In der Vergangenheit waren konventionelle, zentrale Großkraftwerke für die Abdeckung der Grundlast die Basis eines Energiesystems. Sie wurden durch Spitzenlastkraftwerke ergänzt.
Dieses “traditionelle” System basierte auf den folgenden Schlüsselbausteinens:
(i) Die Nachfrage ist gut planbar (z. B. Standardlastprofile zutreffend für einen großen Teil der jeweiligen Kundengruppe)
(ii) Die installierte steuerbare Kapazität reicht aus, um die Nachfrage jederzeit zu decken (einschließlich Spitzen)
(iii) Die Übertragungs- und Verteilungsnetze sind so ausgelegt, dass der Strom von den zentralen Kraftwerken zuverlässig zur regionalen Nachfrage transportiert werden kann
Eine neue Ära beginnt: Die Energiesysteme wandeln sich in Richtung Nachhaltigkeit durch die zunehmende Nutzung fluktuierender und dezentraler erneuerbarer Energiequellen Um einen Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels zu leisten, wird das Energiesystem zunehmend Richtung nachhaltig aufgestellt (vgl. Abbildung 1). Es werden immer mehr dezentrale, fluktuierende erneuerbare Kapazitäten installiert. Entsprechend ändern sich die Anforderungen an regelbare konventionelle Kraftwerke.
Konventionelle Kraftwerke müssen beispielsweise bei längeren Schlechtwetterperioden mit wolkenverhangenem Himmel und wenig Wind einspringen, wenn die erneuerbaren Energien nur einen geringen Beitrag leisten können.
Aber auch auf der Seite der Kunden ändern sich die Verbrauchsmuster.
Die Elektrifizierung des Verkehrs- und Wärmesektors hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Daher unterscheiden sich die Gesamtnachfrage und die Spitzenlast von denen vor 20 Jahren. Zwischen 2015 und 2023 lag der Strombedarf in Deutschland bei rund 460 bis 500TWh pro Jahr, wobei die Tendenz in den letzten Jahren leicht rückläufig war[1]. Abhängig vom Wasserstoffanteil, dem Grad
der direkten Elektrifizierung und Wirkungsgradverbesserungen in der Zukunft wird sich der deutsche Strombedarf jedoch bis 2045 voraussichtlich verdoppeln oder sogar verdreifachen [2] (vgl. Abbildung 2).
Während Verbrennungstechnologien in der Vergangenheit die Grundlage des Stromsystems bildeten, werden sie nun zu einer Schlüsseltechnologie, die die Lücken zwischen Nachfrage und erneuerbarer Energieerzeugung schließt. Folglich ermöglichen sie eine verstärkte Integration fluktuierender erneuerbarer Energien in das Stromsystem, wodurch die Energiewende noch weiter beschleunigt wird.
Der Aufbau neuer fluktuierender erneuerbarer Energiequellen ist jedoch mit eigenen Herausforderungen verbunden. Die starke Abhängigkeit von Wind- und Solarenergie führt dazu, dass Kapazitäten in großem Maßstab aufgebaut werden; dies erfordert große Flächen, um so viel Energie wie möglich umzuwandeln. Erzeugung und Nachfrage stimmen an diesen Standorten nicht zwingend überein.
Gebiete mit hoher Last befinden sich in der Regel an anderen Orten als große erneuerbare-Energien-Anlagen. Folglich muss der Strom weit zum Verbraucher transportiert werden. Die veraltete Übertragungs-und Verteilungsinfrastruktur hat jedoch Schwierigkeiten, hohe Anteile erneuerbarer Energien zu integrieren und zu transportieren.
So stehen beispielsweise die Windenergieanlagen aufgrund der Verfügbarkeit von Ressourcen hauptsächlich im Norden Deutschlands, während die Schwerindustrie hauptsächlich im Westen und Süden angesiedelt ist. Folglich muss der Strom über lange Strecken vom Norden in den Westen bzw. Süden transportiert werden, was einen Ausbau der Übertragungsnetze erforderlich macht. Dies erfordert wiederum erhebliche Investitionen, die vom Endverbraucher getragen werden müssen, sowie eine jahrelange Planungsperiode.
So können lange Genehmigungszeiten und Widerstände in der Bevölkerung zu hohen Latenzzeiten führen, daher ist der Auf-und Ausbau des Stromnetzes oft langsamer als die Änderungen der Last- und Erzeugungsmuster.
Wenn das Netz nicht die gesamte eingespeiste Leistung, welche durch die EE erzeugt wird, aufnehmen kann, werden Redispatch-Maßnahmen nötig, sprich EE-Anlagen werden abgeregelt und große konventionelle Kraftwerke müssen in Hochlastgebieten hochgefahren werden, um die Last auszugleichen und das Netz zu stabilisieren. Die installation dezentraler, wetterunabhängiger Kapazitäten in Hochlastregionen kann eine alternative Lösung sein, um Defizite bei den erneuerbaren Energien und Lastspitzen abzudecken, bis die Infrastruktur verbessert wird und/oder die lokale EE-Erzeugung aufholt, wodurch der Bedarf an EE-Energietransporten über weite Entfernungen verringert wird.
Mehr als nur ein “Lückenbüßer”: Gaskraftwerke liefern einen wertvollen Beitrag für das Netz und schließen die Lücke zwischen fluktuierenden erneuerbaren Energien und der steigenden Nachfrage Im Februar 2024 veröffentlichte die Bundesregierung ihre neue Kraftwerksstrategie.
Der Neubau von Gaskraftwerken soll den Weg zu einem zuverlässigen, klimaneutralen Stromsystem ebnen. Im Vergleich zu Braunkohle oder Steinkohle hat die Verbrennung von Gas geringere CO₂-Emissionen und kann durch die Verbrennung von grünem Wasserstoff anstelle von Methan CO₂-neutral werden.
Außerdem sind Gaskraftwerke in Bezug auf Startintervalle und Lastwechsel flexibler als Kohletechnologien.
Generell sind zwei Arten von Gastechnologien zu berücksichtigen: Turbinen (d.h. Gasturbinen ohne (einfache Turbinen) und mit Dampfstufe (GuD) sowie Hubkolben-Verbrennungsmotoren (d.h. mittelschnell-laufende Hubkolbenmotoren und schnelllaufende Hubkolbenmotoren).
Turbinen sind die Technologie der Wahl für große Kraftwerkseinheiten. Hohe Betriebsstunden bei Volllast und nur wenige Starts pro Jahr führen zu niedrigen Gesamtbetriebskosten (TCO) und Stromgestehungskosten (LCOE).
Mit mehr fluktuierenden erneuerbaren Energien am Netz sinkt der Bedarf an großen konventionellen Blöcken und der Bedarf an flexiblen Produktionsprofilen steigt an. Gaskraftwerke im Mittellastbereich, die ursprünglich für einen Volllastbetrieb von mehr als 4.000 Stunden ohne häufiges Hoch- und Herunterfahren ausgelegt waren, laufen nun weniger als 2.000 Stunden pro Jahr, wobei die Zahl Starts in die Hunderte geht. Sie haben also ihre Leistung bereits an die Verfügbarkeit der erneuerbaren Energien angepasst. Folglich stiegen TCO und LCOE an.
Um mehr zu erfahren, laden Sie das untenstehende Dokument herunter.
