Gaskraftwerke: So funktioniert die Stromgewinnung der Hightech-Anlagen
- Veröffentlicht: 16.01.2022
- 13:45 Uhr
- Amelie Geibel
Gaskraftwerke könnten beim Kohleausstieg enorm hilfreich sein. Aber wie funktioniert so eine Anlage überhaupt? Und wie nachhaltig ist der Strom? Wir erklären es. Im Clip: Grüner Wasserstoff als Wunderwaffe der Energiewende
Das Wichtigste zum Thema Gaskraftwerke
Gaskraftwerke könnten im Zuge der Energiewende eine große Rolle spielen. So diskutiert es jedenfalls derzeit die Politik.
Gaskraftwerke stoßen zwar auch Treibhausgase aus, aber deutlich weniger als Kohlekraftwerke. Beim Umbau der Energieversorgung könnten sie also unterstützend Strom liefern und so einen Strom-Blackout vermeiden.
Aber wie funktionieren Gaskraftwerke eigentlich und wie nachhaltig sind sie wirklich? Wir haben die wichtigsten Informationen für dich.
Was ist ein Gaskraftwerk?
Ein Gaskraftwerk erzeugt Strom, indem es Gas verbrennt. Meist handelt es sich dabei um Erdgas. Es gibt aber auch Kraftwerke, die mit Biogas, Holzgas, Kohlegas, Wasserstoff oder anderen Brenngasen arbeiten.
Grundsätzlich gibt es 3 verschiedene Bauarten von Gaskraftwerken:
- Gasturbinenkraftwerke
- gasgefeuertes Dampfkraftwerke
- Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke (GuD)
Wie die einzelnen Kraftwerke funktionieren, erklären wir dir unten.
Erdgas: Was ist das eigentlich?
🎈 Erdgas ist ein Gasgemisch, das unter der Erde zu finden ist. Es besteht hauptsächlich aus Methan (CH4).
🦴 Erdgas entsteht aus den Resten von Pflanzen und Tieren, die vor Millionen von Jahren ausgestorben und weit unter der Erde gesunken sind. Durch Hitze und Druck haben sich über die Zeit ihre Überreste unter anderem in Erdgas verwandelt.
🛢 Damit gehört Erdgas zu den fossilen Brennstoffen bzw. fossilen Energieträgern - genau wie Erdöl, Steinkohle, Braunkohle und Torf.
🌍 Erdgas findet sich in sogenannten "Erdgasfallen" unter der Erde. Das sind Strukturen aus löchrigem Speichergestein unterhalb von festem Deckgestein. Hier sammelt sich unter hohem Druck das Erdgas aus der Tiefe, kann aber durch das dichte Deckgestein nicht nach oben entweichen. In der Nähe sind meist auch Erdöl und Kohle zu finden.
🦾 Das Erdgas wird dann mithilfe von Bohrtürmen und Pumpen an die Erdoberfläche befördert. Von dort aus wird es mittels riesiger Pipelines über Land transportiert - oft auch in fremde Länder exportiert.
🇷🇺 Deutschland bezieht sein Erdgas hauptsächlich aus Russland, gefolgt von Norwegen und den Niederlanden. Nur ungefähr ein Fünftel des Bedarfs kommt aus Deutschland selbst.
⛽ In Deutschland ist der Preis für Erdgas an den Ölpreis gekoppelt. Das ist kein Gesetz, sondern eine brancheninterne Vereinbarung aus den 60er-Jahren. Heißt konkret: Steigt der Preis für Erdöl, zieht der Preis für Erdgas 3 bis 6 Monate später nach.
💰 Der Grund: Die großen Gasgesellschaften handelten damals auch mit Öl. Sie wollten einen internen Preiskampf zwischen den zwei Rohstoffen vermeiden. Immerhin war die Gewinnung und der Transport von Erdgas für sie eine hohe Investition. Die Ölpreisbindung ist für Privatkunden heutzutage nicht mehr zulässig, in der Industrie gilt sie weiterhin.
Wie funktioniert ein Gasturbinenkraftwerk?
🔥 In einem Gasturbinenkraftwerk wird allein durch die Gasverbrennung Strom erzeugt.
🔥 Herzstück der Kraftwerke ist eine Gasturbine. Die funktioniert prinzipiell wie das Triebwerk eines Düsenjets.
🔥 Luft wird dabei stark komprimiert und in eine Brennkammer geleitet. Das lässt die Temperatur dort so stark ansteigen, dass sich das eingespritzte Gas von selbst entzündet.
🔥 Die heißen Abgase treffen auf die Turbine und setzen sie damit in Bewegung. Es entsteht kinetische Energie.
🔥 Ein Generator wandelt diese kinetische Energie schließlich in elektrischen Strom um.
🔥 Die heißen Abgase gelangen dann über einen Kamin in die Luft.
Gasturbinenkraftwerk: Vor- und Nachteile
✔ Gasturbinenkraftwerke sind einfach und kostengünstig aufgebaut. Zudem sind die Anlagen nicht sehr groß.
✔ Sie erreichen sehr schnell ihre Höchstleistung und sind flexibel einsetzbar.
❌ Gasturbinenkraftwerke haben leider einen geringen Wirkungsgrad. Das ist das Verhältnis zwischen erzeugter nutzbarer Energie und zu Beginn eingesetzter Energie - also die Energieeffizienz des Kraftwerkes. Der Wirkungsgrad liegt hier nur bei rund 30 Prozent.
❌ Die heißen Abgase werden einfach freigesetzt, obwohl in ihnen noch viel ungenutzte Energie steckt.
❌ Erdgas ist teuer. Innerhalb von 2021 sind die Preise enorm angestiegen. Für 2022 wird das Dreifache des Durchschnitts der letzten Jahren prognostiziert.
‼ Gasturbinenkraftwerke gibt es aufgrund ihrer schlechten Effizienz immer seltener. Die meisten werden zu Kombikraftwerken umgerüstet. Ausnahmen sind Kraftwerke, die Spezialgase wie Biogas, Grubengas, Deponiegas oder Ähnliches verbrennen.
Wie funktioniert ein gasgefeuertes Dampfkraftwerk?
🌪 Hierbei handelt es sich um Dampfkraftwerke, die mit Brenngas (zum Beispiel Erdgas) angetrieben werden - anstelle von Kohle oder Öl.
🌪 Das Brenngas erhitzt dabei einen Dampfkessel. Der darin entstehende Wasserdampf setzt eine Turbine in Bewegung.
🌪 Ein Generator übersetzt diese kinetische Energie in elektrischen Strom.
🌪 Der Dampf wird anschließend wieder gekühlt und als Wasser zurück in den Kessel geleitet.
Gasgefeuertes Dampfkraftwerk: Vor- und Nachteile
✔ Der Wirkungsgrad von Dampfkraftwerken ist mit über 40 Prozent besser als bei reinen Gasturbinenkraftwerken.
✔ Durch die Nutzung von Brenngasen anstelle von Kohle oder Öl fällt hier auch keine Asche oder Schlacke an.
❌ Der Bau eines gasgefeuerten Dampfkraftwerks ist sehr teuer und braucht viel Platz.
❌ Der Wirkungsgrad ist zwar besser, aber immer noch nicht gut.
❌ Die Startzeit ist recht lange. Erst nach rund einer Stunde ist das Kraftwerk bei Volllast.
‼ Aufgrund dessen und der steigenden Gas-Kosten gibt es immer weniger gasgefeuerte Dampfkraftwerke. Der Trend geht auch hier zu Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken.
Wie funktioniert ein Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk (GuD-Kraftwerke)?
⚡ Ein Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk (GuD) verbindet die oben erklärten Techniken miteinander. Damit erzielt es eine deutlich bessere Energieeffizienz.
⚡ Auch hier kommt eine Gasturbine zum Einsatz. Durch das Erhitzen von Brenngasen setzt sich die Turbine in Bewegung und erzeugt kinetische Energie.
⚡ Anstatt die heißen Abgase danach aber freizusetzen, nutzt sie das Kombikraftwerk erneut.
⚡ Die heißen Abgase erhitzen einen Kessel und erzeugen damit Wasserdampf. Dieser betreibt schließlich eine Dampfturbine und generiert zusätzlich Strom.
⚡ Der heiße Wasserdampf wird dann abgekühlt und das Wasser fließt zurück in den Kessel.
⚡ Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke erzeugen mit ihren 2 Turbinen also zweifach Strom. Dabei geht deutlich weniger Energie verloren.
Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk: Vor- und Nachteile
✔ Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke haben einen sehr guten Wirkungsgrad von rund 60 Prozent.
✔ Die Gasturbine macht das Kraftwerk flexibel und schnell einsatzbereit.
✔ Im Vergleich zu Kohlekraftwerken ist der Bau deutlich günstiger und schneller.
❌ Aufgrund der hohen Gaskosten ist der Brennstoff jedoch recht teuer. Das führt zu hohen Betriebskosten.
‼ Aus diesem Grund werden GuD-Kraftwerke derzeit noch selten für die Grundversorgung genutzt.
Wie nachhaltig ist ein Gaskraftwerk?
Bei der Verbrennung der Gase entsteht Kohlendioxid (CO2). Somit sind auch hier die Abgase klimaschädlich. Aber: Im Vergleich zu Kohlekraftwerken sind die Emissionen deutlich geringer. Ein Kohlekraftwerk stößt im Durchschnitt 1.000 g CO2 pro Kilowattstunde (g/kWh) aus. Ein Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk nur rund 400 g/kWh. Selbst ein reines Gasturbinenkraftwerk hat mit rund 600 g/kWh weniger Emissionen.
Allerdings entstehen bei der Verbrennung auch Schwefel-, Kohlen- und Stickoxide. Zudem kommt es bereits beim Transport des Erdgases zu Methan-Emissionen.
Gaskraftwerke: Erdgas ist eine endliche Ressource
Erdgas ist nicht nur teuer, uns gehen auch die Vorräte aus. Mit dem bekannten Bestand werden wir nur rund 60 bis 70 Jahre lang auskommen. Die Preise werden somit weiterhin steigen - zudem wird es zu politischen Konflikten kommen. Immerhin importiert Deutschland den Großteil seines Erdgases aus dem Ausland, das Meiste aus Russland. Werden die Bestände knapper, wird auch der Export zum Erliegen kommen. Das wird schnell zu politischen Spannungen führen.
Gaskraftwerke als Übergangslösung?
💡 Deutschland schaltet bis Ende 2022 die letzten 3 Atomkraftwerke ab. Zudem ist bis 2038 der Kohleausstieg geplant. Bis 2045 soll Deutschland dann ganz klimaneutral sein.
💡 Die Folge: potenzielle Lücken in der Stromversorgung. Um diese schließen zu können, werden Gaskraftwerke womöglich eine Rolle spielen.
💡 Denn: Wind- und Solar-Kraftwerke sind stark wetterabhängig. Bei schlechten Wetterbedingungen könnten die flexiblen und schnellen Gaskraftwerke einspringen und die Lücken der Stromversorgung schließen.
💡 Das Umweltbundesamt sieht Gaskraftwerke als eine Art Brücken-Technologie, die beim Umbau der Energieversorgung aushelfen soll.
💡 Langfristig stehen Gaskraftwerke aber derzeit nicht im Einklang mit den Klimazielen.
💡 Eine Alternative könnten neue Gaskraftwerke sein, die nicht auf Erdgas setzen. Stattdessen könnten Wasserstoff oder Biogas zum Einsatz kommen.
Wie viele Gaskraftwerke gibt es in Deutschland?
Aktuell gibt es in Deutschland über 70 Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke. Zudem sind derzeit fast 20 Gaskraftwerke in Planung oder bereits in Bau. Wie weit diese Zahl noch steigen wird oder wie viele bestehende Kraftwerke auf Wasserstoff-Verbrennung umgerüstet werden, ist derzeit noch unklar.