FlexKWK

Hochtemperaturfeststoffspeicher zur effizienten Nutzung erneuerbarer Energien

Hintergrund

Für die Zukunft der Energieerzeugung spielen GuD-Kraftwerke in den nächsten Dekaden eine wichtige Rolle, da sie einen hohen Primärenergie-Ausnutzungsgrad durch die gekoppelte Erzeugung von Wärme und Strom vorweisen. Somit haben sie eine höhere Effizienz bei niedrigeren Treibhausgasemissionen als Gaskraftwerke. Hinzu kommt: Auf Basis des Energieträgers Wasserstoff können diese Anlagen perspektivisch auch klimaneutral betrieben werden. Dass zur mittel- und langfristigen Gewährleistung von Versorgungssicherheit der Bau von mindestens zwanzig solcher GuD-Anlagen politisch angestrebt wird, unterstreicht noch einmal die Relevanz des Projekts.
Allerdings werden GuD-Anlagen oft wärmegeführt betrieben, da sie die Wärmeversorgung ihrer Kunden aufrechterhalten müssen. Dies bedeutet, dass Kraftwerke auch laufen müssen, wenn mit dem erzeugten Strom keine positiven Margen erzielt werden können. Folgen davon sind u.a. ein höheres Risiko und eine geringere Wirtschaftlichkeit der Anlage sowie erhöhte Treibhausgasemissionen im Fall von Teillastbetrieb.
Von besonderem Interesse für die Betreiber von KWK-Anlagen ist deshalb die zeitliche Entkopplung von Strom- und Wärmebereitstellung, um die Flexibilität deutlich zu erhöhen und folglich das Rendite Risikoprofil zu verbessern. An bestehenden KWK-Standorten sind neben der GuD-Anlage häufig noch kohlebefeuerte thermische Anlagen vorhanden, die im Zuge der Beendigung der Kohleverstromung außer Betrieb genommen werden. Es stellt sich die Frage, ob es wirtschaftliche Wege gibt, Komponenten dieser Anlagen im Zusammenhang mit einer CO2-neutralen Wärmeerzeugung weiterzubetreiben und damit auch Arbeitsplätze zu sichern. Die Machbarkeitsstudie soll vor diesem Hintergrund ein Konzept erarbeiten und techno-ökonomisch bewerten, das mit Überschussstrom beheizte Hochtemperaturspeicher nutzt, um ein fossil befeuertes Bestandskraftwerk in ein Speicherheizwerk umzubauen. Das Heizwerk soll dann die Fernwärmeleistung besichern bzw. temporär die GuD-Anlage substituieren und so den Verbrauch von Erdgas oder zukünftig H2 reduzieren.

Projekt

FlexKWK erarbeitet ein neues Konzept zur Nachnutzung von Kraftwerksstandorten mit KWK durch Integration von Hochtemperatur-Feststoffspeichern. Durch ein Power-to-Heat System mit erneuerbarem Überschussstrom beladen, erlaubt der Speicher den Umbau eines kohlebefeuerten Kraftwerks in ein reines Heizwerk. Damit können andere, mit Erdgas oder zukünftig Wasserstoff betriebene Heiz(kraft)werke temporär und oder partiell substituiert werden. Der Gasverbrauch für die Fernwärmeerzeugung wird so reduziert, erneuerbare Energien genutzt und die Flexibilität des Standorts (Vermeidung von unwirtschaftlicher Stromerzeugung aus der GuD) erhöht. Das Konzept wird hinsichtlich der möglichen Wirtschaftlichkeit vor dem Hintergrund aktueller Marktrandbedingungen bewertet. FlexKWK erweitert damit die Betrachtungen im Projekt Storage-to-Power durch die Einbeziehung der Fernwärmeerzeugung sowie die Integration eines thermischen Speichers in ein Bestandskraftwerk ohne zusätzlichen neuen Dampferzeuger.

Ziele

Erarbeitung eines technischen Konzepts zur Verwendung eines Hochtemperatur-Feststoffspeichers (Speichertemperatur ca. 1000 °C) zum Umbau eines Kohlekraftwerks in ein Wärmespeicherheizkraftwerk mit Fernwärmeauskopplung
Concept-Engineering der wesentlichen Komponenten
Techno-ökonomischer Bewertung durch Simulationsrechnungen für typische Betriebsszenarien und Abschätzung der Investitionskosten

Partner und
Zuständigkeitsbereiche

steag, Essen:
Energieerzeugung, Anlagenbetriebsführung, Anlagen-Engineering

Projektzeitraum

Start: Januar 2023
Dauer: 12 Monate

Die Zukunft ist vielseitig:
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