16. Oktober 2022
6 Min.

Was die Welt von Österreichs ersten Wasserstoff-Feldversuchen lernen kann

Florian Bayer

Eines der größten Wärmekraftwerke Österreichs, das derzeit mit Erdgas befeuert wird, wird auf den Betrieb mit gemischtem Wasserstoff umgestellt. Die Erfahrungen aus dieser Umstellung werden vielen anderen Kraftwerken in der ganzen Welt zugutekommen.

Direkt an der majestätischen blauen Donau und angrenzend an den grünen Nationalpark Lobau liegt das Heizkraftwerk Donaustadt an einer der Haupteinfahrten nach Wien. Mit einer elektrischen Leistung von 395 Megawatt und einer thermischen Leistung von 350 Megawatt versorgt das 2001 eröffnete Kraftwerk den Großraum Wien mit Strom und Wärme.

Der nächste Durchbruch geschieht bereits jetzt: Im Jahr 2023 wird das Kraftwerk in einem Versuch zum ersten Mal nicht nur mit Erdgas, sondern auch mit beigemischtem Wasserstoff, einem viel saubereren Energieträger, betrieben. Siemens Energy hat die für diese Umstellung erforderlichen Hardware-Änderungen und Anpassungen bereits weitgehend abgeschlossen. In weniger als einem Jahr werden die ersten Wasserstoff-Feldversuche in der Anlage in Donaustadt durchgeführt. Es handelt sich um eine der ersten derartigen Umrüstungen einer großen Hochleistungsgasturbine im kommerziellen Betrieb. Die hier gewonnenen Erkenntnisse werden in den kommenden Jahren bei weiteren derartigen Anpassungen hilfreich sein.

Mit einer Gasturbine von Siemens Energy wird im Kraftwerk Donaustadt die Verbrennung eines Gemischs aus Erdgas und 15 Vol% Wasserstoff erprobt, wodurch im Routinebetrieb jährlich 33.000 Tonnen CO2-Emissionen vermieden werden könnten. Der Anteil von Wasserstoff soll später auf bis zu 30 Prozent erhöht werden.

Wasserstofftaugliche Turbine

Bei einer 15-prozentigen Nutzung von Wasserstoff könnten 33.000 Tonnen CO2 Emissionen pro Jahr vermieden werden. „Wir freuen uns, dass wir eine so große Modernisierung durchführen können“, sagt Alexander Kirchner, Bereichsleiter „Anlagenbetrieb“ bei Wien Energie. „Es ist ein großer Schritt in Richtung Klimaneutralität der österreichischen Strom- und Wärmeerzeugung.“

Bei diesem Großprojekt, an dem Dutzende von Experten und Ingenieuren beteiligt sind und für das ein Budget von 10 Mio. Euro zur Verfügung steht, arbeiten Siemens Energy und der Anlagenbetreiber Wien Energie eng mit ihren Partnern, der deutschen RheinEnergie und der österreichischen VERBUND Thermal Power, zusammen. Durch das Anfahren und Testen der modernisierten Anlage werden die Ingenieure und Fachleute wertvolle praktische Erkenntnisse über die Implementierung und den Betrieb einer großen Gasturbine mit Wasserstoffbeimischung gewinnen. Mit dem Einstieg in die Wasserstoffverbrennung leistet das Kraftwerk Donaustadt Pionierarbeit für einen Wandel, den viele Anlagen in den kommenden Jahren durchlaufen werden.

Eine größere Umstellung auf Kohlenstoffneutralität

Diese Veränderung ist Teil eines größeren Wandels, der durch die Verpflichtung der EU ausgelöst wird, spätestens bis zum Jahr 2050 völlig kohlenstofffrei zu werden. Auch in Österreich, wo bereits heute mehr als 75 Prozent des Stroms durch Wasser-, Wind-, Photovoltaik- und Biomasseanlagen erzeugt werden, ist eine Absicherung der Wärme- und Stromnetze notwendig. Da erneuerbare Energieträger zwangsläufig Schwankungen in der Versorgung mit sich bringen, werden auch in Zukunft Gas- und Dampfturbinen (GuD)-Kraftwerke als Reserve benötigt.

Die Verbrennung von Erdgas hat jedoch einen erheblichen CO2 Fußabdruck. Um Kohlenstoffneutralität zu erreichen, muss die Verbrennung von Erdgas, Kohle und Öl unbedingt eingestellt werden. Wasserstoff hingegen stößt bei der Verbrennung keinerlei CO2 Emissionen aus.

Alexander Kirchner im Gespräch mit dem Journalisten über Wiens Weg zur Dekarbonisierung im Wärme- und Stromsektor.

Grüner Wasserstoff ermöglicht Power-to-X-Betrieb

Die nachhaltigste Option ist grüner Wasserstoff, der z. B. mit überschüssiger erneuerbarer Energie („Power-to-X“) wie Wind- und Solarkollektoren erzeugt werden kann, so dass der Kohlenstoff-Fußabdruck der Wasserstoffnutzung auf nahezu Null sinkt. Da Wasserstoff in den politischen Fahrplänen und gesetzlichen Rahmenbedingungen eine immer größere Rolle spielt, werden immer mehr fossil betriebene Wärmekraftwerke von der Verbrennung von Gas auf die Verbrennung von grünem Wasserstoff umsteigen wollen – vor allem, weil Wasserstoff mit zunehmender Verfügbarkeit auch finanziell attraktiver werden wird.

Siemens Energy verfügt natürlich über jahrzehntelange Erfahrung in der Wartung und Modernisierung von Gasturbinen. Und auf dem Gebiet des Wasserstoffs wurde enorm viel geforscht. Dennoch ist die Modernisierung einer so großen Gasturbine wie in Donaustadt selbst für die erfahrenen Ingenieure von Siemens Energy eine Premiere.

Realitätsnahe Wasserstoffversuche

Aleš Mrvar, der in Wien ansässige Projektleiter von Siemens Energy, erwartet keinerlei Probleme, aber wichtige Erkenntnisse über die optimale Umsetzung und den Betrieb eines hybridbefeuerten Kraftwerks. „Wir sind gespannt, wie sich alles in der Praxis bewähren wird. Bislang konnten wir solche Großversuche nur im Labor durchführen“, sagt Mrvar.

Er betont auch, dass das derzeitige Ziel, 15 Volumenprozent Wasserstoff zu verbrennen, bei weitem nicht die Grenze des Machbaren ist. „Bei kleineren Gasturbinen werden wir bereits im Jahr 2023 mit bis zu 100 Prozent Wasserstoff arbeiten“, sagt Mrvar. „Bei größeren Kraftwerken müssen wir aber, auch wegen der fehlenden Wasserstoffinfrastruktur und ausreichender Wasserstoffmengen, den Wasserstoffanteil schrittweise erhöhen.“ Genau das wird in der Nähe der Donau und möglicherweise in vielen weiteren Kraftwerken geschehen. Mehr als 115 Turbinen des Typs Siemens Energy 4000F – das gleiche Modell wie das in Donaustadt – sind europaweit im Einsatz.

Effizienz und Dekarbonisierung

Auch Alexander Kirchner von Wien Energie ist überzeugt, dass die Verbrennung von Wasserstoff in Zukunft zunehmend die Verbrennung anderer fossiler Energieträger ersetzen wird. „Wir verfolgen konsequent unseren Weg zur vollständigen Dekarbonisierung. Der Versuch in Donaustadt ist ein großer Schritt in diese Richtung“, so Kirchner. „Die gewonnenen Erkenntnisse werden uns helfen, auch in anderen Kraftwerken Green Upgrades durchzuführen. Diese Erkenntnisse sind für uns in Wien, aber auch in ganz Österreich und darüber hinaus wichtig.“ Ein positiver Nebeneffekt der Modernisierung ist, dass das modernisierte Kraftwerk Donaustadt auch einen höheren Wirkungsgrad als bisher haben wird.

Die Verbrennung von Wasserstoff zur Energie- und Wärmeerzeugung wird nicht nur auf der politischen Tagesordnung immer wichtiger. Auch für Energieversorger wird die Wasserstoffverbrennung immer praktikabler und attraktiver. Ihre Rolle wird daher in den nächsten Jahren wachsen. Vor diesem Hintergrund sind Modernisierungen wie im Kraftwerk Donaustadt die beste Investition in eine grünere Zukunft.

Oktober 2022

Florian Bayer lebt als freier Journalist in Wien, Österreich, wo er für Zeit Online, Der Standard und die Wiener Zeitung geschrieben hat.

Kombinierter Bild- und Videonachweis: Wien Energie, Siemens Energy, Florian Rainer