Back-up-Ausschreibungsergebnisse: Wann ist ein Erdgaskraftwerk H2-ready?

„Die Erdgasverbrennung ist langjährig erprobt und aus technischer Sicht sehr sicher. Die Wasserstoffverbrennung ist intensiver, es wird heißer. Die Flammenstabilisierung muss hier anders gelöst werden. Die Schadstoffbildung ist hier einerseits vorteilhaft – es werden keinerlei CO₂, Rußpartikel oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe freigesetzt. Andererseits ergibt die heißere Verbrennung mehr Stickoxidproduktion innerhalb der Gasturbine. Dagegen kann durch geänderte Konstruktion und Verbrennungstechnik angegangen werden. Der Brenner muss also etwas anders aussehen. Dies war Forschungs- und Entwicklungsgegenstand der letzten 10 Jahre und ist auch weiterhin noch ein Forschungsthema.“

„Meines Wissens waren Wasserstoff-Kraftwerke vor drei Jahren noch nicht marktreif, sind es jetzt aber in ziemlich hohem Maße – zumindest was Versuche an großen modernen Gasturbinen-Anlagen angeht.“

„Man muss aber wissen, dass schon ein Versuch über ein paar Stunden auf einer großen Anlage die ganze bisherige Produktionskapazität an Wasserstoff eines Landes benötigt. Die Versuche sind somit bisher nur sehr eingeschränkt möglich und teuer. Daraus folgt, dass es noch keine langjährige Erfahrung im Betrieb gibt. Das bedeutet auch, dass die Risiken für einen sicheren langjährigen Betrieb noch nicht ganz genau bekannt sind.“

„H2-ready-Kraftwerke benötigen andere Brenner im Detaildesign, geänderte Gasturbinen-Steuerungseinrichtungen und eine etwas aufwändigere Abgasreinigungsanlage, weil die Stickoxidemission nicht ganz so gering ist, wie bei Erdgas-Gasturbinen. Zusätzlich benötigen sie eigentlich auch langjährige Betriebserfahrung, die aber noch nicht gegeben ist, weil bisher keine entsprechend riesigen Mengen an Wasserstoff verfügbar sind.“

„Detaillierte Angaben können nur die Hersteller und Betreiber geben. Insbesondere die Rahmeninfrastruktur – also die Wasserstoff-Versorgung, Druckerzeuger, Speicher und Sicherheitseinrichtungen – sind anders auszulegen, wenn ein Kraftwerk in der Lage sein soll, Wasserstoff zu verbrennen. Zunächst muss die Sicherheit zudem sehr konservativ – also teurer – ausgelegt werden, weil es noch keine langjährige Erfahrung gibt.“

„Ich fürchte, dass insbesondere die Verbrauchskosten für grünen Wasserstoff – derzeit nach meinem Wissensstand etwa neunmal so teuer wie Erdgas – noch sehr lange deutlich über den Kosten von Erdgas inklusive CO₂-Abgaben liegen werden. Ich vermute, dass die Bundesregierung hier in der mittleren Zukunft weniger Akzeptanz für so große Aufpreise von den Nutzern bekommen wird. Insofern werden hier Kompromisse nötig sein.“

„In der Regel werden Reservegaskraftwerke auf Basis von Gasturbinen-Anlagen diskutiert. Diese haben eine Baugröße für Leistungen von 400 Megawatt und sind zunächst eine naheliegende Lösung, um den Bedarf flexibler Kraftwerksleistung im Bereich vieler 1000 Megawatt – also vieler Gigawatt – zu decken.“

„Jüngere Studien – eine läuft gerade bei uns – zeigen aber, dass stattdessen Gasmotorkraftwerke als Reservekraftwerke volkswirtschaftlich und betriebswirtschaftlich sinnvoller, also billiger sein werden – obwohl jedes davon nur zehn bis 20 Megawatt Leistung liefern kann. Sie können verteilt über das Land oder als kombinierte Gasmotoren-Kraftwerke aufgebaut werden.“

„Die großen Vorteile: Wenn hier viele hundert solcher Gasmotoren gebaut werden, werden die Preise aufgrund der hohen Stückzahlen deutlich geringer sein. Es ist fast kein Fachpersonal zum Betrieb nötig. Wartung ist sehr viel flexibler und leichter möglich, weil in der Regel nur einige der Reservekraftwerke gerade am Laufen sind. Der Wirkungsgrad ist besser, weil kein Teillastbetrieb nötig ist. Denn bei den Strombedarfsschwankungen können immer passend ein paar Gasmotoren mehr oder weniger zu- oder abgeschaltet werden. Alle, die gerade laufen, sind in Volllast mit gutem Wirkungsgrad. Weiterhin kann so ein Gasmotor innerhalb von 5 Minuten an- oder abgeschaltet werden, bei einem Gasturbinenkraftwerk dauert dies etwa eine halbe Stunde bis mehrere Stunden.“

„Dies gilt zunächst für Erdgas. Bezüglich eines Wasserstoffbetriebes ist bei Großgasmotoren die Situation ähnlich wie bei Gasturbinen: Es geht im Prinzip, also eine Vorstufe von ‚H2-ready‘ ist gegeben, aber wichtige Fragen wie Dauerhaltbarkeit der Komponenten und Sicherheit sind noch nicht im Langzeitbetrieb erprobt.“

„Ich halte eine Mischung aus großen Gasturbinen-Kraftwerken mit Betrieb im Mittellastbereich und viele kleine Gasmotor-Kraftwerke für den sehr flexiblen Spitzenlastbereich für die beste volkswirtschaftliche Lösung.“

„Dazu sollten dann noch mehrere 1000 der schon existierenden Biogasmotoren so umgerüstet werden, dass sie ebenfalls als Reservestrom-Lieferanten genutzt werden.“

„In der Verbrennung hat Wasserstoff eine zehnfach so hohe Verbrennungsgeschwindigkeit bei höheren Temperaturen. In der Folge haben wir deutlich mehr unerwünschte Stickoxid(NOx)-Emissionen in der Verbrennungsluft. Die Brenner sind also in jedem Fall anzupassen in einem H2-ready-Kraftwerk. Zudem hat Wasserstoff eine zehnfach geringere Zündenergie mit entsprechenden hohen Anforderungen an den Explosionsschutz und die damit verbundenen Sicherheitstechnologien und Arbeitsunterweisungen. Die Kosten dafür sind entsprechend hoch, das Betriebsrisiko auch.“

„Das alles ist aber im Grunde nicht erforderlich, wenn wir den Wasserstoff über Biogasanlagen oder andere CO₂-Quellen in erneuerbares Gas – Methan – umwandeln. Wasserstoff hat nur ein Drittel der Energiedichte von Methan bei Normaldruck. Bei 200 bar – dem üblichen Speicherdruck untertage – sogar nur ein Viertel. Das heißt: Wir hätten den Winter 2022/23 nicht überstanden, wenn überall Wasserstoff eingespeichert gewesen wäre. Daher plädiere ich dafür, technologieoffen auch Power-to-Gas zu nutzen zur Gewinnung von erneuerbarem Methan. Dieses kann in den bestehenden Gaskraftwerken, Speichern, Leitungen und allen anderen Anwendungen eins zu eins genutzt werden – ohne milliardenschwere Umstellungen. Für reine Wasserstoffkraftwerke wären die derzeitigen Wasserstoffspeicherkapazitäten bei weitem nicht ausreichend.“

„Es gibt wenige Hersteller, welche H2-ready-Gasturbinen anbieten. Erste sind bereits verbaut wie im Heizkraftwerk in Frankfurt. Der Proof-of-Concept eines Großkraftwerks auf Wasserstoffbasis steht allerdings noch aus. Neben dieser fehlenden technischen Reife ist die Marktreife noch in weiter Ferne. Nicht mal die Erprobung eines H2-Gaskraftwerks in relevanter Größe läuft über mehrere Wochen oder Monate mit Wasserstoff, weil dieser schlichtweg zu teuer ist. Erst wenn ausreichend grüner Wasserstoff zu wettbewerbsfähigen Preisen verfügbar ist, können wir von Marktreife sprechen. Den Weg dahin kann man nur mit Subventionen überbrücken.“

„H2-ready-Kraftwerke sind von vornherein so ausgelegt, dass sie später mit reinem Wasserstoff oder einem Wasserstoff-Methangas-Gemisch befeuert werden können. An der Wandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie durch Turbine und Generator ändert sich nichts im Vergleich zum reinen Gaskraftwerk. Aber vor allen in der Brennstoffzufuhr und Verfeuerung, also bei Brennern, Rohrleitungen, Materialien und Sicherheitstechnik, sind bereits im Bau die wesentlich höheren technischen Anforderungen an Wasserstoff zu berücksichtigen.“

„Wasserstoff ist nur wirklich CO₂-neutral und nachhaltig, wenn er aus nachhaltigen Quellen kommt – wie zum Beispiel grüner Wasserstoff aus erneuerbaren Energien. Blauer Wasserstoff ist zwar kohlenstoffarm, aber weder nachhaltig noch CO₂-neutral. Denn in seiner Herstellung wird fossiles Erdgas benötigt. Dessen CO₂ muss abgetrennt und gespeichert werden und belegt damit wertvollen CO₂-Speicherplatz – ein knappes volkswirtschaftliches Gut. Diese Knappheit wurde in einem Nature Paper global berechnet und belegt [1]. Damit wäre Speicherplatz für nicht-vermeidbare Emissionen wie aus Zementwerken vergeben. Ohne Not, weil auch Alternativen wie grüner Wasserstoff erschlossen werden können, zu ähnlichen Preisen in der Vollkostenrechnung inklusive der Folgekosten für Klima und Lagerung des CO₂.“

„Mit einem Betrieb von H2-ready Gaskraftwerken mit Wasserstoff ist also nicht vor in zehn Jahren zu rechnen.“