In dieser Hausarbeit werden die wichtigsten Herausforderungen des Umstiegs auf erneuerbare Energien erläutert und die Fragestellung, warum Kraftwerke auch zukünftig ein wichtiger Bestandteil unserer Stromversorgung sein werden und unverzichtbar sind, geklärt.
Die Energiewende ist in Deutschland allgegenwärtig. Überall sieht man immer mehr Windräder auf den Feldern und Photovoltaikanlagen auf den Hausdächern. Deutschland hat sich mit der Energiewende das Ziel gesetzt bis zum Jahr 2050 seinen Strom nur aus regenerativen Energiequellen wie Wind, Sonne, Wasserkraft, Geothermie und Biomasse zu beziehen.
Damit möchte man die CO2 Emissionen deutlich senken und die Zukunft umweltfreundlich gestalten.
Alle Atomkraftwerke sollen bis 2022 abgeschaltet werden.
Bis 2038 sollen auch alle Kohlekraftwerke still stehen. Dadurch wird die Zusammensetzung des deutschen Kraftwerkparks grundlegend verändert. Doch kann der aus regenerativen Energiequellen gewonnen Strom den steigenden Bedarf Deutschlands zukünftig abdecken? Welche Herausforderungen oder gar Probleme kann ein Umstieg auf erneuerbare Energien mit sich bringen und welche technischen Möglichkeiten haben wir um die Versorgungssicherheit trotz des Wegfalls der Atom und Kohlekraftwerke auszugleichen? Eine dieser Lösungen könnte der vermehrte Einsatz von Gaskraftwerken sein. Aufgrund der geringen CO2 Emissionen gelten diese als klimafreundlich. Die bisher vorhandene Infrastruktur ermöglich zudem Gas einfach und zu einem attraktiven Preis zu beziehen.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Weg des Stroms - vom Kraftwerk zur Steckdose
3. Anforderungen an das zukünftige Stromnetz
4. Strom aus erneuerbaren Energien und die Leistungslücke in Deutschland
6. Gaskraftwerke und Gas-Dampfturbinen-Kraftwerke als Netzstabilisatoren
7. Gaskraftwerke als Rückgrat der Energieversorgung
8. Funktionsweise eines Gaskraftwerks
8.1 Gaskraftwerk
8.2 Kombination aus Gas - und Dampfturbine
9. Gasturbinen
10. Vorteile vom Gaskraftwerken und GuD-Kraftwerken
10.1 Flexibilität:
10.2 Erdgasersatz:
10.3 CO2-Emissionen:
10.4 Aktueller Gaspreis
10.5 Erdgasreserven
11. Nachteile:
11.1 Abhängigkeit
12. Zukünftiger Zubau von GuD-Kraftwerken
13. Fazit
14. Quellen
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Rolle von Gaskraftwerken und Gas-Dampfturbinen-Kraftwerken (GuD) im Kontext der deutschen Energiewende. Dabei wird analysiert, wie diese Kraftwerkstypen angesichts der zunehmenden volatilen Einspeisung aus regenerativen Energiequellen zur Netzstabilität beitragen und als notwendige Brückentechnologie sowie als Rückgrat der Energieversorgung fungieren können.
- Herausforderungen der Energiewende bei steigendem Strombedarf
- Notwendigkeit von Netzstabilisierung und Regelenergie
- Funktionsweise und Effizienz von Gaskraftwerken sowie GuD-Anlagen
- Vorteile hinsichtlich Flexibilität und CO2-Emissionen gegenüber Kohlekraftwerken
- Abhängigkeit von Erdgasimporten und zukünftiger Kapazitätsbedarf
Auszug aus dem Buch
8.1 Gaskraftwerk
Die Gasturbine stellt das Herzstück eines Gaskraftwerks dar und wird als Turbosatz mit einem Generator gekoppelt eingesetzt um elektrische Energie zu erzeugen. Sie besteht in der einfachsten Variante aus folgenden drei Komponenten: Verdichter, Brennkammer und Turbine.
Im Filterhaus der Anlage wird zuerst Luft angesaugt und der Gasturbine zugeführt. Daraufhin wird die Verbrennungsluft über einen Kompressor geführt, der sie auf einen Druck von meist 16 bar verdichtet. Die Luft wird in die Brennkammern geleitet und dort mit Brenngas vermischt. Anschließend wird die Mischung gezündet und verbrennt mit einer Temperatur von bis zu 1500 Grad Celsius. Dieses verbrannte Gemisch trifft dann auf die darauffolgenden Schaufelräder eines angeschlossenen Turbinenteils und dreht ihn.
Die Energie, welche durch das drehen dieser Turbine gewonnen wird treibt sowohl den auf der gleichen Welle befindlichen Kompressor, wie auch über ein Getriebe mit der Turbine verbundenen Generator an. Dieser Generator wandelt dann die Bewegungsenergie in elektrische Energie um und leitet sie ins Stromnetz. Kraftwerke ohne eine nachgeschaltete Dampfturbine sind zwar bei der Investition weniger kostenintensiv, doch haben sie auch den Nachteil eines geringeren Wirkungsgrades von nur 40 Prozent, da die Turbine eine durchgehende Kühlung benötigt.
Daher ist gerade diese Bauweise bestens für Reservekraftwerke geeignet, da bei wenigen Volllaststunden die Energieeffizienz wichtiger ist als die Kosten.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Arbeit beleuchtet die Herausforderungen der deutschen Energiewende und untersucht, ob Gaskraftwerke als flexible Lösung zur Sicherung der Stromversorgung dienen können.
2. Weg des Stroms - vom Kraftwerk zur Steckdose: Das Kapitel erläutert den Prozess der Stromübertragung, die Bedeutung von Transformatoren zur Spannungsanpassung und die Notwendigkeit von Hochspannung zur Minimierung von Übertragungsverlusten.
3. Anforderungen an das zukünftige Stromnetz: Hier werden die Erwartungen an eine stabile Stromversorgung und die Herausforderungen durch den zeitlichen Versatz zwischen Energieerzeugung und Verbrauch beschrieben.
4. Strom aus erneuerbaren Energien und die Leistungslücke in Deutschland: Das Kapitel analysiert den steigenden Strombedarf durch Verkehrswende und Industrie sowie die entstehende Leistungslücke beim Wegfall von Atom- und Kohlekraft.
6. Gaskraftwerke und Gas-Dampfturbinen-Kraftwerke als Netzstabilisatoren: Es wird erklärt, wie das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch im europäischen Verbundnetz funktioniert und warum Gaskraftwerke zur Frequenzstabilisierung essenziell sind.
7. Gaskraftwerke als Rückgrat der Energieversorgung: Dieser Abschnitt verdeutlicht die Notwendigkeit flexibler Backup-Kraftwerke zur Vermeidung von Blackouts bei geringer Erzeugung aus erneuerbaren Energien.
8. Funktionsweise eines Gaskraftwerks: Es wird die Technik von Gaskraftwerken und der effizientere Prozess von GuD-Kraftwerken (Kombination aus Gas- und Dampfturbine) dargelegt.
9. Gasturbinen: Dieses Kapitel behandelt den Aufbau und die Leistungsfähigkeit moderner stationärer Gasturbinen in Kraftwerksanwendungen.
10. Vorteile vom Gaskraftwerken und GuD-Kraftwerken: Hier werden Flexibilität, Brennstoffvariabilität, geringere Emissionen sowie Wirtschaftlichkeitsaspekte und Reserven detailliert aufgeführt.
11. Nachteile: Das Kapitel thematisiert die Abhängigkeit von Erdgasimporten und die damit verbundenen geopolitischen Risiken für die Versorgungssicherheit.
12. Zukünftiger Zubau von GuD-Kraftwerken: Es wird die Notwendigkeit eines Kapazitätsausbaus aufgezeigt und eine Übersicht bereits genehmigter Projekte präsentiert.
13. Fazit: Die Arbeit schließt mit der Einschätzung, dass Gaskraftwerke als Brückentechnologie für eine sichere Stromversorgung in naher Zukunft unverzichtbar bleiben.
14. Quellen: Auflistung der verwendeten Literatur, Daten und Internetquellen.
Schlüsselwörter
Energiewende, Gaskraftwerke, GuD-Kraftwerke, Netzstabilität, Strommix, Regenerative Energien, Netzfrequenz, Regelenergie, Klimaziele, Versorgungssicherheit, Brückentechnologie, Leistungslücke, Gasturbine, CO2-Emissionen, Strombedarf.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die Bedeutung von Gaskraftwerken für das deutsche Stromnetz im Rahmen der Energiewende und deren Funktion als stabilisierende Brückentechnologie.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Netzstabilität bei schwankender regenerativer Einspeisung, die technische Funktionsweise von Gas- und GuD-Kraftwerken sowie die Herausforderungen der Versorgungssicherheit.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es zu klären, warum Gaskraftwerke trotz der Ausrichtung auf erneuerbare Energien kurz- bis mittelfristig ein notwendiger und unverzichtbarer Bestandteil der deutschen Stromversorgung bleiben.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Analyse von Fachliteratur, offiziellen Statistiken und energetischen Datenmodellen zur Stromerzeugung in Deutschland.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der Übertragungstechnik, dem Aufbau und Betrieb von Gaskraftwerken, der Rolle von Regelenergie, dem Vergleich von CO2-Emissionen und der zukünftigen Kapazitätsplanung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die zentralen Schlagworte sind Energiewende, Netzstabilität, GuD-Kraftwerke, Regelenergie und Versorgungssicherheit.
Warum sind Gaskraftwerke gegenüber Kohlekraftwerken im Vorteil?
Gaskraftwerke zeichnen sich durch eine deutlich höhere Flexibilität beim Hochfahren, geringere Anfahrtszeiten sowie niedrigere CO2-Emissionen aus.
Welche Gefahr besteht bei einem vollständigen Ausstieg aus konventionellen Kraftwerken ohne Speicherausbau?
Ohne ausreichende Speichersysteme oder flexible Backups droht bei Wetterperioden mit geringer Wind- und Solareinspeisung eine Leistungslücke, die die Netzstabilität gefährdet und bis zum Blackout führen kann.
Was versteht man unter dem GuD-Prozess?
Der Gas-und-Dampf-Kombinationsprozess (GuD) nutzt die Abwärme der Gasturbine, um in einem Abhitzekessel Dampf für eine nachgeschaltete Dampfturbine zu erzeugen, was den Gesamtwirkungsgrad der Anlage signifikant erhöht.
- Arbeit zitieren
- Anonym (Autor:in), 2021, Regenrative Energietechnik. Gaskraftwerke als Retter der Energiewende?, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1038968
