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

Abstract

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 erfordert künftig erhebliche Flexibilitätssteigerungen beim Betrieb konventioneller Kraftwerke. Die Integration von thermischen Energiespeichern (TES) in den Kraftwerksprozess kann dabei erhebliche Verbesserungen schaffen, so etwa bei Laständerungsgeschwindigkeit, Teillastverhalten und der betrieblichen Verfügbarkeit. 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 es daher, Integrationsoptionen von thermischen Energiespeichern in Kohlekraftwerken zu identifizieren, die die angestrebten hohen Flexibilitätspotentiale ermöglichen und gleichzeitig kosteneffiziente Lösungen umfassen. Durch eine iterative Vorgehensweise zwischen zukünftigen Szenarien des Energiemarkts, dem Kraftwerksprozess und der Komponente TES wurden aus einem breiten Spektrum an Integrationskonzepten favorisierte Konfigurationen ausgearbeitet. Bei der Bewertung favorisierter TES-Integrationskonzepte wurden sowohl Auswirkungen auf einzelne Teilsysteme (Turbine und Dampferzeuger) als auch auf das Gesamtsystem Kraftwerk einbezogen. Hierfür wurden thermodynamische Simulationsstudien durchgeführt, Betriebskonzepte erarbeitet, wirtschaftliche Bewertungen vorgenommen, Auslegungsrechnungen durchgeführt und experimentelle Untersuchungen zu unterschiedlichen thermischen Speicheroptionen realisiert. Die erzielten Ergebnisse dienen nach Abschluss des Vorhabens als Grundlage zur Demonstration einer vielversprechenden TES-Technologie in einem bestehenden Steinkohlekraftwerk. Im Vortrag werden die aktuellen Ergebnisse des kurz vor Abschluss befindlichen Projektes vorgestellt. Zunächst werden die favorisierten Integrationskonzepte und die Auswahl geeigneter Speichertechnologien erläutert. Die im Hinblick auf ihr Potential zur Flexibilitätssteigerung und auf geringe spezifische Kosten ermittelten Leitkonzepte umfassen verschiedene Integrationspunkte im Kraftwerk für die Be- und Entladung der TES sowie unterschiedliche TES-Technologien auf Basis von Feststoffen, Salzen, Wasser und Phasenwechselmaterialien (PCM). 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 das jeweilige Potential zur Realisierung in einer Referenzanlage dargelegt.