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HKW Moorburg – Flexibilisierung für die Energiewende

Für die Grundlast geplante Kraftwerke scheinen nicht mehr in das Bild der Energiewelt von morgen zu passen. Diese sieht eine Energieversorgung aus möglichst viel erneuerbaren Energiequellen ohne Kohlendioxidemissionen vor. Und Energie aus Wind und Sonne braucht als Ergänzung flexible Kraftwerke, die zügig auf die Schwankungen der Stromerzeugung aus diesen Energiequellen reagieren können. Wie passt da ein für die Grundlast geplantes Heizkraftwerk Moorburg in das Bild?

Als das Heizkraftwerk Moorburg – wie auch andere konventionelle Kraftwerke – Anfang der 2000er Jahre geplant wurde, war die Energielandschaft eine andere als heute. Für ein Kraftwerk dieser Größenordnung bedarf es von der Planung bis zur Inbetriebnahme gut 10 Jahre, bevor es anschließend zuverlässig Strom liefern kann. Der Ausbau der erneuerbaren Energien findet jedoch deutlich schneller statt. Mit der steigenden Anzahl, mit der Solaranlagen und Windkraftanlagen an Land und auf See errichtet werden, stellen die erneuerbaren Energien alle Vorhersagen in den Schatten.

Aussichten für das Wetter: weiterhin wechselhaft

Ein windreicher Tag mit etwas Sonne bringt heute eine erhebliche Menge erneuerbarer Energie, die mit Vorrang ins Stromnetz eingespeist wird. Bei Flaute und bedecktem Himmel müssen jedoch die konventionellen Kraftwerke ran – und das so schnell wie möglich. Nur ist eine schnelle Reaktionszeit für Grundlastanlagen technisch eigentlich nicht eingeplant.

Dr. Karsten Schneiker

Kraftwerksleiter Karsten Schneiker erinnert sich an den Projektbeginn: „Bereits in der Inbetriebsetzungsphase wurde uns klar, dass wir das Konzept für das Heizkraftwerk Moorburg weiterentwickeln mussten, da sich abzeichnete, dass die Einsatzweise immer häufiger durch Lastschwankungen zwischen minimaler und maximaler Last oder gar Stillständen beeinflusst wird. Da die Einspeisung von Wind- und Sonnenenergie ins Stromnetz stets Vorrang hat, sind wir zunehmend mit kurzfristigen Anfragen des Netzbetreibers konfrontiert. Das Heizkraftwerk muss dann kurzfristig mit einer bestimmten Leistung einspringen – oder eben seine Leistung wieder reduzieren, an Wochenenden manchmal sogar mit einem Block vom Netz gehen“.

Reaktionsfähiger dank Maßnahmen zur Flexibilisierung  

„Parallel dazu entwickeln sich die Preise im Strommarkt zunehmend weniger planbar“, sagt Karsten Schneiker. „Auch in diesem Punkt musste das Heizkraftwerk Moorburg reaktionsfähiger werden. Wir haben uns also gefragt, welche Möglichkeiten der Flexibilisierung es für das Kraftwerk geben kann, um die Anlage zukunftsfähig zu machen. Hier haben wir dann drei Projekte umgesetzt, um unser Kraftwerk noch flexibler zu machen:“

Projekt 1: 

Zunächst wurde die Mindestlast, die das Kraftwerk technisch fahren kann, von 40 auf 26 Prozent der maximalen Leistung gesenkt. Dies ist relevant für Zeiten, in denen das Kraftwerk Moorburg nicht für die aktuell benötigte Stromproduktion erforderlich ist, sondern sich „klein macht“, aber in naher Zukunft die Leistung wieder erhöhen muss.  Relevant ist diese niedrige Mindestlast auch, wenn das Kraftwerk in Reserve gehalten wird, um z.B. bei Nachlassen des Windes auf der Nordsee schnell die Leistung erhöhen zu können. So wird weniger Kohlestrom ins Netz eingespeist, die CO2-Emissionen werden verringert. Auch die Anzahl der Ab- und Anfahrvorgänge wird so reduziert – folglich auch die Belastungen der betroffenen Kraftwerkskomponenten. Dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer und die Betriebskosten der Anlage aus.  

Luftbild Kraftwerk Moorburg 2016, mit dem Containerhafen im Hintergrund, Foto: Hafen Hamburg Marketing

Projekt 2: 

Den Einsatz des Kraftwerks bestimmt der Netzbetreiber. Um dessen Anforderung nachzukommen, eine bestimmte Strommenge zu erzeugen oder zu drosseln, wurde die Geschwindigkeit, mit der die Last zwischen Mindest- und Volllast geregelt werden kann, durch Änderungen der Leittechnik erhöht. Auch An- und Abfahrzeiten wurden deutlich verkürzt. So kann das Heizkraftwerk Moorburg seine Rolle als Rückgrat für die schwankende Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen noch schneller und besser nachkommen.

Projekt 3: 

Mehr Energie aus erneuerbaren Energien im Netz bedeutet, dass es besonders an Wochenenden mehr Stillstände für Kohlekraftwerke geben wird. Dadurch erhöht sich die Anzahl der Kraftwerkstarts deutlich. Bei den Startvorgängen eines Kraftwerks wird zwischen Kalt-, Warm- und Heißstarts unterschieden. Ein Kaltstart dauert am längsten und ist am teuersten. Daher wird in Moorburg nun durch technische Maßnahmen die Abkühlung der Anlage möglichst lange hinausgezögert, die Anlage kann bis zu 48 Stunden warmgehalten werden. Dazu wurden Klappen in den jeweiligen Luft- und Rauchgaskanal angeordnet, die die Strömung des Rauchgases durch den natürlichen Zug am Kamin regulieren können. So kann die Anlage zum Beispiel nach einem Wochenendstillstand schneller wieder angefahren werden.

Einbau der Rauchgasklappen 

Das Einheben der Rauchgasklappen ist Präzisionsarbeit, Foto: Vattenfall

Der Einbau der großen Rauchgasklappen erfolgte 2016. Er war für das ganze Team eine besondere Herausforderung. „Wir mussten die spätere Montage bereits während des noch laufenden Kraftwerksbaus berücksichtigen“, erläutert Schneiker.

Mehr über den Einbau der Rauchgasklappen erfahren Sie im Video – der damalige Projektleiter Andreas Schröter berichtet:

Hohe Flexibilität

In mehreren Versuchsfahrten zu den einzelnen Maßnahmen der Flexibilisierung wurde ihre Wirksamkeit nachgewiesen. Durch das Absenken der Mindestlast von 40 auf 26 Prozent konnte jeder Block des Heizkraftwerks Moorburg die eingespeiste Strommenge von 160 Windkraftanlagen ausgleichen. Durch die Erhöhung der Laständerungsgeschwindigkeit können die beiden Blöcke zusammen jetzt in nur 10 Minuten die Leistung um 500 MW anheben oder absenken und damit die Energiewende unterstützen.

Resümee

Aus Sicht von Vattenfall haben sich die aufwändigen Maßnahmen wirtschaftlich gelohnt: Die beiden Kraftwerksblöcke können durch ihre optimierte Fahrweise schneller auf die Anforderungen des Strommarktes beziehungsweise auf die Entwicklung der Strompreise reagieren.

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Experte Dr. Karsten Schneiker

Nach meinem Maschinenbau-Wirtschaftsingenieur-Studium spezialisierte ich mich bei McKinsey & Co auf Projekte in der Energiewirtschaft; zunächst in München, später in Russland. Anschließend verantwortete ich acht Kohle- und Gaskraftwerke im Ural und West-Sibirien als Chief Operating Officer bei Fortum Russland. Zu Vattenfall kam ich im Jahr 2012. Ein Jahr später übernahm ich die Kraftwerksleitung für Moorburg. Seit 2015 bin ich außerdem technischer Geschäftsführer der Vattenfall Kraftwerk Moorburg GmbH. Von 2017 bis 2019 unterstanden mir als Leiter Erzeugung Hamburg auch die beiden Hamburger Kraftwerke Tiefstack und Wedel.

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