Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien werden konventionelle Kraftwerke auf Flexibilität getrimmt

Für die Betreiber von Gas- und Dampfturbinen (GuD)-Kraftwerken in Deutschland, darunter auch das Kraftwerk in Hamm-Uentrop im Nordwesten des Landes, kann eine verspätete Ankunft auf der Party bedeuten, dass es überhaupt keine Party mehr gibt.

Aufgrund der regulatorischen Bevorzugung erneuerbarer Energien und ihres gelegentlichen Überangebots kann es passieren, dass das Kraftwerk seine Chance auf eine Marktteilnahme verliert, wenn es bei der Markteröffnung nicht das erste ist. Dies ist für Trianel ein Anreiz, schneller mit seiner Anlage in Betrieb gehen zu können und der Erste zu sein, damit das Unternehmen länger am Markt teilnehmen und Einnahmen erzielen kann. Dies ist auch der Hauptgrund dafür, dass Trianel derzeit eine Reihe von mehrjährigen Modernisierungsmaßnahmen durchführt, die das Kraftwerk flexibler machen.

Als die Anlage 2007 in Betrieb ging, so Trianel-Geschäftsführer Martin Buschmeier, lief sie morgens an, wurde abends meist heruntergefahren und lief nur gelegentlich über Nacht. „Aber das hat sich geändert“, sagt Buschmeier. „Jetzt müssen wir schnell in den Markt einsteigen, schnell wieder aussteigen und vermeiden, dass wir zu Zeiten arbeiten, die geringe oder gar negative Einnahmen bedeuten. Das Wichtigste ist die Flexibilität, und die haben wir jetzt durch schnelles Abschalten und Heißstart im Handumdrehen.“

Die Trianel Gaskraftwerk Hamm GmbH & Co. KG befindet sich im Besitz eines kommunalen Netzwerks von 27 Gesellschaftern. Es betreibt zwei schlüsselfertige GuD-Kraftwerke in Einwellenkonfigurationen von Siemens Energy mit je einer SGT5-4000F-Gasturbine, einer SST5-3000-Dampfturbine und einem SGen5-2000H-Generatore. Das Kraftwerk, das für 8.000 Betriebsstunden pro Jahr ausgelegt ist, leistete 2013 aufgrund veränderter Marktbedingungen nur etwa die Hälfte der Volllaststunden, zu denen es in der Lage war. Seine Fähigkeit, Netzstabilisierungsdienste wie sekundäre Frequenzreaktion und Minutenreserve (tertiäre Frequenzreaktion) bereitzustellen, war für die Aufrechterhaltung des Betriebs des Kraftwerks entscheidend.

Seitdem ist der Markt für Trianel nur noch härter geworden. Trianel ist mit geringen Gewinnspannen, häufigem Teillastbetrieb, der einen geringeren Wirkungsgrad und höhere Emissionen bedeutet, und schwankenden Preisen an der Strombörse konfrontiert. Außerdem muss Trianel mit mehr Änderungen im Betriebsplan, erzwungenem Nachtbetrieb und einer hohen Anzahl kurzfristiger Laständerungsanfragen zurechtkommen.

Bereits 2011 hatte Trianel um Hilfe gebeten, um die Betriebsflexibilität der Anlage zu erhöhen, und Siemens (als Muttergesellschaft des im September 2020 gegründeten Spin-offs Siemens Energy) begann, seine Entwicklungsaktivitäten zu beschleunigen, um den Lastgradienten der Gasturbine von 13 Megawatt pro Minute auf höhere Werte zu steigern. Aber, so Matthias Nickl, Produktmanager Flex-Power Services bei Siemens Energy: „Das Potenzial zur Verbesserung der Betriebsflexibilität einer GuD-Anlage hängt sehr stark von integrierten Lösungen ab, die alle Komponenten der Anlage berücksichtigen, insbesondere die Wechselwirkung der Gasturbine mit dem nachgeschalteten Dampfkreislauf. Wenn wir das richtig machen, können die Betreiber auch weiterhin Geld verdienen.“

Als frühzeitiger Anwender neuer Technologien, unter anderem aufgrund seiner schnellen Entscheidungsfindung, begann Trianel 2018 mit der Modernisierung der Anlage in Hamm-Uentrop. Es begann mit der Implementierung von Hot Start on the Fly, einer softwarebasierten Aufrüstung, die das parallele Anfahren der Gasturbine und der Dampfturbine ermöglicht und die Startzeiten um bis zu 20 Minuten verkürzt. Im Jahr 2021 halbierte Trianel die Warmstart- und Abschaltzeiten der Anlage durch Warm Start on the Fly und Fast Plant Shut Down, zwei weitere logikbasierte Upgrades.

Als nächsten Schritt plant Trianel ein Hardware-Upgrade im Rahmen des Advanced Turbine Efficiency Package (ATEP), das nicht nur die Leistung der Anlage verbessern, sondern auch zu geringeren Emissionen führen wird. Im Rahmen des ATEP werden neue Konstruktionen für Heißgaspfadteile mit neuer Turbinentechnologie für eine höhere Betriebseffizienz sorgen und damit die Kohlenstoffemissionen erheblich reduzieren. „Unsere Erfahrung zeigt, dass dies ein guter Weg ist, um die Gesamtleistung einer Anlage zu steigern“, sagt Buschmeier rückblickend auf die Entscheidung, eine Reihe von Modernisierungen durchzuführen. „Wir haben die richtige Balance zwischen dem Verschleiß der Anlage und der betrieblichen Flexibilität gefunden.“

Die Modernisierungsmaßnahmen von Trianel werden im Rahmen des langfristigen Servicevertrags (LTSA) zwischen Trianel und Siemens Energy durchgeführt. Der Vertrag bietet Trianel einen maßgeschneiderten Service, der darauf ausgelegt ist, technische und betriebliche Risiken zu mindern und die Erträge des Kraftwerks zu sichern. Für Kraftwerksleiter Thomas Kleinwächter bietet der Vertrag ein zusätzliches Maß an Sicherheit. „Wir können nicht jedes Detail des Tagesgeschäfts aufschreiben“, erklärt er. „Durch den Vertrag haben wir ein hohes Maß an Vertrauen, dass auch unvorhergesehene Details mit Sorgfalt behandelt werden.“

Der LTSA wurde auf die spezifischen Anforderungen und das Budget von Trianel zugeschnitten und hilft dem Betreiber, angesichts sich ändernder Marktbedingungen flexibel zu bleiben. Das liegt unter anderem daran, dass der Vertrag einen bevorzugten Zugang zu Ersatzteilen und Experten von Siemens Energy bietet.

Die LTSA fördert auch die Innovation, sagt Martin Bucher, Langzeit-Projektleiter bei Siemens Energy. „Da wir schon so lange eng zusammenarbeiten, haben wir einen ständigen Dialog über Verbesserungen, wobei einige Gespräche von Trianel und einige von Siemens Energy initiiert werden. Wir sind beide bestrebt, neue Verbesserungspotentiale zu identifizieren.“

Deutschland befindet sich in der Mitte seiner Energiewende. Der Ausstieg aus der Kernenergie ist fast abgeschlossen, und der Ausstieg aus der Kohle hat begonnen. Mitte 2020 folgte die Verabschiedung einer nationalen Strategie für sauberen Wasserstoff, die die deutsche Industrie dabei unterstützen soll, eine führende Rolle bei der Entwicklung und dem Export von Wasserstofftechnologien zu spielen.

Betreiber von Gaskraftwerken, darunter auch Trianel, überlegen nun, wie sie synthetische Brennstoffe aus sauberem Wasserstoff in den Brennstoffmix einbringen können. Buschmeier sagt, das Unternehmen erwäge, die Anlage mit 10 bis 20 Prozent Wasserstoff im Zufeuerungsmix zu betreiben. „Wasserstoff wird die nächste große Herausforderung sein“, sagt er. „Und es ist eine, die die Marktbedingungen für gasbefeuerte Anlagen verändern kann“.

Kleinwächter fügt hinzu: „In Kürze werden wir diese Erdgasanlage in eine Anlage umwandeln müssen, die sowohl mit Erdgas als auch mit Wasserstoff betrieben wird. Siemens Energy wird ein wichtiger Partner sein, der uns bei der Umrüstung auf Wasserstoff-Co-Firing unterstützt.“

Februar 2022

Rhea Wessel ist eine preisgekrönte, unabhängige Journalistin mit Sitz in Frankfurt am Main, Deutschland. Ihre Arbeiten sind in der Time, dem Wall Street Journal und der New York Times erschienen.

Kombinierter Bild- und Videonachweis: Frank Peterschröder