Gaskraftwerke: Gasmotoren sind beim Wasserstoff schon weiter als Turbinen
Gasmotoren können schon mit Wasserstoff arbeiten, große Turbinen noch nicht ganz. Was heißt das für die Kraftwerksstrategie?
Wasserstofffähiges Motorenheizkraftwerk (l) des Energieversorgers "eins energie" am Standort Heizkraftwerk Nord in Chemnitz. Sieben Motoren von MAN Energy Solutiones (heute: Everllence) liefern eine thermische Leistung von 80 MW, elektrisch 88 MW. Bis zu 20 % Wasserstoff könnten dem Erdgas beigemischt werden. Foto. picture alliance/dpa/Jan Woitas
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Wie das deutsche Gaskraftwerk in Zukunft aussehen kann, ist beim EnBW-Kraftwerk Stuttgart-Münster zu sehen: eine wasserstofffähige Gasturbinenanlage. So teilte Betreiber EnBW mit, dass zum Ende der Heizsaison die baden-württembergische Landeshauptstadt nun vollständig kohlefrei mit Strom und Fernwärme versorgt würde. Der Parallelbetrieb mit den alten Kohlekesseln ist eingestellt. Peter Heydecker, Vorstand für nachhaltige Erzeugungsinfrastruktur bei EnBW: „Die neue Gasturbinenanlage reduziert
den CO2-Ausstoß um rund 60 % und ist bereits für die spätere Nutzung mit Wasserstoff
ausgelegt“. Ab Mitte der 2030er-Jahre kann die neue Anlage schrittweise mit 100 % Wasserstoff betrieben werden.
Die Wasserstofffähigkeit – im Fachslang auch „H2-Readiness“ genannt – ist ein Baustein der deutschen Kraftwerksstrategie. Auch wenn diese immer noch nicht final auf dem Tisch liegt. Die konkreten Bedingungen – auch für die geplanten Ausschreibungen – möglichst schnell zu wissen, ist aber notwendig. Nur dann können Kraftwerksbetreiber wie EnBW, Uniper, RWE oder LEAG konkret planen.
Noch gibt es Unterschiede im aktuellen Entwicklungsstand und der technischen Umsetzung, in puncto Gaskraftwerke und Wasserstoff. Das bezieht sich vor allem auf die Technik: einerseits modulare Gasmotoren, andererseits größere Gas- und Dampfturbinenkraftwerke (GuD). Während Hersteller die Wasserstofffähigkeit ihrer Gasmotoren bereits heute in der Praxis zusichern, ist sie bei großen Turbinenkraftwerken eher noch auf die Zukunft ausgerichtet.
Inhaltsverzeichnis
Gaskraftwerke: Wasserstoff heute schon in Gasmotorenanlagen einsetzbar
Die Hersteller von Gasmotoren betonen, dass ihre Technologie bereits heute nachweislich mit Wasserstoff betrieben werden kann. Der westfälische Hersteller 2G Energy gibt an, schon heute seien seine Motoren „100 % H2 proven“. Das Unternehmen habe in den letzten acht Jahren bereits 50 Motoren ausgeliefert, die mit reinem Wasserstoff liefen, so CEO Frank Grewe gegenüber VDI nachrichten. Auch Rolls-Royce verfügt über ein H2-Readiness-Zertifikat des TÜV Süd für seine Konzepte und betreibt seit Mitte 2025 im Projekt Enerport II in Duisburg Gasmotoren mit 100 % Wasserstoff.
Auch ein Übergang durch die Mischung von Erdgas und Wasserstoff sei problemlos möglich. Sowohl Everllence (früherer Name: MAN Energy Solutions) als auch Rolls-Royce geben an, für eine Beimischung von bis zu 25 % Wasserstoff gebe es technisch keine echten Hindernisse. Lediglich Feinjustierungen seien notwendig. „Erforderlich ist, dass Komponenten wie z. B. der Turbolader abgestimmt, zur Sicherheit die Flammschutzsperren ausgelegt und Verbrennungsparameter wie der Zündzeitpunkt optimiert werden“, heißt es bei Rolls-Royce. 2G Energy gibt sogar einen Anteil von bis zu 40 % an, der mit dem herkömmlichen Motorensetup aus dem Erdgasbereich möglich sei.
Reiner Wasserstoff in Gasmotoren nach weiterer technischer Anpassung
Der reine Wasserstoffbetrieb, wie er erprobt und teilweise auch schon umgesetzt wird, erfordert bei bisher mit Erdgas oder einem Gas-Wasserstoff-Gemisch betriebenen Anlagen eine technische Anpassung. So müsse laut Rolls-Royce von der konventionellen Gemischaufladung auf zylinderindividuelle Wasserstoffeinblasung umgestellt werden.
2G Energy gibt an, man habe jedes aktuell ausgelieferte Aggregat für diese spätere Umrüstung konstruiert. Diese würde daher nur wenige Tage dauern. „Wasserstoff-Motoren sind für uns mittlerweile komplett in den standardisierten Unternehmensprozess integriert und in dem Sinne ,ein Produkt wie jedes andere‘“, so Grewe.
Bei Gasturbinen bisher kleinere Anlagen mit reinem Wasserstoff betreibbar
Bei den großen GuD-Anlagen ist die Situation etwas anders. Zwar bereiten Kraftwerksbetreiber wie Uniper hochflexible „H2-fähige“ GuD-Kapazitäten vor. Doch formuliert das Unternehmen, dass diese Anlagen „perspektivisch vollständig dekarbonisiert betrieben werden können“. Uniper arbeitet auf Herstellerseite nach eigenen Angaben eng mit Siemens Energy zusammen. Die Berliner weisen für das große Flaggschiffaggregat wie eine SGT5-4000F aber noch keine 100-%-Wasserstofffähigkeit aus. Geklappt hat das mit einer Turbine in der Praxis bei Siemens Energy schon sehr wohl. Die kleinere Schwester SGT-400, mit 10 MW bis 15 MW ein eher für industrielle Zwecke gedachtes Fabrikat, hat im Rahmen des Projekts Hyflexpower in Frankreich den Betrieb mit reinem Wasserstoff erfolgreich absolviert.
Ein technischer Effekt des Betriebs mit reinem Wasserstoff ist, dass die absolute Leistung zurückgeht. Bei 2G Energy beziffert man diesen Leistungsverlust aktuell auf 20 % bis 30 % im Vergleich zum Erdgasbetrieb. Rolls-Royce weist darauf hin, dass dieser Abfall bei modularen Kraftwerken durch die Installation zusätzlicher Motorenmodule ausgeglichen werden könne.
Gaskraftwerke für Wasserstoff, das kann klappen bis 2031
„Der geplante Zubau von ~12 GW H₂-fähiger Kraftwerke bis 2030/31 ist zum heutigen Stand physisch erreichbar mit den in der Strategie vorgesehenen, leistungsstarken Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken (GuD) sowie schnell regelbaren Gasturbinen (H₂-ready, teils als “Wasserstoff-Sprinter”)“ betont Christian Duelli, Projects Director Thermal Energy und Circular Economy beim Stuttgarter Ingenieursdienstleister Fichtner.
Entscheidend ist aber, dass die konkreten Ausschreibungsbedingungen und der gesetzliche Rahmen endlich vorliegen. Investitionsentscheidungen, so ein RWE-Sprecher, könnten erst danach gefällt werden. Zumal unklar sei, welche Technologien unter welchen Voraussetzungen teilnahmeberechtigt seien. „Mit Blick auf die Errichtung des Wasserstoff-Kernnetzes vertrauen wir darauf, dass Leitungsabschnitte priorisiert werden, über die bezuschlagte Kraftwerksstandorte angebunden werden können“, weist er auf weitere Voraussetzungen für einen realen Wasserstoffbetrieb hin.
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