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Neue Kraftwerksprozesse

Der weitere Ausbau der erneuerbaren Energien erfordert von den konventionellen Kraftwerken entwicklungstechnische Herausforderungen: schnellere Lastwechsel, häufigeres An- und Abfahren, Betrieb bei tiefen Teillasten sowie längere Stillstandzeiten werden zunehmend notwendig sein. Dazu sind weitere Forschungsaktivitäten zur Optimierung auf Komponenten-, Prozess- und Anlagenebene und zur Gestaltung fortschrittlicher (Hybrid-)Systeme und neuartiger Kreisprozesse erforderlich. Trotz der Fokussierung auf Flexibilitätsaspekte ist im Hinblick auf Umweltschutz und Ressourcenschonung auch eine weitere Steigerung der Effizienz sowie der Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit in der Strom- und Wärmeerzeugung  wichtig. Der Wirkungsgrad und die Emissionen im Teillastbereich der Anlagen gewinnen an Bedeutung. Insgesamt nimmt die Digitalisierung einen immer höheren Stellenwert ein.

Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und Reduzierung der Stromerzeugungskosten sollen Lösungen erarbeitet werden, die sowohl für die Nachrüstung von Bestandsanlagen als auch für Ersatzinvestitionen in konventionellen Kraftwerken zur Verfügung stehen. Erforscht werden innovative Materialien und Verfahrenstechniken für die Komponentenproduktion, die den veränderten Beanspruchungen während des Kraftwerkbetriebs gerecht werden. So sollen geeignete Hochtemperaturwärmepumpen entwickelt und integriert werden. Auch neue Brennstoffe und Verfahrensprozesse, beispielsweise eine Beimischung oder die Nutzung reinen Wasserstoffs und superkritisches CO2, sollen erforscht werden.

Die Forschungsthemen zu neuen Kraftwerksprozessen befassen sich außerdem mit folgenden Themen: übertragbare technologische Prozesse und Betriebsführungskonzepte, kraftwerksinterne Infrastruktur sowie Konzepte zur Abtrennung und Nutzung von CO2 im Kontext der Verbrennung von Abfall- und biogenen Reststoffen, inklusive Werkstoffentwicklung und -weiterentwicklung (zum Beispiel CO2-Rohrleitungen, CO2 Verdichter, CO2 –Abscheideverfahren).

Energiespeicher

Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien steigt der Bedarf an großen und effizienten Energiespeichern, um die naturgegebene Fluktuation erneuerbarer Energien auszugleichen. Hierfür könnte die bestehende Energieinfrastruktur mit den zentralen Großkraftwerken genutzt werden. Sie könnten als große und effiziente Stromspeicher fungieren und somit auch in Zukunft zu einer stabilen Energieversorgung beitragen. Außerdem könnten sie Strom, der über die Nachfrage hinaus produziert worden ist, einer ökonomisch sinnvollen Verwendung zuführen. Im Fokus der Forschung stehen deshalb Fragen zur Integration von Energiespeichern in den Kraftwerksprozess, zum Beispiel Hochtemperaturwärmespeicher, Strom-Wärme- und Strom-Wärme-Strom-Speicher oder isentrope Speicher, bei denen erneuerbarer Strom reversibel in Wärme und gegebenenfalls in mechanische Energie – etwa Rotation – umgewandelt wird.

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