Umrüstung von Gaskraftwerken - Wasserstoff spielt im erneuerbaren Energiesystem eine wichtige Rolle zur Absicherung der Stromerzeugung. Der Um und Neubau von Kraftwerken, die mit 100 Prozent Wasserstoff betrieben werden können, birgt jedoch Herausforderungen. (Grafik: Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz)
Eine gerade erschienene Studie des Reiner Lemoine Instituts (RLI) befasst sich mit aktuellen Problemen und den notwendigen Voraussetzungen für eine Umrüstung.
Wasserstoffkraftwerke sollen künftig Energie bereitstellen, wenn Strom aus erneuerbaren Energien über einen längeren Zeitraum nicht verfügbar ist. Gasturbinen für einen 100-Prozent-Wasserstoffeinsatz in größeren Kraftwerken sind heute aber noch nicht kommerziell verfügbar. Sogenannte H2-Ready-Kraftwerke sollen zur Lösung beitragen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz hat in seinem „Rahmen für die Kraftwerksstrategie“ angekündigt, diese zu fördern – im Zeitraum 2024 bis 2026 mit einem Ausschreibungsvolumen von zehn Gigawatt (GW) und danach mit weiteren fünf GW für neue oder bestehende Gaskraftwerke. Sie sollen mit Erdgas und später mit grünem Wasserstoff betrieben werden. Bis spätestens 2035 müssen diese Kraftwerke komplett auf den Betrieb mit Wasserstoff umgerüstet werden.
Fehlende rechtliche Definition von H2 Ready erschwert Umsetzung
Der Haken an der Sache: Wie die Studienergebnisse zeigen, gibt es aktuell noch keine rechtlich feststehende Definition, was H2-Ready für Kraftwerke bedeutet. Das erschwert die Planung solcher Anlagen. Nur ein klar definiertes Konzept der H2-Readiness kann einen zuverlässigen Rahmen für die Umsetzung von emissionsfreien H2-Kraftwerken bieten. Deutschland hat bislang lediglich eine implizite Definition im Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) eingeführt. Sie besagt, dass der Übergang zur 100-prozentigen Wasserstoffnutzung für weniger als zehn Prozent der ursprünglichen Investitionskosten des Kraftwerks erreichbar sein muss. Bei der Definition sollte darauf geachtet werden, dass die tatsächliche Emissionsreduktion im Vordergrund steht.
Andreas Christidis, Projektleiter der Studie am RLI, erklärt hierzu jedoch: „Eine pauschale, kostenanteilsbezogene Definition von H2-Ready wie im KWKG begünstigt Investitionen in kapitalintensivere Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke (GuD). Die sind effizienter, laufen aber insbesondere als KWK-Anlagen oft viele Stunden im Jahr. Viele Betriebsstunden bedeuten einen hohen Wasserstoffbedarf. Das ist problematisch, da erneuerbarer Wasserstoff knapp sein wird. Typische Spitzenlastkraftwerke mit nur wenigen Volllaststunden sind meist Gasturbinenkraftwerke (GT). Mit dem kostenbezogenen Kriterium von zehn Prozent in der H2-Ready- Definition wären diese voraussichtlich kaum förderfähig.“
Kategorien der Kraftwerkstypen in der Kraftwerksstrategie des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz.
Von H2-Ready zu H2 bedeutet Zeit und Kostenaufwand
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kommen zu dem Ergebnis, dass die umfangreichsten Umrüstungsmaßnahmen das Brenngas- sowie das Gasturbinensystem betreffen. Die Kosten dafür liegen bei größeren GuD-Kombikraftwerken voraussichtlich unter zehn Prozent der Ausgangsinvestition, während sie für GT-Kraftwerke wahrscheinlich deutlich höher liegen. Der Umrüstbedarf von H2-Ready-Kraftwerken auf Wasserstoffbetrieb wird außerdem in einem kurzen Zeitfenster vergleichsweise hoch sein und die Kapazitäten bei Herstellern begrenzt. Kraftwerksbetreibende sollten deshalb bereits heute die Umrüstung einplanen und Faktoren wie zum Beispiel den Platzbedarf für neue Komponenten berücksichtigen. Die Bundesregierung muss die Umrüstung außerdem verbindlich terminieren, um weitere Emissionen zu vermeiden.
Ohne grünen Wasserstoff kein emissionsfreies H2Kraftwerk
Für die Dekarbonisierung der Stromerzeugung ist der Einsatz von erneuerbarem, also grünem Wasserstoff entscheidend. „Wird fossiler Wasserstoff eingesetzt, wie zum Beispiel blauer Wasserstoff aus Erdgas, sind Emissionen von H2-Kraftwerken ähnlich hoch wie bei heutigen Erdgaskraftwerken“, betont eine der Autorinnen der Studie, Anne Wasike-Schalling. Ein 400-MW-Kraftwerk benötigt pro Stunde über 700 Megawattstunden Wasserstoff – das entspricht zwölf großen H2-Lkw-Trailern. „Für den Erfolg der Dekarbonisierung brauchen wir deshalb die erforderlichen Mengen an grünem Wasserstoff. Das ist notwendige Bedingung und Herausforderung zugleich“, so Wasike-Schalling. „Ein Anschluss der H2-Kraftwerke ans Wasserstoffkernnetz sowie dessen Belieferung mit grünem Wasserstoff sind essenziell.“
Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die benötigten Kapazitäten an H2-Kraftwerken kein starrer Wert sind und die Bundesregierung weitere Maßnahmen zur Stabilisierung des Energiesystems berücksichtigen muss. In einem Policy Briefing formulieren sie 14 Kernaussagen mit Vorschlägen für den klimafreundlichen Einsatz von H2 in der Stromerzeugung. Gefördert wurde die Studie von der European Climate Foundation. (RLI)
