Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) dienen gemeinsam mit der Gaskraftwerkstechnologie als flexible „Back-Up“-Systeme für die schwankende Erzeugung regenerativer Energiequellen. Ihre Effizienz hängt entscheidend von einem leistungsstarken Wärmespeicher ab. Um die Wirksamkeit moderner KWK zu demonstrieren, erweiterte SWE Energie ein bestehendes Gas- und Dampfturbinenkraftwerk um eine zeitgemäß gedämmte KWK-Anlage.
Mit dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz verfolgt der Gesetzgeber das Ziel, bis 2020 den Anteil der hoch effizienten Stromerzeugung mit Hilfe von KWK-Anlagen auf 25 Prozent der gesamten deutschen Stromerzeugung zu erhöhen. Der Grund: Ein Kraftwerk mit angeschlossener KWK-Anlage, die gleichzeitig elektrischen Strom und Wärme erzeugt, wandelt deutlich mehr Energie in Strom und Wärme, als konventionelle Kraftwerke.
Während in konventionellen Kraftwerken die Kondensationswärme hinter der Turbine, die zusammen mit dem Generator den Strom „erzeugt“, über einen Kühlturm abgeführt wird und ungenutzt verpufft, wird der Dampf bei KWK in der Turbine nur soweit für die Stromgewinnung ausgenutzt, bis die Temperatur immer noch hoch genug ist, um etwa für Heizzwecke genutzt zu werden. Zwar wird dadurch etwas weniger Strom erzeugt, dafür wird jedoch die Wärmeenergie zusätzlich genutzt.
Die jüngst erweiterte Anlage SWE Energie in Erfurt etwa erreicht so einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent – der durchschnittliche Wirkungsgrad konventioneller, nur Strom erzeugender Kraftwerke liegt unter 50 Prozent.
Wärmespeicher „entkoppeln“ Strom- und Wärmeerzeugung
Eine KWK-Anlage wird in der Gesamtbetrachtung immer dann wirtschaftlich betrieben, wenn sie die von ihr erzeugte Wärme effizient speichert. Diese Funktion übernimmt in Erfurt ein neu errichteter, druckloser Wärmespeicher mit einem Durchmesser von 20 Metern und einer Höhe von 24 Metern. Dessen nutzbares (effektives) Speichervolumen beläuft sich auf 7.000 m3. Die Speicherkapazität beträgt 250 MWh, bei einem maximalen Be- und Entladewärmestrom von 25 MW. Die maximale Beladetemperatur beträgt 95° C, wobei für den Betriebsfall der Speicherentladung eine Vorwärmung des Entladestroms auf die Netzvorlauftemperatur möglich ist.
Um die Wirksamkeit von Wärmespeichern sicherzustellen, stellt das KWK-Gesetz hohe Anforderungen an den maximal zulässigen Wärmeverlust: Maximal 15 W/m2 dürfen über die Speicherhülle verloren gehen. Zur Einhaltung dieses niedrigen Grenzwertes werden Dämmstoffe mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit und hohe Dämmdicken benötigt. Für die Isolierung des Erfurter Wärmespeichers verwendete das für die Isolierung zuständige Unternehmen Intering deshalb nichtbrennbare (A1) „ProRox SL 930“ Dämmplatten von Rockwool Technical Insulation (RTI) zum Einsatz, die insbesondere im Temperaturbereich um 90° C hervorragende thermische Eigenschaften aufweisen.
Die Dämmplatten sind flexibel und können sich den Rundungen des Speichers anpassen. Gleichzeitig verfügen sie über genau die Festigkeit, die erforderlich ist, um die Platten mit Spannbändern an Behältern mit großen Durchmessern zu befestigen. Insgesamt drei Dämmlagen sind in Erfurt montiert worden und verfügen über eine Dämmdicke von 400 mm. Die Platten werden von RTI in ausreichend dicken Dämmstärken angeboten, so dass die Anzahl der Dämmlagen vergleichsweise gering ist und der Montageaufwand sink.
Parallel zum neuen Wärmespeicher investierte SWE Energie in eine neue Gasturbine. Durch das gesamte Erweiterungsprojekt können nun mehr als 65 Prozent des Strom- und 100 Prozent des Fernwärmebedarfs in Erfurt vor Ort erzeugt werden. Durch die Modernisierung der Anlage, verbunden mit der Errichtung des Fernwärmespeichers, kann das Unternehmen nun 600 GWh Strom erzeugen. Das sind 150 GWh mehr als bisher. Zudem ist man in der Lage, die Stromerzeugung auch vom Wärmebedarf der Fernwärmekunden entkoppeln. Die Gasturbinen können innerhalb von 30 Minuten hoch- und runtergefahren werden.
