SIEMENS

Wirksamer Klimaschutz funktioniert nach Ansicht von Dr. Oliver Geden erst dann, "wenn breite Bevölkerungsschichten umweltverträglich konsumieren können, ohne auch nur eine Minute darüber nachdenken zu müssen". Laut dem Fachmann für EU-Klimapolitik bei der Stiftung Wissenschaft und Politik in Berlin muss die Basis dafür ein massiver Strukturwandel bei Energieproduktion und -verbrauch sein, hin zu mehr regenerativen Energien und effizienteren konventionellen Kraftwerken sowie einer besseren Energienutzung.
Beim Neubau von Kraftwerken sind viele Hausaufgaben bereits erledigt: In den westlichen Industrieländern hat sich der Wirkungsgrad der modernsten Kohle-Kraftwerke seit 1992 von 42 auf 47 % erhöht. Das ist ein enormer Fortschritt für den Klimaschutz, denn der jährliche CO₂-Ausstoß eines 700-MW-Blocks reduziert sich um 500.000 t, wenn der Wirkungsgrad um fünf Prozentpunkte nach oben geschraubt wird. Auch in China geht nach Schätzungen der Internationalen Energieagentur jeden Monat ein Kohlekraftwerk mit einem Wirkungsgrad von mehr als 44 % ans Netz.
Doch bei der Modernisierung von Kraftwerken gibt es noch einiges zu tun. Hier schlummern noch riesige Potenziale, sowohl in wirt- schaftlicher Hinsicht als auch in Punkto Klimaschutz. So liegt der mittlere Wirkungsgrad des Kohlekraftwerkparks in Europa bei nur 37 bis 38 %. Nur etwa jedes zehnte Kraftwerk übertrifft 40 %. Das ist auch kein Wunder, denn Dampfturbinen haben in Europa ein durchschnittliches Alter von fast 29 Jahren. Gasturbinen hingegen sind meist neueren Datums, ihr mittleres Alter liegt bei knapp zwölf Jahren. Ein Viertel der Kraftwerksanlagen, so schätzt der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft, muss allein in Deutschland in den nächsten Jahren erneuert werden.
Auch die Verbreitung erneuerbarer Energien treibt Modernisierungen voran: "In Europa müssen die Energieunternehmen viele ältere GuD-Kraftwerke (Gas- und Dampfturbinen) von Grundlastbetrieb auf Spitzenlastbetrieb umstellen", erklärte Ralf Hendricks, der bei Siemens Energy für das so genannte Lifetime Management – und damit für die Kraftwerks-Optimierung – zuständig ist. Denn Europa setzt mit Windkraftanlagen zu Land und vor der Küste wesentlich stärker als bisher auf alternative Energieträger. Dies hat zur Folge, dass bei starkem Wind viel Energie produziert wird und die konventionellen Kraftwerke weniger leisten müssen. Umgekehrt müssen sie bei Flaute schnell auf Spitzenleistung kommen, um die Lastschwankungen auszugleichen. Eine schnelle Reaktion erlaubt nicht nur, hohe Strompreise am Markt zu erzielen, optimierte Kraftwerke erreichen zudem schneller ihren Arbeitspunkt, was den CO₂-Ausstoß ebenfalls reduziert.
Siemens ist Spezialist für die Modernisierung von Dampfturbinen, bei der in erster Linie die Innenteile, also der Rotor und die Innengehäuse, ausgetauscht werden: Neueste Beschaufelungstechnologien und vergrößerte Strömungsquerschnitte steigern den Wirkungsgrad und die Leistung der Turbine. In Hoch- und Mitteldruckturbinen reduzieren neue Dichtungstechnologien die Spaltverluste, was ebenfalls die Effizienz steigert. Zudem wird durch diese Maßnahmen die Lebensdauer der Anlagen verlängert und ein sicherer Weiterbetrieb für 15 bis 20 Jahre gewährleistet. Siemens erneuert meist auch die Leittechnik für das gesamte Kraftwerk oder den Turbosatz (siehe Artikel “Die Formel 1 der Kraftwerke”, Pictures of the Future, Frühjahr 2009). Die Kosten für eine umfassende Modernisierung einer Dampfturbinenanlage beziffert Dr. Norbert Henkel, bei Siemens zuständig für die Modernisierung von fossilen und nuklearen Kraftwerken, auf 20 bis 60 Mio. € für ein mittelgroßes Kraftwerk. "Durch die Modernisierung der Turbine holen wir 30 bis 40 MW zusätzlich heraus, deshalb rechnet sich die Investition innerhalb weniger Jahre", erklärt Henkel.
Mit einer Investition von etwa 30 Mio. € hat beispielsweise das Energieunternehmen Energie Baden-Württemberg (EnBW) sein Heizkraftwerk Altbach/Deizisau bei Esslingen für die nächsten 30 Jahre fit gemacht. Siemens erneuerte die Leittechnik und modernisierte die Dampfturbine, die damit einen höheren Wirkungsgrad erzielt und 11 MW mehr Leistung bringt. Dafür wurden die Beschaufelung und Dichtungen erneuert. Alle Außengehäuse konnten beibehalten werden. Die Modernisierung reduziert die Kohlendioxid-Emissionen um 50 000 t pro Jahr bei etwa 4 000 Volllaststunden im Jahr. Dadurch zählt das Heizkraftwerk Altbach/Deizisau innerhalb des EnBW-Parks nun zu den "grünen" Anlagen und kann bei Bedarf auch mehr Betriebsstunden leisten.
Nordamerika, also die USA und Kanada, verfügt über einen noch älteren Kraftwerkspark als Europa. Hier leisten die Dampfturbinen im Durchschnitt bereits seit 34 Jahren ihre Dienste, auch Gasturbinen sind dort mit gut 17 Jahren länger in Betrieb als in Europa. Siemens hat hier mehrere große Projekte zur Modernisierung laufen, die nicht nur die Turbinen umfassen. So erneuert Siemens derzeit die komplette Leittechnik in mehreren US-Kraftwerken: Das Kohlekraftwerk Carneys Point in New Jersey, das GuD-Kraftwerk Redding in Kalifornien sowie die GuD-Kraftwerke Syracuse und Beaver-Falls im Bundesstaat New York werden in Zukunft mit dem web-basierten Leittechniksystem SPPA-T3000 überwacht und gesteuert. Diese Leittechnik integriert die jeweilige Kraftwerks- und Turbinenregelung der Anlagen in eine gemeinsame, leicht bedienbare Plattform. So ermöglicht das neue System dem Betreiber von Carneys Point eine flexible Fahrweise, die genau auf den Bedarf der einzelnen Kraftwerksblöcke zugeschnitten ist. Damit werden sie ausfallsicherer, und die Wartungskosten reduzieren sich.

100 MW mehr Leistung. Im Gegensatz zu fossil befeuerten Kraftwerken, von denen in den vergangenen Jahrzehnten viele neue Anlagen ans Netz gegangen sind, entstanden die meisten Kernkraftwerke in den 1970er- und 80er-Jahren. "Deswegen sind die konventionellen Teile der Anlagen, also etwa die Turbinen, auch alle mehr oder weniger gleichzeitig modernisierungsbedürftig", erklärt Henkel. Während die deutschen Anlagen in den vergangenen zehn bis 15 Jahren fast komplett auf den neuesten Stand der Technik gebracht wurden, besteht in Frankreich, den USA und in Japan noch ein großer Modernisierungsbedarf. So hat Siemens für den Umbau des Kernkraftwerks Sendai in Japan im Jahr 2008 den Asian Power Award gewonnen. Durch die Modernisierung der Leittechnik und der drei Turbinen steigerte sich die Leistung des Kraftwerks um 40,5 MW auf nun 942 MW. Auch in den USA erneuert Siemens derzeit im Auftrag des Unternehmens Florida Power and Light (FPL) im Kraftwerk St. Lucie, Florida, eine Hochdruckturbine, zwei Niederdruckturbinen und überholt den Generator. Dadurch soll die Leistung der beiden Reaktoren um jeweils 100 MW gesteigert werden. Auch das zum gleichen Unternehmen gehörende Kraftwerk Turkey Point wird seine Leistung um etwa 100 MW steigern, indem Siemens neue Hochdruckturbinen einbaut und den Generator modernisiert. Der Umbau der beiden Kraftwerke soll bis 2012 abgeschlossen sein.
Der Energiemix in Europa ist stark von der Kohleverbrennung geprägt – mit Ausnahme von Frankreich, das den Löwenanteil seines Stroms mit Kernkraftwerken erzeugt. Vor allem die mittelosteuropäischen Staaten setzen auf Kohle, wie etwa Polen mit einem Anteil von über 90 %. Gleichzeitig ist in diesen Ländern der Wirkungsgrad der Kraftwerke am schlechtesten. Von allen Dampfturbinen-Anlagen, die älter als 25 Jahre sind und dringend modernisiert werden müssen, liegt Europa mit über 500 Anlagen weltweit an der Spitze, weil hier alle alten Anlagen in Mittelosteuropa dazu zählen. In Indien hingegen gibt es weniger als 50 derart veraltete Kraftwerke, da die Industrialisierung viel später eingesetzt hat. In China hingegen arbeiten sehr viele Kohlekraftwerke mit einem geringen Wirkungsgrad von nur 26 bis 30 %. Um den schnell wachsenden Strombedarf der Industrie und der Bevölkerung zu decken, baut China zurzeit immer noch viele neue Kraftwerke – davon etwa 60 % hochmoderne Anlagen. Laut Internationaler Energieagentur (IEA) hat China die Baukosten solcher Anlagen mit extrem hitzebeständigen Dampfturbinen stark gesenkt, indem es viele Kraftwerke gleichzeitig baut und so Standardisierungseffekte nutzt. Unrentable Werke werden eher abgeschaltet als modernisiert. Insgesamt will China von 1997 bis 2010 etwa 50 GW an alten fossil befeuerten Kraftwerken stilllegen.

Effizienz wird belohnt. In Europa modernisieren die Energieunternehmen der "alten" EU-Mitgliedsstaaten ihre Anlagen bereits in großem Stil. Noch sind Klimaschutzmaßnahmen weitgehend den Firmen überlassen: Anders als etwa bei Autos setzt die Europäische Union bei der Modernisierung von Kraftwerken eher auf die Kräfte des Markts als auf Regulierung. Klimaschutz-Experte Geden sagt aber voraus, dass es "ab 2013 zu großen Bewegungen im Kraftwerksmarkt kommen wird". Denn ab dann werden die CO₂-Zertifikate in diesem Bereich voll versteigert – Energieversorger müssen also prozentual für ihren CO₂-Ausstoß mit dem Erwerb von Zertifikaten bezahlen. In den mittel- und osteuropäischen Ländern gilt eine Übergangsregelung bis 2020. Dort setzen dann die effizientesten Kraftwerke den Standard für alle Energieunternehmen. Wer diesen Standard erreicht, erhält die Zertifikate umsonst. Auf diese Weise wird der Emissionshandel dafür sorgen, dass veraltete Kraftwerke nach und nach unwirtschaftlich werden. Und wenn es keine ineffizienten Kraftwerke mehr gibt, handelt jeder Konsument beim Stromverbrauch umweltbewusst – auch wenn er davon gar nichts weiß.