kraft­wer­ke bereit gestellt wer­den, die schnel­ler gere­gelt bzw. zu- oder abge­schal­tet wer­den kön­nen. Dies sind z.B. Gas­tur­bi­nen, Was­ser­kraft­wer­ke ein­schließ­lich Pump­spei­cher-Kraft­wer­ke, aber auch Wind­kraft­wer­ke sind hier­für bestens geeig­net.

Ein gro­ßes Dampf­kraft­werk wird also am besten nach der Erst­in­be­trieb­nah­me nicht wie­der abge­schal­tet. Stö­rungs­fäl­le im Netz oder im Kraft­werk selbst kön­nen aber zu Abschal­tun­gen füh­ren. Beim Wie­der­an­fah­ren wird zwi­schen Heiß­start (Leer­lauf­zeit klei­ner 8 Stun­den) bis Kalt­start (Leer­lauf­zeit grö­ßer 48 Stun­den) unter­schie­den. Die Anfahr­zei­ten lie­gen dann zwi­schen 4 und 15 Stun­den. Dies setzt aller­dings vor­aus, dass die Tur­bi­ne wäh­rend der gan­zen Leer­lauf­zeit mit einem Fremd­an­trieb gedreht und auf Tem­pe­ra­tur gehal­ten wird. D.h. wäh­rend der gan­zen Zeit muss die Ener­gie für den Eigen­be­darf als Fremd­ener­gie zur Ver­fü­gung ste­hen. Im Stö­rungs­fall ist dies aber u.U. nicht gewähr­lei­stet, zumal die Stö­rungs­ur­sa­che womög­lich umfang­rei­che Repa­ra­tu­ren erfor­dert. Es gibt nur weni­ge Kraft­wer­ke, wel­che die sog. „Schwarz­start­fä­hig­keit“ haben, d.h. ohne, bzw. mit mini­ma­ler Fremd­ener­gie (z.B. Star­ter­bat­te­rie) nach einem „Black­out“ hoch­ge­fah­ren wer­den kön­nen. Dies sind meist klei­ne­re Gas­kraft­wer­ke und Was­ser­kraft­wer­ke, ein­schließ­lich Pump­spei­cher-Kraft­wer­ke. Man bekommt eine Vor­stel­lung davon, wel­che tech­ni­schen und orga­ni­sa­to­ri­schen Pro­ble­me bei einem Netz­zu­sam­men­bruch auf­tre­ten und war­um die Wie­der­her­stel­lung des Net­zes lan­ge dau­ern kann.

In der näch­sten Fol­ge unter­su­chen wir, wo denn das Heiz­ma­te­ri­al für die Kraft­wer­ke, die Pri­mär­ener­gie, her­kommt.

Die­ter Lenz­kes
Bür­ger-für-Bür­ger-Ener­gie
www​.bfb​-ener​gie​.de

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