30. November 2022
12 Min.

Irlands großer Netzstabilisator

Blas Ulibarri

Irland plant, die Kohleverstromung zugunsten erneuerbarer Energien zu beenden. Eine neue Vision für ein Kohlekraftwerk verspricht Stabilität für das Netz zu bringen. Der erste Schritt? Ein Phasenschieber mit dem größten Schwungrad der Welt.

Irland befindet sich in einer ähnlichen Situation wie andere Länder, die derzeit versuchen, fortschrittliche Klimaziele zu erreichen und aus der Kohle auszusteigen, gleichzeitig aber kostengünstige Energie bereitzustellen und ihre Abhängigkeit von anderen Ländern zu begrenzen.

Dies hat der Weltenergierat 2015 als „Energie-Trilemma“ bezeichnet: Wie können wir Sicherheit, Erschwinglichkeit und Nachhaltigkeit in unseren Energiesystemen in Einklang bringen? Glücklicherweise verfügt Irland direkt vor seiner Küste über enorme Mengen an erneuerbarer Energie – Wind, und zwar mehr als genug, um das Land zu versorgen.

Aber es gibt einen Haken.

„Stellen Sie sich Ihr Stromnetz wie eine Autobahn vor“, sagt Katie Wall. „Mit konventionellen Erzeugungsformen werden Sie nicht von der Autobahn fallen. Aber wenn Sie diese Formen zugunsten der erneuerbaren Energien aufgeben, ist Ihr Netz plötzlich ein Drahtseilakt. Irgendwann werden Sie das Gleichgewicht verlieren, oder? Und dann brauchen Sie ein Sicherheitsnetz.“

Der Phasenschieber in Moneypoint sieht vielleicht unscheinbar aus, aber im Inneren des Gehäuses befindet sich ein Stück fortschrittlicher Technologie, das genug Masse und Trägheit bietet, um die Netzstabilität einer riesigen Turbine zu erreichen – mit nur einem Bruchteil der Kohlenstoffemissionen.

Kohlekraftwerk soll zu einer wichtigen Basis für erneuerbare Energien werden

Ich stehe mit Wall auf einer grasbewachsenen Anhöhe vor dem Kraftwerk Moneypoint, das von Irlands wichtigstem Energieversorger, dem Electricity Supply Board (ESB), an der irischen Mittelwestküste betrieben wird. Über uns dreht sich schwerfällig der riesige Flügel einer Windkraftanlage, und der Fluss Shannon ist kaum einen Steinwurf entfernt.

Wall ist der leitende Ingenieur von ESB für den ersten Schritt eines visionären, mehrere Jahrzehnte dauernden Projekts namens „Green Atlantic @ Moneypoint“, das den Standort radikal in das erste Zentrum für grüne Energieerzeugung des Landes verwandeln wird.

Moneypoint wird zum Zentrum für den Bau und die Montage von schwimmenden Windturbinen, beginnend mit schwimmenden Offshore-Windparks mit einer Leistung von 1.500 Megawatt (genug, um 1,6 Millionen Haushalte mit Strom zu versorgen), und es wird in einen Standort umgewandelt, der in der Lage ist, kohlenstofffreien grünen Wasserstoff zu produzieren, zu speichern und zur Stromerzeugung zu nutzen.

Die Integration von Neuem und Altem: Der neue Phasenschieber, der in einem weißen Gebäude untergebracht ist (unten rechts), hat einen gemeinsamen Netzanschluss mit einem der Blöcke des Kraftwerks Moneypoint (oben Mitte).

„Wir sahen eine klare Chance, Moneypoint von einem Eckpfeiler des Elektrizitätssystems als Kohlekraftwerk zu einem Eckpfeiler einer Zukunft mit erneuerbaren Energien sowohl für ESB als auch für Irland zu machen“, sagte Jim Dollard, ESBs Executive Director für Erzeugung und Handel, während eines Videoanrufs von seinem Büro in Dublin aus. „Wir haben sehr offen gesagt, dass wir aus der Kohleverstromung aussteigen, aber wir wollten, dass dieser Standort einer neuen Nutzung gewidmet wird. Es ist ein fantastischer Standort. Es ist ein großer Standort. Er verfügt über einen Tiefseehafen und eine umfangreiche elektrische Infrastruktur. Er ist ideal geeignet. Wir sehen also eine Zukunft für Moneypoint. Es ist nur eine andere Zukunft. Und das war die Grundlage für die Entscheidung, die wir letztes Jahr getroffen haben, um den Standort in ein Zentrum für grüne Energie umzuwandeln.

Der entscheidende erste Schritt ist jedoch die Installation eines Phasenschiebers, damit der Kraftwerkstandart auch nach der endgültigen Abschaltung der Dampfturbinen die erforderliche Netzstabilität gewährleisten kann. Er ist das Sicherheitsnetz in Walls Drahtseilanalogie und liefert die gleiche Art von rotierender Masse, Trägheit und Kurzschlussleistung wie ein Kohle- oder Gaskraftwerk und nimmt zudem Blindleistung zur Spannungsregulierung auf.

Durch die Kombination mit dem weltweit größten Schwungrad (hier zu sehen) verfügt der Phasenschieber über eine deutlich höhere Trägheitskapazität, so dass mehr erneuerbare Energien an das irische Netz angeschlossen werden können.

Ein stabiles Netz im Zeitalter der erneuerbaren Energien

„Windturbinen sind nicht wie Dampf- oder Gasturbinen direkt an das Netz angeschlossen“, sagt Nick O'Mahony, Managing Director bei Siemens Energy Ireland. „Das bedeutet, dass es schwieriger ist, die Netzfrequenz innerhalb ihrer normalen Schwankungsbreite zu halten. Vereinfacht ausgedrückt, wirkt sich eine fehlende Trägheit des Netzes auf die Netzfrequenz aus. Wenn die Frequenz außer Kontrolle gerät, muss ein Teil des Netzes heruntergefahren werden, was wiederum das übrige Netz stark belastet und zu Stromausfällen führen kann. Derzeit erhält das irische Netz seine Trägheit von konventionellen Kraftwerken. Der Phasenschieber bietet eine kohlenstoffarme Alternative, die dem irischen Netz in Zeiten mit hohem Anteil an erneuerbaren Energien ungemein zugutekommen wird.“

Der in Moneypoint bereits installierte und in der Endphase der Inbetriebnahme befindliche Phasenschieber verfügt über das größte Schwungrad der Welt und ist wahrscheinlich der erste von etwa einem halben Dutzend, das Irland benötigt, um seine Klimaziele zu erreichen.

Im Februar 2022 hat Irland einen neuen Rekord bei der Windenergie aufgestellt: 53 Prozent des Stroms im Land werden aus Windkraft gewonnen. Aber das Land hat größere Ziele, sagt O'Mahony, und wird mehr Phasenschieber wie den in Moneypoint benötigen.

„Durch den Einbau des Schwungrads“, so O'Mahony, „haben wir die Trägheitskapazität des Phasenschiebers in Moneypoint erhöht. Je mehr Trägheit auf diese Weise in das Netz eingespeist werden kann, desto mehr erneuerbare Energien können angeschlossen werden. Das wiederum bedeutet weniger CO2 und damit eine geringere Belastung unseres Planeten – und das mit nur einem Bruchteil der Energie, die für den Einsatz einer konventionellen Anlage benötigt wird.“

„Das Schwungrad und der Phasenschieber haben zusammen eine Trägheit von 4.000 Megawatt-Sekunden“, sagt Wall. „Was bedeutet das in der Realität? Ein Schwungrad, das über 130 Tonnen wiegt, und ein Phasenschieber mit einem Rotor, der über 66 Tonnen wiegt – ein riesiges Gewicht, das sich mit 3.000 Umdrehungen pro Minute dreht, als Stabilisator wirkt und es uns ermöglicht, mehr Windenergie ins Netz zu bringen.“

Züge, Lastkähne, ein Schlepper und eine „Matratze“

Die Logistik, die hinter der Lieferung und Installation eines so schweren Geräts wie eines Phasenschiebers und eines Schwungrads steht, ist natürlich komplex. „Der Phasenschieber wurde in Erfurt und das Schwungrad in Mülheim gebaut“, sagt Alan Cronin, Operations Director bei Siemens Energy Ireland. „Das Rotorschmiedestück wurde in Italien hergestellt und zur Endbearbeitung nach Deutschland verschifft. Da es jedoch das zulässige Gewicht für den lokalen Bahntransport überschritt, durfte es nur sonntags transportiert werden, bis es einen Fährhafen in der Schweiz erreichen konnte.“

Das Schwungrad wurde per Binnenschiff von Mülheim und die Kondensatormaschine per Straße und Binnenschiff von Erfurt nach Rotterdam transportiert. „Alles in allem“, so Cronin, „dauerte dies etwa zwei Wochen, und dann wurden sie zusammen per Schiff zu einem Hafen in Foynes, Irland, transportiert, auf ein Plattbodenschiff umgeladen und zum Kraftwerk Moneypoint geschleppt.“

Die Umwandlung dieses Windes in grünen Wasserstoff könnte Irland in die Energieunabhängigkeit führen.

Jim Dollard

Geschäftsführender Direktor für Stromerzeugung, ESB

„Das Entladen an der Anlegestelle hier ist stark von den Gezeiten und dem Wetter abhängig“, sagt Tim Riordan, „das bedeutete, dass wir ein sehr kurzes Zeitfenster hatten, um die ‚Matratze‘ an der Anlegestelle aufzubauen, auf der der Lastkahn ruhen konnte, und um den Entladevorgang durchzuführen.“

Riordan, der auf der anderen Seite des Shannon wohnt, verfügt über jahrelange Erfahrung im Bau von Kraftwerken für Siemens Energy auf der ganzen Welt und ist als Projektleiter vor Ort für die gesamte Lieferung und Installation des Phasenschiebers verantwortlich. „Normalerweise dauert die Inbetriebnahme eines Phasenschiebers etwa fünf Monate“, sagt er, „aber dieses Projekt erforderte eine kürzere Installationszeit. Nur ein Unternehmen mit dem Know-how und der Erfahrung von Siemens Energy konnte dies erfolgreich umsetzen.“

Riordans Amtskollege bei ESB, Projektleiter Mark Scully, stimmt dem zu: „Wir haben uns für Siemens Energy entschieden, weil das Unternehmen nachweislich Lösungen für die Netzstabilität liefert und in der Lage ist, sehr anspruchsvolle Projektzeitpläne einzuhalten.“

Heute Morgen wird am Tiefwasseranleger des Kraftwerks Moneypoint Kohle von einem Schüttgutfrachter entladen – ein idealer Ort, um später schwimmende Offshore-Windparks auszuliefern.

Der Beginn einer Offshore-Wind-Supermacht

Es ist Anfang September. Die Hitzewelle, die in ganz Europa verheerende Schäden angerichtet hat, ist endlich vorbei und die Wolken haben sich verzogen. Wenn der Klimawandel ungebremst weitergeht, sind in Irland weitere Hitzewellen zu erwarten – mehr Hitzewellen, mehr Stürme, Küstenerosion, Überschwemmungen von Flüssen und Küsten, Wasserstress für die Landwirtschaft, steigende Meerestemperaturen.

Nick O'Mahony und ich wandern oberhalb der Klippen entlang Irlands spektakulärer Küstenroute, dem Wild Atlantic Way. Der Wind ist hier so stark, dass die Vögel auf der Stelle fliegen und das lange Gras auf den Klippen flach gekämmt aussieht.

„Hier an der Westküste“, sagt O'Mahony, „haben wir mehr Tage, an denen der Wind weht, als irgendwo sonst in Europa.“

Wie viel Energie ist das genau? Jim Dollard hatte während unseres Gesprächs eine Zahl genannt: „Einige Berichte sprechen von 50 bis 60 Gigawatt vor der Westküste Irlands. Andere sprechen von 120 Gigawatt. Der nationale Spitzenwert in Irland liegt bei 7 Gigawatt. Selbst bei den niedrigsten Windkraftprognosen sind 50 oder 60 Gigawatt also eine gewaltige Menge und bieten Irland die Möglichkeit, sich energetisch unabhängig zu machen.“

„Ohne konventionelle Formen der Stromerzeugung, die für Netzstabilität sorgen, braucht man ein Sicherheitsnetz“, sagt Katie Wall, leitende Ingenieurin beim ESB.

Sobald der Kondensator in Betrieb genommen ist, besteht der zweite Schritt des ESB-Projekts Green Atlantic @ Moneypoint in der Entwicklung eines Onshore-Drehkreuzes für den Bau von Offshore-Windparks mit einer Leistung von 1,5 Gigawatt, die den Wind nutzbar machen können, so dass das heutige Kohlelager des Kraftwerks zu einem Standort wird, an dem das Unternehmen schwimmende Windturbinen montieren und in Betrieb nehmen kann.

Zu diesem Zeitpunkt wird Green Atlantic @ Moneypoint genug Windenergie in das Netz eingespeist haben, um mehr als die Hälfte aller irischen Haushalte mit Strom zu versorgen, aber ESB plant, seine Vision noch einen Schritt weiter zu verfolgen.

Kurz vor der Entladung kommt der Phasenschieber auf einem Flachkahn im Shannon Estuary vor Moneypoint an – allein das Schwungrad wiegt über 130 Tonnen.

Grüner Wasserstoff, Energieunabhängigkeit und Arbeitsplätze

Der letzte Schritt des Projekts, der für das nächste Jahrzehnt geplant ist, ist die Entwicklung einer Elektrolyseuranlage, die Windenergie in kohlenstofffreien grünen Wasserstoff umwandelt. Dieser Wasserstoff kann dann über lange Zeiträume gespeichert, per Lkw, Schiff oder Pipeline transportiert und in wasserstofftauglichen Turbinen zur Stromerzeugung verbrannt werden.

„Die Umwandlung dieses Windes in grünen Wasserstoff könnte Irland in einem vernünftigen Zeitrahmen in die Energieunabhängigkeit führen“, sagt Dollard. „Wir haben bereits drei Standorte entlang der irischen Küste als Gebiete für die Entwicklung von Speicheranlagen für grünen Wasserstoff vor der irischen Küste identifiziert. Irland könnte über umfangreiche Speicherkapazitäten verfügen, die die Versorgungssicherheit gewährleisten und es dem Land sogar ermöglichen, Nettoexporteur von Energie zu werden.“

Irland ist natürlich nicht das einzige Land, das über hohe Windenergiekapazitäten verfügt. China, die USA, Indien, sogar Deutschland und Spanien könnten in den nächsten Jahrzehnten mit einer ähnlichen Kombination aus Phasenschiebern, der Integration erneuerbarer Energien und Elektrolyseuranlagen große Fortschritte machen. In der Zwischenzeit macht das Projekt das Kraftwerk Moneypoint wieder zu einem Eckpfeiler der irischen Stromversorgung.

Grüner Wasserstoff wird an der Shannon-Mündung an Land gebracht: „In zehn Jahren werden wir das Kraftwerk Moneypoint in ein pulsierendes Zentrum für grüne Energie verwandelt haben“, sagt Sean Hegarty, Flexible Technology, Storage and Regeneration Manager bei ESB.

„Dies ist nur die erste von mehreren Investitionen, die wir in der Shannon-Mündung tätigen“, sagt Sean Hegarty, der frühere Werksleiter von Moneypoint und jetzige ESB-Manager für flexible Technologie, Speicherung und Regeneration. Das Programm und die Entwicklung, über die wir hier sprechen, werden während der Bauphase Tausende von Arbeitsplätzen schaffen und zu Hunderten von hochwertigen, dauerhaften ‚grünen‘ Arbeitsplätzen in der Region führen.

Hegarty ist für den Tag aus Ennis angereist. Die Leute rufen ihm zu und schütteln ihm die Hand, wenn er durch den Kraftwerkstandort läuft, obwohl es fast unmöglich ist, die Leute mit ihren Helmen, Schutzbrillen und leuchtend gelben Jacken zu erkennen. Als wir auf dem Weg zum Fluss an dem Phasenschieber vorbeikommen, sagt er: „Können Sie sich vorstellen, dass wir vor ein paar Monaten an dieser Stelle noch den Rasen gemäht haben? Wir haben Moneypoint neu gestaltet, aber es ist eine Fortsetzung des Dienstes, den dieser Ort dem Land seit fast 40 Jahren bietet.“

„Lässt sich diese Entwicklung auch zu Hause anwenden?“

Während wir den Shannon und die Windturbinen am anderen Ufer beobachten, erinnert mich Hegarty daran, dass vor fast 100 Jahren die Entwicklung des Shannon-Wasserkraftwerks in Ardnacrusha (ein Dorf nur eine Autostunde von hier entfernt) zum Katalysator für die soziale, wirtschaftliche und industrielle Entwicklung Irlands wurde.

„Damals war Ardnacrusha das größte Wasserkraftwerk der Welt, das später vom Hoover-Damm abgelöst wurde. Es war eine technische Meisterleistung, die den Rahmen für viele andere ebenso kühne und ehrgeizige Projekte von ESB absteckte. Der junge Ingenieur, der die Idee dazu hatte, ein gewisser Thomas McLaughlin, war der erste Geschäftsführer von ESB – und er hatte die Idee von seiner Arbeit bei Siemens in Berlin!“

Große Hoffnungen einer Gemeinde für die Zukunft: Im nahe gelegenen Kilrush wissen die meisten Menschen, dass sich das Kraftwerk verändern wird und damit auch eine große Chance für die Stadt.

An diesem Abend las ich mehr über McLaughlin, und die Geschichte wurde noch interessanter. Der irische Freistaat wurde 1922 gegründet, nachdem er sich vom Vereinigten Königreich abgespalten und einen dreijährigen Unabhängigkeitskrieg beendet hatte. McLaughlin war damals etwa 26 Jahre alt, ein junger Mann, der selbst in seinen eigenen Worten sagte: „Kein aufrichtiger Student hätte diese ganze Zeit der intensiven nationalen Begeisterung durchleben können, ohne den leidenschaftlichen Wunsch zu verspüren, alles in seiner Macht Stehende zu tun, um beim nationalen Wiederaufbau zu helfen.“

Alle Erfahrungen, die McLaughlin in Deutschland und bei Siemens sammelte, waren darauf ausgerichtet, wie er der Entwicklung seines Landes helfen konnte. „Alles, was ich im Ausland sah, alles, was ich las, brachte mir nur eines in den Sinn: Kann man diese Entwicklung auch bei uns anwenden? Könnten wir das in Irland haben?“

Heute, fast ein ganzes Jahrhundert später, mit der Einführung des Phasenschiebers als erstem Schritt eines größeren Plans, der dem Land saubere Offshore-Windenergie bringen soll, gibt es sicherlich junge Ingenieure auf der ganzen Welt, die Irland als Vorreiter bei der Energiewende sehen werden. Und sie werden sich fragen, wie diese Entwicklung im eigenen Land angewendet werden kann.

November 2022

Blas Ulibarri ist ein unabhängiger Journalist in Zürich, Schweiz.

Kombinierte Bild- und Videonachweise: Jonathan Browning, Johannes Eisele