Untersuchung der Flexibilisierung von Dampfkraftwerken durch die Integration von Wärmespeichern im Verbundvorhaben "FLEXI-TES"

Kurzfassung

In Deutschland, Europa und auch weltweit wird die Einspeisung aus nicht planbar einsetzbaren Stromerzeugungsanlagen in den nächsten Jahren deutlich zunehmen. Ein hoher Anteil fluktuierender Einspeisung ist dabei aus Photovoltaik- und Windenergieanlagen zu erwarten. Die netzkonforme Integration fluktuierender erneuerbarer Energie erfordert künftig erhebliche Flexibilitätssteigerungen beim Betrieb konventioneller Kraftwerke. Die Integration von thermischen Energiespeichern in den Kraftwerksprozess kann dabei erhebliche Verbesserungen schaffen, so etwa bei Laständerungsgeschwindigkeit, Teillastverhalten und der betrieblichen Verfügbarkeit. Auch bei Bestandsanlagen bestehen so gute Aussichten auf eine Ertüchtigung für flexiblere Fahrweisen, was relativ kurzfristig erreichbare Verbesserungen im Energiesystem verspricht. Ziel des laufenden BMWi-Verbundforschungsvorhabens "FLEXI-TES" ist die durch Wärmespeicher gestützte Flexibilisierung von Kohlekraftwerken. Dabei sollen die Möglichkeiten der Integration thermischer Energiespeicher (TES) sowohl in Neu- als auch in Bestandsanlagen erarbeitet werden. Augenmerk liegt auf der technischen Realisierbarkeit und auf der Wirtschaftlichkeit der TES-Integration. Dazu werden verschiedene Speicherintegrationskonzepte erarbeitet und aus einem breiten Spektrum an TES-Optionen technologieabhängige Flexibilisierungspotentiale von Kohlekraftwerken ermittelt. Die Bewertung favorisierter TES-Integrationskonzepte bezieht zusätzlich sowohl Auswirkungen auf einzelne Teilsysteme (Turbine und Dampferzeuger) als auch auf das Gesamtsystem Kraftwerk ein und beinhaltet neben thermodynamischen Simulationsmodellen auch Betriebskonzepte, wirtschaftliche Bewertungen, Auslegungsrechnungen und Materialuntersuchungen. Die erzielten Ergebnisse dienen nach Abschluss des Vorhabens als Grundlage zur Demonstration einer vielversprechenden TES-Technologie in einem bestehenden Steinkohlekraftwerk. Im Vortrag werden zunächst die Integrationskonzepte und die Auswahl geeigneter Speichertechnologien vorgestellt. Auf Grundlage der so erarbeiteten Konzeptmatrix werden Ergebnisse aus Systemsimulationen und techno-ökonomischen Variationsstudien zu den betrachteten TES-Optionen dargestellt, die als Eingangsgrößen in einem strukturierten Bewertungsverfahren zur Identifikation vielversprechender Leitkonzepte dienen. Die so im Hinblick auf ihr Flexibilisierungspotential und spezifischen Kosten ermittelten Leitkonzepte umfassen thermische Energiespeicher auf Basis von Feststoffen, Salzen und Wasser. Im Hauptteil des Vortrags werden zu den jeweiligen Technologien und in Abhängigkeit des Anwendungsszenarios detaillierte Ergebnisse zur Integration, zur Dimensionierung und zur Dynamik vorgestellt sowie die im weiteren Verlauf des Projektes anstehenden Detaillierungsarbeiten und Entwicklungspotentiale aufgezeigt.