28. Juni 2021
7 Min.

Städtische Dekarbonisierung: Wie Berlin die Trendwende schafft

Hubertus Breuer

Berlins neue Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage bringt die Stadt dank hoher Kraftstoffeffizienz, der Fähigkeit, schnell zwischen Voll- und Teillast umzuschalten und einer möglichen Nutzung von Wasserstoff einen großen Schritt näher an eine dekarbonisierte Zukunft.

Berlin ist nicht nur eine hippe, sondern auch eine ehrgeizige Stadt. Bis 2050 will sie CO2-frei sein. Ein wichtiger Schritt um dieses Ziel zu erreichen war die Aushandlung einer ehrgeizigen Vereinbarung mit ihrem wichtigsten Stromversorger, Vattenfall. Das Unternehmen ist eines der führenden europäischen Energieunternehmen im Besitz der schwedischen Regierung. Es verpflichtete sich, seine CO2-Emissionen in der deutschen Hauptstadt bis 2020 im Vergleich zu 1990 zu halbieren. Und das hat es geschafft: Dank der Schließung eines Braunkohlekraftwerks mit Kraft-Wärme-Kopplung, der Modernisierung anderer Kraftwerke und der Erhöhung des Anteils kohlenstoffarmer Energieträger wie Erdgas und Biomasse wurde das Ziel nicht nur erreicht, sondern übertroffen. Vattenfall reduzierte seine CO2-Emissionen von 13,4 Millionen Tonnen auf weniger als 6 Millionen Tonnen.

Gemeinsam mit Berlin haben wir zunächst eine Machbarkeitsstudie in Auftrag gegeben, die zu dem Ergebnis kam, dass der Ausstieg aus der Kohle bis 2030 möglich ist.

Tanja Wielgoß

Vorstandsvorsitzende der Vattenfall Wärme Berlin AG

Wenn eine Stadt kohlenstoffneutral werden will, reicht das natürlich nicht aus. Ein wichtiger Schwerpunkt für Berlin ist heute der Ausstieg aus der Kohleverstromung. Um dies zu erreichen, haben sich Berlin und Vattenfall erneut zusammengetan. „Gemeinsam haben wir zunächst eine Machbarkeitsstudie in Auftrag gegeben, die zu dem Ergebnis kam, dass der Kohleausstieg für Berlin bis 2030 machbar ist“, sagt Tanja Wielgoß, Vorstandsvorsitzende der Vattenfall Wärme Berlin AG. „Wir haben auch gesehen, dass Vattenfall seinen jährlichen Fußabdruck bis 2030 um weitere zwei Millionen Tonnen CO2 reduzieren kann. Um dies zu erreichen, ist der Bau einer neuen, hocheffizienten KWK-Anlage in Berlin-Marzahn der Schlüssel, unterstützt durch finanzielle Anreize der Bundesregierung. Und für dieses Projekt haben wir Siemens Energy als Generalunternehmer ausgewählt.“

Heute ist das gasbefeuerte Heizkraftwerk in Marzahn das wohl modernste in Europa. Es wurde im Frühjahr 2020 in Betrieb genommen und zeigt einen Weg auf, wie Städte den Übergang von fossilen Brennstoffen in eine dekarbonisierte Zukunft schaffen können. Die Anlage produziert Strom für bis zu rund eine Million Menschen mit Hilfe einer bewährten und zuverlässigen Gasturbine mit niedrigen Kapitalkosten und langfristigen Vorteilen bei Wartung und Instandhaltung. Die Abwärme der Turbine wird in einen Abhitzedampferzeuger geleitet. Das dort verdampfende Wasser wird dann einer Dampfturbine zugeführt, die wiederum zusätzlichen Strom erzeugt. Insgesamt ergibt sich daraus eine maximale elektrische Leistung der Anlage von rund 273 Megawatt (MW).

Aber es ist nicht so sehr die Strommenge, die hervorsticht, obwohl sie hervorragend ist. Es ist die Flexibilität der Anlage. Sie kann Schwankungen in der Leistung von Wind- und Solarstrom innerhalb von Minuten ausgleichen und so dazu beitragen, erneuerbare Energien grundlastfähig zu machen. Dies geschieht durch eine hohe Flexibilität mit kurzen An- und Abfahrzeiten und der Fähigkeit, schnell zwischen Voll- und geringer Teillast zu wechseln. Die elektrische Leistung kann innerhalb einer Minute um mindestens 8 MW erhöht werden, ähnlich wie bei einem Turbomotor in einem Auto. Und wenn sich die Gelegenheit ergibt, kann Vattenfall so auch von attraktiven Strommarktpreisen profitieren.

Wo die Stromerzeugung endet, beginnt die Kraft-Wärme-Kopplung; ein Teil des Dampfes aus der Dampfturbine wird zur Erwärmung von Wasser für das Fernwärmenetz genutzt. Das Kraftwerk Marzahn erzeugt mit einer thermischen Leistung von rund 232 MW Fernwärme für etwa 150.000 Haushalte im Osten Berlins. Übrigens nur für den Ostteil der Stadt, denn unterirdisch ist die Stadt auch lange nach dem Fall der Mauer noch geteilt: Das ehemalige Ost-Berlin nutzt ein Zwei-Rohr-System für die Fernwärme, das ehemalige West-Berlin ein Drei-Rohr-System.

Das Ergebnis der Kraft-Wärme-Kopplung ist beeindruckend: Die Anlage erreicht einen maximalen Brennstoffnutzungsgrad von 92 Prozent, viel besser als es eine getrennte Erzeugung von Wärme und Strom je könnte. Sie reduziert zudem die CO2-Emissionen in Berlin weiter und weist Marzahn heute als eine der flexibelsten KWK-Anlagen weltweit aus.

Verschiedene Vorgaben von Vattenfall und der Standort der Anlage prägten den Entwurf von Siemens Energy in wichtigen Punkten. Die offensichtlichste Vorgabe war, dass Marzahn nicht nur ein gasbefeuertes Heizkraftwerk sein sollte, sondern ein hochflexibles Kraftwerk mit geringen CO2-Emissionen. Das Kraftwerk kann sowohl wärmegesteuert als auch stromgesteuert betrieben werden, was den Betrieb der Anlage sehr flexibel macht. So ist es zum Beispiel im Sommer wichtig, das Kraftwerk bei geringer Teillast betreiben zu können, ohne die Produktion zu stoppen. Schließlich wird an warmen Tagen auch Wärme benötigt – die meisten Menschen wollen an jedem Tag des Jahres warm duschen.

Das Versprechen von Siemens Energy: 100%ige Wasserstoff-Fähigkeit für alle Gasturbinen-Familien vor 2030.

Schließlich war da noch die Baustelle selbst: Sie liegt, wie die meisten KWK-Anlagen, in einem städtischen Umfeld, in der Nähe der Fernwärmeabnehmer – so wie die KWK-Anlagen der Industrie in der Regel in der Nähe der Produktionsstätten stehen. „In Marzahn bedeutete das, die Anlage auf dem eher kleinen Gelände einer ehemaligen Müllverbrennungsanlage zu errichten“, sagt Joachim Metzner, Gesamtprojektleiter von Siemens Energy für die Anlage in Marzahn. „Aber wir haben es geschafft. Und als wir die Anlage im Mai 2020 an Vattenfall übergaben, hatte sie bereits die Leistungstests und den Probebetrieb erfolgreich bestanden und funktionierte besser, als wir garantiert hatten.“

Aber der Anfang ist noch nicht das Ende. Die Anlage ist für eine Betriebsdauer von mindestens 40 Jahren ausgelegt. In dieser Zeit soll die Anlage umgebaut werden. Wenn die Brenner entsprechend umgebaut werden, kann die Gasturbine mit bis zu 40 Volumenprozent Wasserstoff befeuert werden. Entsprechende Tests wurden bereits im Clean Energy Center von Siemens Energy in Ludwigsfelde durchgeführt. Auch Vattenfall arbeitet daran, weitere Erfahrungen im Betrieb seiner KWK-Anlagen mit Wasserstoff-Erdgas-Gemischen zu sammeln. „Wir befinden uns derzeit in der Findungsphase“, sagt Wielgoß. „Alle forschen an Wasserstoff, aber auch Biogase oder synthetische Gase sind für uns von Interesse. So oder so, ich bin mir sicher, dass wir Lösungen haben werden, mit denen wir unsere ehrgeizigen Emissionsziele erreichen können – so wie wir es bisher getan haben.“

28. Juni 2021

Hubertus Breuer ist ein unabhängiger Journalist, der sich auf Technologieberichterstattung spezialisiert hat. Er lebt und arbeitet in München.

Kombinierte Bild- und Videonachweise: Siemens Energy, Getty Images

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