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Ausgabe 7-2024

Erzeugungsflexibilitäten auf dem Weg

Christopher Weßelmann

Die Energielandschaft befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel, der durch die Notwendigkeit, den Klimawandel zu begrenzen und den Übergang zu einer nachhaltigen Energiezukunft zu schaffen, vorangetrieben wird. Im Mittelpunkt dieses Wandels steht die Umstellung der Energieversorgung von fossilen Brennstoffen auf emissionsfreie oder emissionsarme Energiequellen. Die Volatilität erneuerbarer Energiequellen stellt dabei eine große Herausforderung für die Gewährleistung einer stabilen und zuverlässigen Elektrizitätsversorgung dar. Eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung dieser Herausforderungen und der Unterstützung der Energiewende wird die Verfügbarkeit von disponibler Stromerzeugung spielen.

Erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne sind von Natur aus unstetig. Mit zunehmender Marktdurchdringung volatiler Erzeugungseinheiten wird die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen Angebot und Nachfrage immer komplexer. An diesem Punkt wird die disponible Erzeugung unverzichtbar. Sie kann die notwendige Flexibilität bieten, um die Residuallast – die Differenz zwischen der Gesamtnachfrage und dem Beitrag der erneuerbaren Energien – zu decken und so die Stabilität und Sicherheit des Netzes zu gewährleisten.

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Errichtung und Inbetriebnahme bnBm Gaskraftwerk Leipheim

Thomas Hörtinger, Günter Heimann, Oliver Stenzel und Stefan Wolf

Das Gaskraftwerk Leipheim wurde zwischen 2021 und 2023 als besonderes netztechnisches Betriebsmittel (bnBm) gemäß § 11 Abs. 3 Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) im Netzgebiet der Amprion für kurative Redispatch-Leistungen errichtet. Auf Basis der Bedarfsermittlung der Übertragungsnetzbetreiber und der Bundesnetzagentur werden derartige Anlagen in Süddeutschland mit einer Leistung von 1.200 MW errichtet, um das Stromnetz nach dem Abschalten der letzten Kernenergieanlagen nach Mai 2023 sicher und zuverlässig weiterbetreiben zu können. Seit 31. Juli 2023 steht das bnBm Leipheim dem Übertragungsnetzbetreiber Amprion für den Vorhaltezeitraum von zehn Jahren, innerhalb von 30 Minuten leistungswirksam mit 300 MW zur Verfügung. Am regulären Strommarkt nimmt das bnBm nicht teil, der Aufruf zum Betrieb erfolgt ausschließlich durch Amprion. Nach der Zuschlagserteilung zugunsten des Projekts Gaskraftwerk Leipheim durch die Amprion GmbH (ÜNB) im Februar 2021 ist die Projektgesellschaft Gaskraftwerk Leipheim GmbH & Co. KG (GKL) vollständig auf die LEAG übergegangen. Die LEAG beauftragte die Firmen Siemens Energy als EPC, Pfaffinger Bau SE und Omexom Hochspannung GmbH mit der Errichtung der Anlage und Peripherie.

H2UB Boxberg – Konzept Grünes Flexibilitätskraftwerk

Daniel Kosel, Daniel Genz, Rainer Schiller, Philipp Schwerdtner und Paul Schimek

Ein Energiesystem dominiert von volatilen Erzeugungseinheiten? Residuallast flexibel decken? Versorgungssicherheit gewährleisten? Keine Nutzung fossiler Primärenergieträger? Wasserstoffwirtschaft forcieren? LEAG entwickelt Konzepte, um sich den drängenden Fragen des sich im Umbruch befindenden Energiesystems zu stellen und umsetzbare Antworten zu entwickeln. LEAG setzt die GigawattFactory mit der Errichtung von Photovoltaik und Windkraftanlagen von 7 GW installierter Leistung in der Lausitz und Mitteldeutschland bis 2030 um. Zur systemischen Absicherung der Stromerzeugung aus PV- und Windanlagen entwickelt LEAG verschiedene Konzepte auf Basis emissionsfreier oder -armer Technologien wie Batteriespeicher, H2-ready Kraftwerke oder modulare Innovationskraftwerke. Unter anderem werden dafür sogenannte H2UB Konzepte für verschiedene Standorte entwickelt.

GigaBattery – Konzept der LEAG

Gunnar Löhning, Rainer Schiller, Manuel Rozycki und Thomas Hörtinger

Die Energiewende in Deutschland führt zu einem gravierenden Umbau des Energieversorgungssystems, wobei regelbare konventionelle Erzeugungsanlagen zunehmend durch wetterabhängig einspeisende Wind- und Photovoltaikanlagen ersetzt werden. Zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit muss der weitere Ausbau der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien auch durch die Errichtung geeigneter Energiespeicher begleitet werden. Stationäre Batteriespeicher können die volatile Einspeisung fluktuierender erneuerbarer Energien vergleichmäßigen und den Betrieb des Übertragungsnetzes stabilisieren. Die LEAG gestaltet Energiewende und Strukturwandel aktiv mit und errichtet Batteriespeicher an ihren Kraftwerksstandorten. Im Ergebnis soll so eine modular aufgebaute Großbatterie im Gigawatt-Bereich („GigaBattery“) entstehen, die einen Bestandteil der „GigawattFactory“ bilden wird. An Kraftwerksstandorten existiert bereits eine Anbindung an das Übertragungsnetz und es sind große Industrieflächen verfügbar – ideale Ausgangsbedingungen für die Errichtung großer Batteriespeicher. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über die aktuellen Batteriespeicherprojekte der LEAG.

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Leitfäden und Zertifizierung der Was­serstoff-Readiness von Kraftwerken

Pierre Huck, Dominik Voggenreiter und Thomas Gallinger

Die Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff in Kraftwerken wird als ein möglicher Weg zur Dekarbonisierung des Stromerzeugungssektors gesehen. Die Wasserstoff-Readiness von Kraftwerken ist daher ein viel diskutiertes Thema in der Branche. Die genaue Bedeutung des Begriffs kann jedoch von Marktteilnehmer zu Marktteilnehmer unterschiedlich sein, und es fehlt an einer umfassenden und transparenten Definition auf Anlagenebene. Aus diesem Grund hat TÜV SÜD eine Reihe von Leitfäden zur Wasserstoff-Readiness von Gaskraftwerken entwickelt, die als gemeinsamer Rahmen für alle an einem Kraftwerks­projekt Beteiligten dienen soll. Diese Leitfäden werden auch als Grundlage für die Zertifizierung von Konzepten von Originalausrüstungsherstellern (OEM) oder En­gineering-, Beschaffungs- und Bauunternehmen (EPC) sowie von in Planung oder Bau befindlichen Projekten verwendet.

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Lärmemission von Kühltürmen – Erzeugung, Bewertung, Minderung

Thomas Meyer

Kühltürme sind eine der Hauptlärmquellen in Kraftwerken und petrochemischen Anlagen. Die Schallschutzmaßnahmen für die verschiedenen Schallquellen innerhalb des Kühlturms müssen so gewählt werden, dass die gesetzlichen Anforderungen an die Immissionsorte in der Umgebung der Anlagen eingehalten werden. Bei Naturzug-Nasskühltürmen spielt vor allem das Wassergeräusch als Geräuschquelle eine große Rolle, während bei Zwangsluftkühltürmen – nass oder trocken – auch die Geräusche der Ventilatoren und ihrer Antriebe von Bedeutung sind. Diese Geräuschemissionen können mit Hilfe verschiedener empirischer Modelle vorhergesagt werden. Es werden die wesentlichen Geräuschentstehungsmechanismen und die möglichen Schallschutzmaßnahmen vorgestellt und die gesetzlichen Anforderungen erläutert. Abschließend werden die Methoden der Immissionsprognose und der Schallausbreitungsberechnung vorgestellt, die für die Auslegung der erforderlichen Schallschutzmaßnahmen verwendet werden müssen.

Anwendung thermischer digitaler Zwillinge für Kühlsysteme bei Brennstoffänderungs- und Neubauprojekten

Albert Zapke, Riaan Terblanche, Tim Breining und Bernd Abröll

Die EnBW Energie Baden-Württemberg AG plant am Standort Altbach/Deizisau die Stilllegung der Kohleverbrennung und baut dazu eine H2-ready Gas- und Dampfturbinenanlage (HKW 3), welche in Kraft-Wärme-Kopplung hocheffizient Strom und Fernwärme produziert. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme von HWK 3 werden die stein­kohlebefeuerten Anlagenteile des Heizkraftwerkes 1 (HKW 1), dass sich aktuell in der Netzreserve befindet, stillgelegt. Das bestehende Nass-/Trockenkühlsystem von HKW 1 soll weiterhin genutzt werden. Nach dieser Änderung wird das Kühlsystem Überkapazität haben. Dies bietet die Möglichkeit, den Leistungsbedarf der Ventilatoren durch den Einsatz von Drehzahlregelung zu senken. Die ursprünglichen Leistungskurven des Kühlturmherstellers sind für die Simulation zukünftiger Betriebsszenarien von begrenztem Nutzen. Die THERM Development GmbH ist auf die Entwicklung von digitalen Zwillingen für die thermische Leistung von Kühlsystemen spezialisiert. Solche digitalen Zwillinge eignen sich für die Erstellung von Leistungsdaten, die eine große Variation von Betriebsbedingungen präzise abdecken. Der trocken-/nassbetriebene Kühlturm wurde zu diesem Zweck mit der AEON thermischen Simulationsplattform für Kühlsysteme nachgebildet.

Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2023 – Elektrizitätswirtschaft

AG Energiebilanzen

Der Primärenergieverbrauch in Deutschland betrug im Jahr 2023 insgesamt 10.735 PJ oder 366,3 Mio. t SKE; gegenüber dem Vorjahr nahm er damit um 8,1 % ab. Das Niveau des Energieverbrauchs sowie seine Zusammensetzung (Energiemix) wurden im Jahr 2023 weiterhin durch die Folgen des Krieges in der Ukraine bzw. die damit verbundenen spürbar höheren Energiepreise sowie Wachstumsverluste und sektorale Veränderungen innerhalb der deutschen Wirtschaft geprägt. Darüber hinaus wird der Energieverbrauch auch weiterhin durch politische und regulatorische Vorgaben auf nationaler oder europäischer Ebene beeinflusst. 2023 war die Stromwirtschaft geprägt durch eine sich insgesamt abschwächende Konjunktur und eine milde Witterung, vor allem aber durch den Anstieg der Preise für Primärenergien und die Verfügbarkeit von Brennstoffen. Der Stromverbrauch (Bruttoinlandsstromverbrauch) nahm voraussichtlich um 4,2 % auf 525,5 Mrd. kWh ab. Ein noch stärkeres Minus verzeichnete die Stromerzeugung (Bruttostromerzeugung) mit 11,1 %. Der Stromaustauschsaldo Deutschlands drehte sich mit einem Importüberschuss von 11,8 Mrd. kWh erstmals nach vielen Jahren ins Plus, nachdem 2022 noch ein Exportüberschuss von 27,3 Mrd. kWh zu beobachten war.

Review KELI 2024 – „Konferenz Elektro-, Leit- und Informationstechnik in der Energiewirtschaft“

vgbe energy

Die KELI, die im Zweijahresrhythmus durchgeführt wird, hat in diesem Jahr unter dem Motto „Elektro-, Leit- und Informationstechnik für nachhaltige Energieversorgung“ stattgefunden.

Den rund 230 Teilnehmenden aus dem In- und Ausland wurde ein interessantes Vortragsprogramm geboten, das der Programmausschuss des vgbe in enger Zusammenarbeit mit seinen Kooperationspartnern ABB und Siemens energy zusammengestellt hat.

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Editorial

Wess2000

Christopher Weßelmann

Chefredakteur vgbe energy

Erzeugungsflexibilitäten auf dem Weg

Liebe Leserinnen und Leser,

die Energielandschaft befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel, der durch die Notwendigkeit, den Klimawandel zu begrenzen und den Übergang zu einer nachhaltigen Energiezukunft zu schaffen, vorangetrieben wird. Im Mittelpunkt dieses Wandels steht die Umstellung der Energieversorgung von fossilen Brennstoffen auf emissionsfreie oder emissionsarme Energiequellen. Die Volatilität erneuerbarer Energiequellen stellt dabei eine große Herausforderung für die Gewährleistung einer stabilen und zuverlässigen Elektrizitätsversorgung dar. Eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung dieser Herausforderungen und der Unterstützung der Energiewende wird die Verfügbarkeit von disponibler Stromerzeugung spielen.

Erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne sind von Natur aus unstetig. Mit zunehmender Marktdurchdringung volatiler Erzeugungseinheiten wird die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen Angebot und Nachfrage immer komplexer. An diesem Punkt wird die disponible Erzeugung unverzichtbar. Sie kann die notwendige Flexibilität bieten, um die Residuallast – die Differenz zwischen der Gesamtnachfrage und dem Beitrag der erneuerbaren Energien – zu decken und so die Stabilität und Sicherheit des Netzes zu gewährleisten.

Bewährte sowie neue Technologien machen bereits Fortschritte in diese Richtung. Die Wasserkraft, einschließlich der Pumpspeicher, ist nach wie vor eine der ausgereiften und weit verbreiteten Formen der erneuerbaren und disponiblen Stromerzeugung. Darüber hinaus eröffnen Fortschritte in der Batteriespeichertechnologie neue Möglichkeiten für die Energiespeicherung und nachfolgende Stromerzeugung. Um jedoch ein kohlenstoffarmes oder -freies Energiesystem der Zukunft zu erreichen, müssen wir über diese Lösungen hinausgehen. Wasserstoff entwickelt sich zu einem zentralen Akteur in der zukünftigen Energielandschaft. Wasserstoff kann durch Elektrolyse hergestellt werden, wobei überschüssige erneuerbare Energie zur Trennung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff verwendet wird. Dieser „grüne Wasserstoff“ kann dann gespeichert und bei Bedarf in Brennstoffzellen oder Verbrennungsmotoren zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Die Vielseitigkeit von Wasserstoff geht über die Stromerzeugung hinaus: Er kann auch im Verkehr, zum Heizen und in industriellen Prozessen eingesetzt werden und spielt damit eine entscheidende Rolle in einer umfassenden Dekarbonisierungsstrategie.

Für den langfristigen Erfolg der Energiewende ist die Entwicklung einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft unerlässlich. Dazu gehört nicht nur der Ausbau der Produktion von grünem Wasserstoff, sondern auch die Schaffung der notwendigen Infrastruktur für seine Speicherung, seinen Transport und seine Nutzung. Weltweit haben Regierungen und Industrie dieses Potenzial erkannt und investieren massiv in die Wasserstoffforschung, in Pilotprojekte und in politische Rahmenbedingungen, um die Einführung von Wasserstoff zu fördern. Die Wasserstoffstrategie der Europäischen Union zielt beispielsweise darauf ab, bis 2030 mindestens 40 Gigawatt an erneuerbaren Wasserstoff-Elektrolyseuren zu installieren, was das Ausmaß der Ambitionen verdeutlicht, die erforderlich sind, um Wasserstoff zu einem Eckpfeiler unseres zukünftigen Energiesystems zu machen.

Trotz der vielversprechenden Möglichkeiten, die Wasserstoff und andere neue Technologien bieten, verbleiben zahlreiche weitere Herausforderungenn. Die Integration eines hohen Anteils intermittierender erneuerbarer Energieerzeugung erfordert ein ausgeklügeltes Netzmanagement und Marktmechanismen, um sicherzustellen, dass das Angebot jederzeit der Nachfrage entspricht. Digitalisierung und intelligente Netztechnologien werden dabei eine entscheidende Rolle spielen, da sie die Überwachung und Steuerung der Energieflüsse in Echtzeit, die Reaktion auf die Nachfrage und dezentrale Energiequellen ermöglichen. Darüber hinaus können internationale Zusammenarbeit und vernetzte Energiemärkte dazu beitragen, Angebot und Nachfrage in verschiedenen Regionen auszugleichen und die Widerstandsfähigkeit des Netzes zu erhöhen.

Der Übergang zu einem von erneuerbaren Energien dominierten Energiesystem erfordert auch erhebliche Investitionen in Infrastruktur und Technologie. Politische Entscheidungsträger müssen ein günstiges regulatorisches Umfeld schaffen, das Anreize für Investitionen in erneuerbare Energien, Speicherlösungen und Netzmodernisierung bietet. Kohlenstoffpreise, Subventionen für saubere Energieprojekte sowie Forschungs- und Entwicklungszuschüsse gehören zu den Instrumenten, die diesen Wandel vorantreiben können. Gleichzeitig müssen die sozialen und wirtschaftlichen Auswirkungen der Energiewende sorgfältig gemanagt werden, um sicherzustellen, dass sie gerecht und integrativ ist und Chancen und Vorteile für alle bietet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verfügbarkeit von Strom ein Schlüsselelement auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energiezukunft ist. Auf dem Weg zu einem Energiesystem, das von volatilen erneuerbaren Energiequellen dominiert wird, ist die Fähigkeit, die Residuallast flexibel zu decken und die Versorgungssicherheit ohne Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu gewährleisten, von größter Bedeutung. Fortschritte bei der Wasserkraft, der Batteriespeicherung und der aufkommenden Wasserstoffwirtschaft ebnen den Weg für ein sauberes, zuverlässiges und belastbares Energiesystem. Die Verwirklichung dieser Vision erfordert jedoch konzertierte Anstrengungen auf technologischer, regulatorischer und gesellschaftlicher Ebene. Wenn wir diese Herausforderungen und Chancen annehmen, können wir die Energiewende schaffen und die Grundlage für eine nachhaltige und sichere Energiezukunft legen.