In konventionellen Kraftwerken wird der eingesetzte Energieträger – meist Kohle oder Erdgas – zur Erzeugung von Strom beziehungsweise Wärme genutzt. Fossil befeuerte Kraftwerke sind nach wie vor für eine zuverlässige Stromversorgung erforderlich. Mit Blick auf den rasanten Ausbau der erneuerbaren Energien spielen sie eine zentrale Rolle für eine sichere Versorgung mit elektrischer Energie. Sie sind für ein stabiles Stromnetz nach wie vor unerlässlich und sind witterungsunabhängig einsetzbar.
Gasturbinenkraftwerk
Funktionsweise
In der Brennkammer einer Gasturbine wird angesaugte Luft verdichtet und dann mit einem Treibstoff vermischt. Diese Mischung wird gezündet und verbrannt. Es entsteht ein bis zu 1.500 Grad heißes Gas, ein angeschlossener Turbinenteil wandelt diese thermische Energie in kinetische Energie um – aus Wärme wird Bewegung. Ein Generator erzeugt daraus elektrische Energie. Als Brennstoffe kommen verschiedene flüssige oder gasförmige Treibstoffe zum Einsatz, vor allem Erdgas.
Gasturbinenkraftwerke können innerhalb weniger Minuten volle Leistung bringen, daher eignen sie sich vor allem dafür, kurzfristig Spitzenlast abzudecken. Auf dem Weg zu einer Stromversorgung, die überwiegend auf erneuerbaren Energien beruht, werden solche flexibel und schnell einsetzbaren Kraftwerke eine wichtige Rolle spielen. Denn sie tragen dazu bei, die Bedarfslücke zu schließen, die zwischen der Stromnachfrage einerseits und der stark schwankenden Erzeugung aus erneuerbaren Energien andererseits entsteht – etwa bei Windstille und gleichzeitig schwacher Sonneneinstrahlung.
Beispiel eines Gasturbinenkraftwerks
Im Kraftwerk 1 des Heizkraftwerks Stuttgart-Gaisburg trägt eine Gasturbine mit einer Leistung von 60 Megawatt zum Abdecken von Spitzenlasten bei. Mit dem Treibstoff Erdgas erreicht die Gasturbine ihre volle Leistung bei einem Schnellstart schon nach fünf Minuten.
Außerdem sichert sie die Stromversorgung bei Ausfällen anderer Anlagen. Zusätzlich sorgt ein Dieselaggregat dafür, dass im Notfall ein sogenannter Schwarzstart durchgeführt werden kann: Wenn es einmal zu einem großflächigen Zusammenbruch des Stromnetzes kommen sollte, kann die Turbine von den Kraftwerksmitarbeitern angefahren werden – ohne jeglichen Energiebezug von außerhalb. So kann im Fall der Fälle die Stromversorgung wieder aufgebaut und das Stromnetz Stück für Stück wieder stabilisiert werden.
Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke (GuD-Kraftwerke)
Der Investitionsaufwand für reine Gasturbinenkraftwerke ist im Vergleich zu anderen Kraftwerkstypen verhältnismäßig gering: Betrachtet werden hier die Kosten pro Kilowatt installierter Leistung. Der Nachteil liegt bei dieser Kraftwerksart jedoch in ihrem eher niedrigen Wirkungsgrad, der unter 40 Prozent liegt. Wird dagegen zusätzlich die bei der Verbrennung entstehende Abwärme zur Stromerzeugung genutzt, erhöht sich der Wirkungsgrad auf bis zu 60 Prozent. Diese Kraftwerke werden als Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke (GuD-Kraftwerke) bezeichnet: Der eingesetzte Treibstoff wird dabei besonders effizient genutzt.
GuD-Kraftwerke werden daher in der Mittellast und der Grundlast eingesetzt. Turbinen mit einer Leistung von 100 Kilowatt bis 40 Megawatt werden häufig in GuD-Anlagen verbaut. Sie haben sehr kurze Startzeiten von nur wenigen Minuten und können besonders flexibel eingesetzt werden. Größere Turbinen mit einer Leistung von 50 Megawatt bis 340 Megawatt dagegen laufen im Dauerbetrieb und werden von daher eher in großen Kohlekraftwerken installiert.
Technik: Gasturbine
Gasturbinen können innerhalb kurzer Zeit volle Leistung bringen: Große Mengen angesaugter Luft werden im Verdichter komprimiert und strömen in die Brennkammer der Gasturbine. Dort wird Erdgas mit der verdichteten Luft verbrannt. Mit hoher Temperatur strömt das heiße Rauchgas auf die Turbine und treibt diese an.
Im Rheinhafen-Dampfkraftwerk Karlsruhe wurde der Kohleblock 4 zu einem modernen Gas- und Dampfblock umgebaut. Hier hat eine Gasturbine mit Abhitzekessel die alte Kesselanlage ersetzt. Die Dampfturbine wurde weiterverwendet, davor wurde sie technisch und mechanisch komplett überholt. Der Einsatzbereich dieses Kraftwerks liegt primär in der Erzeugung von Spitzenlaststrom.