Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk
GuD-Kraftwerke, ausgeschrieben Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke, dienen der Stromerzeugung, wobei Gasturbinen- und Dampfturbinenprozess miteinander kombiniert werden. Die Bezeichnung GuD-Kraftwerk ist in Deutschland üblich. In der Schweiz und in Österreich wird dieser Kraftwerkstyp eher als Kombikraftwerk bezeichnet. Im englischen Sprachraum spricht man von "Combined Cycle Power Plant (CCPP)".
Wirkungsweise
Im GuD-Kraftwerk wird im Normalfall mit ein oder zwei Gasturbinen und einer Dampfturbine Elektrizität erzeugt, wobei jede Turbine jeweils einen Generator antreibt. Die heißen Abgase der Gasturbinen werden in einem Dampfkessel zur Erzeugung von Wasserdampf verwendet. Der Dampf wird anschließend über einen herkömmlichen Dampfturbinenprozess entspannt. Neben der Nutzung der Abgaswärme der Gasturbine kann durch zusätzliche Befeuerung (Zusatzfeuerung) des Dampfkessels die Dampfleistung und damit die elektrische Leistung der Dampfturbine erhöht werden. Für den Betrieb der Gasturbine werden gasförmige oder flüssige Brennstoffe wie Erdgas, Biogas oder Heizöl eingesetzt. Für den Betrieb des Brenners im Dampfkessel können auch andere Brennstoffe eingesetzt werden.
Eine weitere Bauart sind GuD-Kraftwerke, bei denen die Gas- und die Dampfturbine über eine gemeinsame Welle auf den Generator wirken.Bei einer Anlage ohne Nachfeuerung entfallen ca.2/3 der elektrischen Leistung auf die Gasturbine und 1/3 auf den Dampfprozess.
Leistung
Ein Kombikraftwerk hat üblicherweise eine Leistung zwischen 80 und 500 Megawatt pro Einheit Gasturbine/Dampfturbine, wobei eine Kraftwerksanlage aus mehreren Einheiten bestehen kann. Im Vergleich dazu hat ein Block eines Kernkraftwerks eine Leistung zwischen 500 und 1500 Megawatt.
Aus der Kombination beider Turbinenarten ergeben sich sehr hohe Kraftwerks-Wirkungsgrade. Der Spitzenwert bei der Umwandlung in Elektrizität liegt zzt. (2004) bei 58,4 Prozent (Elektrizitätswerk Mainz/Wiesbaden, Siemens). Der Gesamtwirkungsgrad einer Anlage kann weiter verbessert werden, wenn die Restwärme nach der Dampfturbine für die Fernwärmeversorgung eingesetzt wird. Derartige Kraftwerkstypen können (sofern die Fernwärme stetig benötigt wird) Gesamtwirkungsgrade von über 90% erreichen. Die Gesamtemissionen sind dadurch insgesamt sehr gering im Vergleich zur erzeugten Energie. Neben dem hohen Wirkungsgrad sind weitere Vorteile eines GuD-Kraftwerks die kurze Bauzeit und die kurze Anlaufzeit des Gasaggregats, weshalb dieser Kraftwerkstyp zum Ausgleich von Lastspitzen verwendet werden kann. Allerdings benötigt ein GuD-Kraftwerk vergleichsweise teure Brennstoffe, weshalb sich neuere Forschungen mit GuD-Kohlekraftwerken beschäftigen.
Der Bau von GuD-Kraftwerken wird in Deutschland steuerlich begünstigt, wenn der Wirkungsgrad der Anlage über 57,5 % liegt. Der Staat verzichtet auf die ihm zustehende Erdgassteuer von 5,50 € je Megawattstunde, wenn dieser Wirkungsgrad überschritten wird und die gesamte Verfügbarkeit des Kraftwerkes über das Jahr mehr als 70 % beträgt. Auch in andern Ländern gibt es ähnliche Vergünstigungen.
GuD-Kohlekraftwerke
Ein Betrieb der Gasturbine mit Kohlenstaub ist zunächst nicht möglich, da bei der Kohleverbrennung Asche entsteht, die die Schaufeln der Gasturbine durch Abrieb schnell zerstören würde. Ein Abscheiden der Asche aus dem heißen Gasstrom ist großtechnisch schwierig und Teil aktueller Forschung. Allerdings bietet sich die Möglichkeit, Steinkohle zunächst in einer Kokerei zumindest teilweise in Kokereigas zu verwandeln und in einem GuD-Kraftwerk zu nutzen. Der verbleibende feste Koks kann in einem konventionellen Dampfkraftwerk in Elektrischen Strom umgewandelt werden.
Eine weitere Form ist 'das Kohle-Kombikraftwerk', das sich als ein kohlebefeuertes Dampfkraftwerk in Kombination mit einer Gasturbine darstellt. Die Gasturbine wird mit Erdgas betrieben und treibt für sich einen Generator an. Die Abgase besitzen beim Verlassen der Gasturbine eine hohe Temperatur und einen hohen Gehalt an Sauerstoff, so dass sie noch als Zuluft für einen mit Steinkohle befeuerten Dampferzeuger dienen können, der seinerseits den Wasserdampf für eine Dampfturbine mit angekoppelten Generator liefert. Das Verfahren arbeitet mit einem hohen Gesamtwirkungsgrad von 41%. Eine ausgeführte Anlage ist das Gersteinwerk bei Werne an der Lippe.
Eine weitere Variante im industriellen Maßstab stellen Kohlekraftwerke dar, die Kohle unter Sauerstoffmangel verbrennen. Die entstehende Wärme - knapp ein Drittel der Gesamtenergie - wird in einem normalen Dampfkraftwerk verstromt, während das entstehende Kohlenmonoxid nach der Beseitigung der Asche in einer Gasturbine verbrannt wird. Der Gesamtwirkungsgrad ist ebenfalls höher als der einfacher Dampfkraftwerke.
Weblinks
- Warum haben Wärmekraftwerke einen relativ niedrigen Wirkungsgrad?
- Was ist von kombinierten Gas- und Dampfturbinen- Kraftwerken (GuD-Anlagen) zu erwarten? Hintergrundinfos und ein Blick in die Zukunft
- GuD-Kraftwerk (UNI München)
- Axpo Stromperspektiven: Kombikraftwerk