Siemens Gasturbine symbolisiert moderne Kraftwerkstechnologien; Quelle: Siemens-Pressebild

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Energiewirtschaftliche Ausgangslage

Die fossilen Energieträger Kohle, Öl und Gas bilden die tragende Säule der Strom- und Energieversorgung in Deutschland und weltweit. Was ihre zukünftige Rolle für die Stromerzeugung angeht, muss zwischen den Zielvorstellungen in Deutschland und den Prognosen zur globalen Entwicklung unterschieden werden.

Nach Prognosen der Internationalen Energieagentur (IEA) wird die weltweite Stromerzeugung aus Kohle, Öl und Gas bis zum Jahr 2035 um bis zu 86 % zunehmen und dann, je nach zugrunde gelegtem Szenario, einen Anteil zwischen 54 % und 67 % erreichen.

In Deutschland stellt sich ein anderes Bild dar. Der Anteil von fossilen Energieträgern an der Gesamtstromerzeugung beträgt 57 % (Stand 2013). Mit Blick auf das Jahr 2050 wird angestrebt, den Stromverbrauch gegenüber 2008 absolut um 25 % zu reduzieren und den Bruttostromverbrauch zu maximal 20 % aus fossilen Energieträgern zu decken. Dazu sind erhebliche Anstrengungen zur Energieeinsparung notwendig.  

Technologieentwicklung und Förderstruktur

Der Förderbereich "Kraftwerkstechnik und CCS-Technologien" kann auf bestehende Förderstrukturen und Strategien der Bundesregierung aufbauen. Im Rahmen der Forschungs- und Entwicklungsinitiative COORETEC (COORETEC: CO2-Reduktions-Technologien) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie wurde eine umfangreiche und langfristig angelegte Entwicklungsstrategie für zukunftsfähige Kraftwerke gemeinsam mit Akteuren aus Wirtschaft und Wissenschaft entwickelt. Die einzelnen Arbeitsgruppen bearbeiten unter anderem folgende Forschungsziele:

  • Systemintegration von Kraftwerksprozessen optimieren,
  • Flexibilität von Kraftwerksprozessen erhöhen,
  • Effizienz erhöhen,
  • Emissionen reduzieren,
  • neue technologische Optionen erschließen.

Neben den vier COORETEC-Arbeitsgruppen, deren Fokus auf der Entwicklung und Optimierung der entsprechenden Prozesse liegt, gibt es als thematischen Verbund die "AG Turbo", die sich der Komponentenentwicklung im Bereich der Turbomaschinen widmet. Die "AG Turbo" als Verbund aus Herstellerfirmen von Turbomaschinen, Universitäten und Forschungseinrichtungen setzt die erfolgreichen Arbeiten der letzten Jahre fort.

Strategisch wichtige Förderbereiche

Die künftigen Maßnahmen des Förderschwerpunktes "Kraftwerkstechnik und CCS-Technologien" orientieren sich an Empfehlungen von Experten unter Einbeziehung des COORETEC-Beirates. Sie werden sich auf folgende Schwerpunkte konzentrieren:

  • Dampfkraftwerke: Materialforschung und Entwicklung von Füge- und Fertigungstechniken für Dampftemperaturen von 700 °C und Drücken bis 350 bar; Qualifizierung neuer Materialien in Langzeitversuchen, die 30.000 Stunden und mehr umfassen; verbessertes Verständnis von Mikrostruktur und Langzeitstabilität; Modelle zur Optimierung von Lebensdauern und Wartungsstrategien; neue Prüfverfahren für dickwandige Bauteile; brennstoffflexible Verbrennungssysteme.
  • Gasturbinen- und Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerke (GuD): Effiziente Kühlkonzepte und neuartige Wärmedämmschichten (z. B. nanostrukturierte Wärmedämmschichten) zur Realisierung von Turbineneintrittstemperaturen von über 1.500 °C; Entwicklung und Validierung von Simulationsmodellen zur Optimierung des Zusammenspiels von Kühltechnik und Materialentwicklung; aerothermodynamische Optimierung von Verdichtern und Turbinen unter Einbeziehung modernster numerischer Verfahren und deren experimentelle Validierung; Erweiterung des Brennstoffbandes (insbesondere für wasserstoffreiche Gase mit Blick auf eine Kopplung mit chemischen Speichern).
  • CO2-Abscheidung: Technologieoffene Erforschung der verschiedenen CCS-Technologien; "Post-Combustion" und "Oxyfuel" aus heutiger Sicht im Pilot- und Demonstrationsmaßstab mit den größten Erfolgsaussichten; Einbeziehung von "Carbonate Looping", "Chemical Looping" oder membranbasierten Verfahren sowie umwelt- und sicherheitsrelevanter Aspekte unterschiedlicher Abscheidetechniken.
  • CO2-Transport und -Speicherung: Speicherung in unterschiedlichen geologischen Formationen; Informationssysteme für CO2-Speicher und Deckgesteine, Sicherheitskonzepte inklusive Langzeitsicherheit, großräumige Überwachung/Monitoring-Verfahren; Risikoanalysen; Simulation zur Ausbreitung des CO2 im Untergrund; Untersuchungen des Langzeitverhaltens von CO2 im Untergrund; Auswirkungen von abscheidungsbedingten Zusatzstoffen im CO2-Strom auf Pipelines und Speicher (z. B. Korrosion, Carbonatbildung).
  • Konzeptuntersuchungen zur Regelung und zum Lastmanagement von Kraftwerken: Dynamische Simulationen eines Energieversorgungssystems mit hohem Anteil erneuerbarer Energien; Auswirkungen auf die Lastflexibilität von Anlagen und Komponenten; Kopplung mit Materialermüdung und Untersuchungen zu Lebensdauern.

Beispielprojekte

Beispielprojekte finden sie hier.