Ich mach mir einen Plan!

Von Dr. Rolf Wetzel

Ja; mach nur einen Plan
sei nur ein großes Licht!
Und mach dann noch´nen zweiten Plan
gehn tun sie beide nicht.

(Bertold Brecht, im Lied von der Unzulänglichkeit menschlichen Strebens)

Mein Plan: Ich produziere in Windkraftanlagen mit Unterstützung durch ein Gasturbinen-Kraftwerk kontinuierlich Strom in einer Menge von 1000 MW, den ich als Grundlast in ein Netz einspeisen werde.

Die Anlage besteht aus Windanlagen mit einer potentiellen Leistung von 1000 MWp, das bedeutet:  Je nach Windstärke kann die tasächliche Leistung der Windräder bei Windstille Null MW und bei der maximalen Windstärke, die der Auslegung der Anlage zu Grunde liegt, 1000 MW betragen.

Um bei allen Windverhältnissen stetig die geforderte Leistung von 1000 MW in das Netz abgeben zu können, wird ein Gasturbinen- Kraftwerk oder auch ein anderes Kraftwerk (Wasserkraft, Kernkraft oder Kohle), der Windanlage zugeordnet, das in der Lage ist, die geforderte Grundlast von 1000 MW jederzeit bereitzustellen., also die Windanlage bei der Aufgabe, die Grundlast von 1000 MW lückenlos zu liefern, abzusichern.

Die Windanlagen 1000 MWp und z.B. das Gasturbinen- Kraftwerk mit einer Leistung von 1000 MW werden also parallel jeweils mit der maximal möglichen Leistung betrieben.

In das Netz wird mit Vorrang die von der Windanlage erzeugte Leistung eingespeist, die jeweils erforderliche Ergänzung auf 1000 MW erfolgt durch die Gasturbinen-Anlage.

Betrachtet man den Zeitraum eines Jahres, so stellt man fest, das die Windanlage zur Grundlast im Mittel 160 MW (dieser Wert ist Standort abhängig und berücksichtigt die örtlichen Windverhältnisse) beigetragen hat, das Gasturbinen-Kraftwerk die fehlenden 840 MW ergänzt hat.

Damit hat das Gasturbinen-Kraftwerk aber einen Überschuss von 160 MW zur Verfügung, die nunmehr sinnvoll in der Wasserelektrolyse für die Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff als Nebenprodukt genutzt werden.

Die Schwankungsbreite des Windes und damit der Leistung der Windanlagen erfordert aber auch für die Elektrolyse eine Maximalkapazität von 1000 MW.

Wir werden also 10 parallele 100 MW-Elektrolyse-Anlagen bereitstellen, die je nach anfallendem Stromüberschuss zu- oder abgeschaltet werden.

Wir werden einen Bedarf von 5 kWh/Nm^3 Wasserstoff ansetzen müssen, da ein Teillastbetrieb stets mit deutlicher Absenkung des Wirkungsgrades verbunden ist. Der Energieaufwand für die Kompression des Wasserstoffs auf 250 bar (0,27 kWh/Nm^3) ist im oben genannten Energiebedarf enthalten.(Ein optimaler Energiebedarf der Wasserelektrolyse wird mit 4,3 kWh/Nm^3 Wasserstoff angegeben.)

Also werden im Jahresmittel 32 000 Nm°3 Wasserstoff pro Stunde bereitgestellt, die dem Erdgas, das zur Stromerzeugung in der Gasturbine benötigt wird, beigemischt werden, Bild 1. Damit ist der Energiekreislauf geschlossen. Mit dem unteren Heizwert des Wasserstoffs von 2570 kcal/Nm^3 und dem hohen Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage von 60 % ergibt sich ein Beitrag des Wasserstoffs an der Stromerzeugung von 57.4 MW, also von 5,7 % der Gesamtleistung des Systems. Diese 57,4 MW sind also die tatsächliche Jahresleistung der 1000 MWp Windanlage, da diese ja die Wasserelektrolyse- Anlage wegen des Vorranges der Windanlage erforderlich machte. Der „Vorrang“ schafft also Investitionen und Arbeitsplätze.

Ich mach `nen zweiten Plan: Die Aufgabenstellung ist die gleiche, wie im ersten Plan. Eine Grundlast von 1000 MW ist in ein Netz kontinuierlich einzuspeisen.

Zur Verfügung stehen hierbei ein Solar-Park mit einer Leistung von 1000 MWp. Das Potential ist durch die maximale Sonneneinstrahlung um 12 Uhr Mittags (Mitteleuropäische Zeit) gegeben. Der Sonnenstand, aber auch Wolken und vor allem die Nachtzeit begrenzen die Stromerzeugung. Um der Forderung nach einer kontinuierlichen Netzeinspeisung zu genügen, wird hier ebenfalls ein 1000 MW Gasturbinen -Kraftwerk zur Sicherung der ausreichenden Stromeinspeisung bereitgestellt.

Nach einem Betriebsjahr hat die Solaranlage 90 MW in das Netz eingespeist. Der Beitrag der Gasturbinen-Anlage betrug also 910 MW. Der Überschuss der Gasturbinen-Anlage, 90 MW, werden in einer 1000 MW Wasserelektrolyse-Anlage entsprechend Plan 1 genutzt. Damit werden im Jahr 18000 Nm^3 Wasserstoff erzeugt, die in der Gasturbinen-Anlage verstromt werden. Der Beitrag des Wasserstoffs an der Stromerzeugung, also der Beitrag der Solaranlage beträgt hierbei 32,2 MW, also 3,22 % der gesamten Netzeinspeisung.

Damit werden im Jahresmittel 18000 Nm^3 Wasserstoff pro Stunde erzeugt, die in der Gasturbinen-Anlage verstromt werden. Der Beitrag des Wasserstoffs an der Stromerzeugung, also der Beitrag der Solaranlage beträgt hierbei 32,2 MW, also 3,22 % der gesamten Netzeinspeisung, Bild 2.

Beide Pläne haben gewaltige Investitionskosten verursacht, die ja durch den Betrieb der Gelddruckmaschinen leicht zu schultern sind, und haben eine große Zahl von Arbeitsplätzen bereitgestellt, die ja generell bei dem gewaltigen Wachstum der Erdbevölkerung erforderlich sind. Es muss noch betont werden, dass gemäß Plan 1 16000 Nm^3 Sauerstoff und gemäß Plan 2 Sauerstoff in einer Menge von 9000 Nm^3 pro Stunde zur optimalen Nutzung zur Verfügung gestellt werden, die man allerdings auch der Verbrennungsluft für die Gasturbinen zumischen kann.

Brecht hat nicht immer recht, wenn wir an unsere Politiker glauben, oder doch?

Es ist in diesem Zusammenhang interessant, dass 1933 ein Buch (1) erschien, in dem ein den oben genannten Plänen ähnliches Vorgehen geschildert wurde. Ein mit hohen Investitionskosten erstelltes und als Spitzenkraftwerk genutztes Wasserkraftwerk war nur 500 Stunden im Jahr in Betrieb. Der Vorschlag lautete, das Kraftwerk und damit die Kapitalinvestition optimal, d.h. durchgehend zu betreiben und damit 94,3 % der möglichen Stromerzeugung des Wasserkraftwerkes für die Wasserelektrolyse einzusetzen. Dies wäre wirtschaftlich sicherlich sinnvoll gewesen, da Investitionskosten der Wasserelektrolyse-Anlage relativ niedrig veranschlagt wurden, obgleich sich die Wasserelektrolyse noch in einem frühen Entwicklungstand befand.

Dieser Vorschlag wäre in der heutigen Situation für Spitzenkraftwerke interessant, wenn ein ausreichender betriebswirtschaftlicher Vorteil durch optimierte Kapital- und Betriebskosten aufgezeigt werden könnte.

Quellen:

(1) Dr. Franz Lavaczek, „Technik und Wirtschaft im …“ (1933)