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Neue Kraftwerksprozesse

Die Energiewende und der Klimaschutz stellen die konventionellen Kraftwerke vor entwicklungstechnische Herausforderungen. Wurden sie bisher zumeist durch Kohle oder Erdgas betrieben, sollen künftig vermehrt Abfälle, Biogas und andere Brennstoffe zur Stromproduktion verwendet werden. Dazu zählt auch der Einsatz von Wasserstoff oder superkritischem CO2. Erforscht werden daher Materialien, Komponenten und Verfahrenstechniken, die den veränderten Beanspruchungen während des Kraftwerkbetriebs gerecht werden. Zum Beispiel kann es sein, dass die Temperaturen, die durch den Verbrennungsprozess von alternativen Brennstoffen erreicht werden, zu niedrig für den Antrieb von Generatoren sind. Integrierte Hochtemperaturwärmepumpen können diese Wärme auf das benötigte Temperaturniveau anheben.

Retrofitmaßnahmen und neue Betriebsprozesse

Die Bundesregierung fördert zum einen sogenannte Retrofitmaßnahmen. Diese können beispielsweise durch den Umbau von bestehenden Kraftwerksanlagen dafür sorgen, dass alternative Brennstoffe mitgenutzt werden können. Außerdem werden Forschungsarbeiten an alternativen Kraftwerkskomponenten wie Mikrogasturbinen oder Motoren sowie an hybriden Anlagenkonzepten gefördert. Hinzu kommen Fragen rund um die Betriebsführung, bei der die Digitalisierung eine wichtige Rolle spielt.

Große Energiespeicher auf alten Kraftwerksgeländen

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit der Frage, wie die bestehenden Standorte der Großkraftwerke mit ihrer Infrastruktur von Straßen und Stromleitungen weiter genutzt werden können, selbst wenn die Kraftwerke in Zukunft sukzessive abgeschaltet werden.

Eine Option wäre, auf den Geländen große und effiziente Energiespeicher zu installieren. Diese werden in großem Maßstab benötigt, um die witterungsbedingte Fluktuation erneuerbarer Energien auszugleichen. Dazu wird überschüssiger Strom zwischengespeichert und bei Bedarf wieder ins Stromnetz geleitet. Im Fokus der Forschung stehen deshalb Fragen zur Integration von Energiespeichern in den Kraftwerksprozess. Darunter fallen zum Beispiel Hochtemperaturwärmespeicher, Strom-Wärme- und Strom-Wärme-Strom-Speicher oder isentrope Speicher. Isentrope Speicher wandeln erneuerbaren Strom reversibel in Wärme und gegebenenfalls in mechanische Energie – etwa Rotation – um.

Kraftwerke als flexible Dienstleister in der Übergangsphase

In der Umbauphase des Energiesystems unterstützen die konventionellen Kraftwerke bei der Stromproduktion, wenn die Erneuerbaren-Energien-Anlagen witterungsbedingt zu wenig grünen Strom bereitstellen können. Statt wie früher im Dauerbetrieb zu laufen, sind jetzt häufigeres An- und Abfahren und schnelle Lastwechsel erforderlich. Auch wenn der Forschungsfokus auf den Flexibilitätsaspekten liegt: Mit Blick auf den Umweltschutz ist es wichtig, den Wirkungsgrad der Kraftwerksprozesse auch im Teillastbetrieb zu steigern.

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