Hybrid-Kraftwerk: Der Mix macht‘s

In Hybrid-Kraftwerken wird auch die Abwärme der Gasturbinen genutzt, um Strom zu erzeugen. Bild: Siemens
In Hybrid-Kraftwerken wird auch die Abwärme der Gasturbinen genutzt, um Strom zu erzeugen. Bild: Siemens

Strom, Strom und noch mehr Strom: Wir scheinen nicht genug davon kriegen zu können. Experten vermuten, dass der weltweite Strombedarf in den nächsten 20 Jahren um 70 Prozent steigen wird. Wie sollen wir es schaffen, diesen riesigen „Energiehunger“ zu stillen? Eine Möglichkeit sind natürlich erneuerbare Energien. Aber bis wir eine vollständige Energieversorgung aus Sonne, Wind und anderen umweltfreundlichen Quellen erreichen, wird es noch etwas dauern. Deswegen ist es wichtig, das Beste aus den „alten“ Brennstoffen wie Kohle, Öl und Erdgas herauszuholen. Und dazu gehört, die Kraftwerke erstens „sauberer“ zu machen und zweitens ihren Wirkungsgrad zu steigern. Eine dieser Technologien, die das zum Ziel hat, ist das Hybrid-Kraftwerk – auch Kombi-Kraftwerk genannt.

Den Begriff „Hybrid-Fahrzeug” hast du vielleicht schon mal gehört. Dabei wird ein Verbrennungsmotor mit einem Elektro-Motor kombiniert, um Kraftstoff zu sparen und die Umwelt zu schonen. „Hybrid” bedeutet also etwas „Gemischtes” oder „Kombiniertes”. In einem Hybrid-Kraftwerk wird auch etwas gemischt und kombiniert.

Es gibt zum Beispiel Kraftwerke, die mehrere erneuerbare Energieträger miteinander kombinieren. Nehmen wir einmal Wind und Biomasse: Herrscht eine Windflaute, kann man mit einer Windkraftanlage keinen Strom erzeugen. Dann greift man auf Biomasse zurück und erzeugt mit ihr den nötigen Strom. Ein Hybrid-Kraftwerk gewährleistet also, dass gleichmäßig stabile Energiemengen erzeugt werden können, um so immer den Strombedarf zu decken.

Und kombiniert man beispielsweise Solarenergie und Erdgas miteinander, lässt sich auch in der Nacht oder bei starker Bewölkung Strom erzeugen. In der Plataforma Solar de Almería im sonnigen Spanien haben DLR-Wissenschaftler eine solar-hybride Anlage bereits erfolgreich in Betrieb genommen.

Brennstoffzelle und Gasturbine: eine heiße Kombi

Eine sehr vielversprechende Kombination wird im DLR-Projekt „Hybrid-Kraftwerk“ untersucht. Eine Brennstoffzelle und eine Gasturbine stehen hierbei im Mittelpunkt. Bei einer solchen „Kombi“ sind sogar Wirkungsgrade von bis zu 70 Prozent denkbar – während normale Kohlekraftwerke gerade mal 38 Prozent schaffen. Aber zuerst muss das Ganze noch am Computer berechnet werden. Schließlich will man – bevor dieses Kraftwerk gebaut werden kann – sichergehen, dass auch alles funktioniert.

In diesem Hybrid-Kraftwerk werden gleich zwei Stromerzeuger schlau miteinander kombiniert – nämlich eine Mikro-Gasturbine und eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle. Entlang des Weges der Luft (das sind im Bild die blauen Pfeile für kalte Luft und die orange gefärbten Pfeile für warme Luft) lässt sich das verstehen: Die von außen zugeführte kalte Luft wird erst verdichtet und durch Abwärme vorgeheizt. Dann liefert sie der Brennstoffzelle Sauerstoff für die Stromerzeugung. Anschließend strömt die heiße Luft weiter in die Mikro-Gasturbine: Da wird sie in der Brennkammer noch weiter aufgeheizt und treibt dann über die Turbine den Generator an – wobei ebenfalls Strom erzeugt wird. Bevor das Abgas der Mikro-Gasturbine abgeführt wird, dient es noch zur Erwärmung der neu zugeführten Luft. So wird insgesamt mit zwei Stromerzeugern und einer geschickten Nutzung der Wärme, die gewissermaßen im System „gefangen“ bleibt, ein hoher elektrischer Wirkungsgrad erreicht. Bild: DLR