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Der abgebildete Drahtnetzreaktor ermöglicht Forschern die Pyrolyse und Vergasung von Feststoffen in einem kleinen Maßstab zu untersuchen – unter vergleichbaren Bedingungen von industriellen Anlagen. Bild: TU München
Konventionelle Kraftwerke

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Kohle effizient und flexibel vergasen

Die Vergasung fester Brennstoffe untersucht das Forschungsvorhaben „HotVeGas“, das nun in die dritte Projekt-Phase geht. Ihr Fokus liegt auf dem Aufbau einer Brennstoffdatenbank.

Auch wenn der Anteil von Sonnen- und Windenergie weiterhin zunimmt, sind konventionelle Großkraftwerke bis auf weiteres notwendig. Doch diese müssen im Gegensatz zu früher flexibel arbeiten. Einerseits flexibel in Bezug auf die Leistung, andererseits flexibel in Bezug auf die Brennstoffe. Die Vergasung fester Brennstoffe ist eine Möglichkeit, wie konventionelle Kraftwerke in Zukunft betrieben werden können. Im Forschungsvorhaben „HotVeGas“ (Hochtemperaturvergasungs- und Gasaufbereitungsprozesse) untersuchen Wissenschaftler grundlegend die Möglichkeiten dieser Technik für IGCC-Kraftwerke (Integrated Gasification Combined Cycle) mit CO2-Abtrennung und zur Herstellung synthetischer Energieträger. Im Januar 2016 ist die dritte Projekt-Phase gestartet, in der die bisherigen Erkenntnisse zur Kohlevergasung weiter ausgebaut und in einer Brennstoffdatenbank zusammengefasst werden sollen. Koordinator des Verbundvorhabens ist die Technische Universität München, weitere Projektpartner sind: TU Bergakademie Freiberg, Forschungszentrum Jülich, GTT Technologies, RWE, Siemens, Air Liquide, EnBW und Vattenfall Europe Generation.

Bei der Kohlevergasung wird der Feststoff zunächst in ein Gas umgewandelt. Das sogenannte Synthesegas wird dann zum Beispiel dazu genutzt, eine Gasturbine anzutreiben. Mit der bei diesem Prozess entstehenden Abwärme wird wiederum eine Dampfturbine angetrieben. Die Herausforderung für die Forschung besteht darin, diese noch relativ junge Technik in eine Marktreife zu überführen. Um dazu eine tragfähige Basis zu schaffen, hat sich ein Konsortium aus Forschung und Industrie formiert und die Kohlevergasung grundlegend im Forschungsvorhaben „HotVeGas“ untersucht. Denn auch bei einem Anteil von mehr als 80 Prozent erneuerbaren Energien benötigt das Stromsystem nach derzeitigem Stand eine Leistung von 40 bis 60 Gigawatt aus fossilen Energieträgern.

In der ersten Phase haben sich die Forscher auf das grundlegende Verhalten und die Anforderungen für eine integrierte Rauchgasreinigung konzentriert. In Phase zwei, die Ende 2015 abgeschlossen wurde, befassten sie sich darüber hinaus mit einer Modell- und Komponentenentwicklung für Vergaser und Gasreinigung. Weiterhin untersuchten sie, wie sich Vergasungskraftwerke für die im Zuge der Energiewende geforderten flexiblen Betriebsweisen eignen. Denn fest steht schon jetzt: Mit zunehmendem Anteil von erneuerbaren Energien wird der Volllastanteil von Kohle- und Gaskraftwerken sinken. Es steigt hingegen die Zahl der Lastwechsel. Das erfordert eine größere Flexibilität von Großkraftwerken. Doch die Flexibilität ist bei der Feststoffvergasung weiter gefasst: Sie bezieht sich auch auf die Brennstoffe. Das hat den Vorteil, dass die Betreiber unabhängiger von Lieferanten sind. Weiterhin steht eine Produktflexibilität im Fokus. Denn bei der Vergasung kann nicht nur Synthesegas für eine effiziente Stromerzeugung hergestellt werden. Andere Einsatzbereiche sind zum Beispiel die Produktion von Kraftstoffen und chemischen Rohstoffen.

Die jetzt gestartete dritte Phase läutet das vorläufige Ende des insgesamt über einen Zeitraum von mehr als zwölf Jahren andauernden Forschungsvorhabens ein. In diesem Teilprojekt liegt der Fokus auf dem Aufbau einer Brennstoffdatenbank, die als Grundlage für eine künftige Vergaserauslegung dienen soll. Weiterhin sollen die zuvor erarbeiteten mathematischen Modelle validiert und für die Vergaseroptimierung genutzt werden. Als letzten Meilenstein betrachten die Forscher ihre Ergebnisse in wirtschaftlicher Hinsicht und analysieren diese im Kontext der Energiewende. Projektphase drei von „HotVeGas“ läuft noch bis Ende des Jahres 2019.

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