Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/energiewende-dlr-forscher-bauen-kohlekraftwerke-zu-stromspeichern-um-1904-140872.html    Veröffentlicht: 26.04.2019 12:07    Kurz-URL: https://glm.io/140872

Energiewende

DLR-Forscher bauen Kohlekraftwerke zu Stromspeichern um

Die Kohlekraftwerke sollen spätestens in 20 Jahren abgeschaltet werden. Sie einfach abzubauen, sei nicht sinnvoll, sagen Forscher des DLR. Die Anlagen sollen, statt Strom aus der Verbrennung von Kohle zu gewinnen, Strom von Windkraftwerken speichern.

Bis 2038, so hat es die Bundesregierung Anfang des Jahres beschlossen, soll in Deutschland kein Strom mehr durch die Verbrennung von Kohle erzeugt werden. Bis 2030 sollen etwa zwei Drittel des Stroms aus erneuerbaren Quellen kommen. Bislang fehlt aber noch eine angemessene Speichertechnik, um Flauten abzufangen und um Windkraftwerke besser auszulasten. Laut dem Bundesverband Windenergie hätten 2017, wenn Windanlagen nicht hätten gestoppt werden müssen, 5,5 Terawattstunden mehr an Strom erzeugt werden können. Das ging aber nicht, weil es an Speichern mangelte. Forscher überlegen nun, ob die Kohlekraftwerke dafür genutzt werden könnten. Über 100 gibt es allein in Deutschland noch. Weltweit sind es rund 10.000.

Ziel ist, deren Kohlendioxidemissionen zu senken. Aber Anlagen wie Niederaußem, Neurath oder Weisweiler abzureißen, sei "ein großer volkswirtschaftlicher Schaden", sagt André Thess, Direktor des Instituts für Technische Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), im Gespräch mit Golem.de. Die Kraftwerke verfügen über wichtige Komponenten, die sich noch nutzen lassen: die Einheit, um Strom aus Dampf zu erzeugen, und die Infrastruktur, um den Strom ins Netz einzuspeisen.

Diese Teile der Kraftwerke wollen die Forscher des DLR um Thess nutzen, um weiterhin Strom zu erzeugen. Aber eben nicht durch die Verbrennung von Kohle. Ihre Idee ist, die alten Kohlekraftwerke in Speicher umzubauen, in denen elektrische Energie in Form von Wärme gespeichert wird. Third Life nennen sie das Konzept.

Das erste Leben des Kohlekraftwerks ist das, wofür es gebaut wurde: Strom durch die Verbrennung von Kohle zu gewinnen. In ihrem zweiten Leben können Kohlekraftwerke zu Gaskraftwerken umgebaut werden. Durch die Verbrennung von Gas werden die Emissionen von Kohlendioxid (CO2) zumindest reduziert.

"Unser Konzept Third Life geht davon aus, dass man die alten Kraftwerke nicht komplett abreißt, sondern dass man einen Teil von ihnen erhält und einen anderen Teil durch CO2-arme Energiequellen ersetzt", sagt Thess. Dampfturbine und Generator bleiben. Der mit Kohle befeuerte Dampferzeuger jedoch wird stillgelegt.

Stattdessen werden auf dem Gelände zwei Behälter errichtet, die mit einigen 10.000 Kubikmetern flüssigem Salz gefüllt werden. In dem einen Speicher hat das Salz eine Temperatur von etwa 250 Grad, in dem anderen eine von 500 Grad. Wenn überschüssige Energie aus einem Wind- oder Solarkraftwerk gespeichert werden soll, wird Salz aus dem kälteren Speicher entnommen, mit einem Wärmeüberträger - ähnlich wie mit einem Tauchsieder - auf 500 Grad aufgeheizt und in den anderen Speicher eingespeist.

Wird Strom benötigt, wird das heiße Salz über einen Wärmetauscher geleitet, um Dampf zu erzeugen. Der treibt die Turbine und die wiederum den Generator an - so wie heute auch. "Wenn man dieses Konzept umsetzt, dann kann man die CO2-Emissionen eines ehemaligen Kohlekraftwerkes First Life in diesem Third Life auf nahezu Null reduzieren, ohne den Kraftwerksstandort aufzugeben, das Kraftwerk abzureißen und ohne die gesamte Mannschaft zu entlassen", sagt Thess.

Die Technik ist dabei durchaus nichts Neues.

Wärmespeicherkraftwerk 1.0 und 2.0

Schon seit einigen Jahren arbeiten Forscher mit flüssigem Salz als Wärmespeicher für Solarthermiekraftwerke. Dort sollte es flüssiges Öl ersetzen. Ein solches Kraftwerk besteht aus Spiegeln, die auf einen Turm ausgerichtet sind. Sie reflektieren das Sonnenlicht und erhitzen ein Speichermedium in dem Turm. Das wird zu einem Wärmetauscher geleitet, der Wasserdampf erzeugt.

Das Prinzip ist also dem Wärmespeicherkraftwerk sehr ähnlich. Das erste kommerzielle Solarthermiekraftwerke mit flüssigem Salz wurde 2011 in Betrieb genommen. Es ist das Solarkraftwerk Gemasolar in der südspanischen Region Andalusien, zwischen Sevilla und Córdoba. "Wir wollen die Technologie und das Knowhow aus diesen solarthermischen Kraftwerken einsetzen, um Kohlekraftwerke zu dekarbonisieren", erklärt Thess.

Die Komponenten sind im industriellen Maßstab verfügbar. Die große Herausforderung sei die Integration:"Wir besitzen alle einzelnen Elemente. Aber die Integration dieser Elemente zu einem sinnvollen Gesamtsystem ist eine eigenständige Herausforderung", sagt Thess. "In unserem Falle ist das die erneuerbare Stromerzeugung, die Umwandlung des Stroms in Wärme, die Einspeisung der Wärme in den Wärmespeicher, den Wärmespeicher so auszulegen, dass er genau zugeschnitten ist auf das Niveau der Dampfturbine und dann eben die Rückverstromung."

Ein solcher Speicher soll genug Energie vorhalten, um etwa zwölf Stunden lang Strom liefern zu können. Es kann also eine Nacht oder eine kleinere Flaute überbrücken. Schwieriger wird es, wenn Sonne und Wind über einen längeren Zeitraum nicht verfügbar sind.

Über die Größe der Speicherbehälter lässt sich die Kapazität variieren, ein Wärmespeicherkraftwerk ist also in gewissen Grenzen skalierbar. "Dann müssen Sie aber Kosten und Nutzen im Verhältnis sehen", sagt Thess. Es sei gut möglich, dass beide nicht mehr in einem angemessenen Verhältnis stünden.

Das liegt auch am Wirkungsgrad dieses Speichers, den Thess als Wärmespeicherkraftwerk 1.0 bezeichnet. Er liegt bei etwa 33 Prozent, was in etwa dem Wirkungsgrad der Anlage in ihrem ersten Leben als Kohlekraftwerk entspricht. Von den Kosten her macht das aber einen großen Unterschied.

"Kohlestrom ist konkurrenzlos billig, und es ist für jede alternative Energieform - ob das nun Sonne, Wind oder Gas ist - schwierig, damit zu konkurrieren", sagt Thess. "Man muss sich also darüber im Klaren sein, dass eine Kilowattstunde aus einem umgebauten Kraftwerk teurer ist als eine Kilowattstunde Kohlestrom. Ob man das dann will oder ob man das dann nicht will, ist keine technische Entscheidung, sondern eine politische Entscheidung."

Zumindest im Moment noch. Denn in der Entwicklung ist schon das Wärmespeicherkraftwerk 2.0, bei dem Hochtemperatur-Wärmepumpen eingesetzt werden sollen. Sie werden es ermöglichen, aus 1 Kilowattstunde Strom 1,5 Kilowattstunden Wärme zu erzeugen, sagt Thess. "Das ist Zukunftsmusik. Dazu ist noch Forschung nötig, und diese Forschung machen wir am DLR."

Wann es das erste Wärmespeicherkraftwerk 2.0 geben wird, darüber mag Thess nicht spekulieren. Sehr viel konkreter hingegen sind die Aussichten für die Version 1.0.

Energiespeicher im Reallabor

Bisher sind das aber alles noch Konzepte. Ein Third-Life-Kohlekraftwerk gibt es noch nicht. Lediglich die Versuchsanlage Test Facility for Thermal Energy Storage in Molten Salt (Tesis) auf dem Gelände des DLR in Köln ist seit 2017 im Einsatz.

Die Forscher des DLR arbeiten mit dem Solar-Institut Jülich der Fachhochschule Aachen und dem Energieversorger RWE gemeinsam an einer Machbarkeitsstudie. Dafür prüfen die Wissenschaftler, wie ein solches Projekt an einem der RWE-Kraftwerksstandorte durchgeführt werden kann. "Wir schauen uns mehrere mögliche Kohlekraftwerke an. Wir analysieren hier unterschiedliche Randbedingungen, die Kosten, die Nutzen, die Umbaumaßnahmen von First Life auf Third Life", erzählt der DLR-Forscher.

Das DLR und seine Partner haben sich für den Ideenwettbewerb Reallabore der Energiewende beworben, die das Bundeswirtschaftsministerium Anfang dieses Jahres ausgerufen hat. Sollten sie den Zuschlag bekommen, könnte das erste Wärmespeicherkraftwerk in dreieinhalb bis vier Jahren fertig sein. "Je nachdem, wie sich das Demonstrationsprojekt bewährt, werden wir dann schrittweise die Wärmspeicherkraftwerke 1.0 in Kooperation mit der Industrie ausrollen. Wir werden parallel dazu Forschung betreiben, um das Wärmespeicherkraftwerk 2.0 vorzubereiten und dann schrittweise in die Nutzung umzusetzen", sagt Thess.  (wp)


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