Turbomaschinen für die Kraftwerke der Zukunft

Der Wirkungsgrad von Gas- und Kohlekraftwerken konnte in den letzten beiden Jahrzehnten erheblich gesteigert werden, zum Beispiel bei den mit Erdgas befeuerten Kombikraftwerken von weniger als 50 auf heute annähernd 60 Prozent. Dieser Fortschritt beruht wesentlich auf einem Innovationsschub in der Turbinentechnik, zu dem in Deutschland die AG Turbo, ein Forschungsverbund von Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Industrie, maßgeblich beigetragen hat.

Diese Innovationen erlauben nicht nur eine effizientere Nutzung der fossilen Brennstoffe, sondern führen auch zu deutlich verringerten Kohlendioxid-Emissionen, dienen also dem Klimaschutz. Künftig wollen Wissenschaft und Industrie nicht nur den Wirkungsgrad weiter verbessern, sondern generell die Belastung der Atmosphäre mit CO2 so weit wie möglich vermeiden.

Die Versorgungslage bei Erdgas und Erdöl und stetig steigende Energiepreise haben die Sicherheit der Energieversorgung wieder ganz nach oben auf die politische Agenda gesetzt. Dabei ist absehbar, dass die fossilen Brennstoffe wie Kohle und Gas auch künftig die tragenden Säulen in der Stromversorgung sein werden. „Sicher ist aber auch, dass diese fossilen Energieträger künftig noch effizienter und umweltverträglicher als heute genutzt werden müssen“, sagte Ministerialrat Helmut Geipel vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) am 6. Dezember 2006 aus Anlass des 10. Statusseminars des Forschungsverbundes AG Turbo in Köln-Porz.

Das Bundeswirtschaftsministerium fördert die Forschung und Entwicklung zur Verbesserung der Kraftwerkstechnologie, insbesondere die stetige Verbesserung der Turbinentechnik, dem Kernstück eines jeden Kraftwerks. Geipel wies vor der Presse darauf hin, dass die Erreichung besserer Kraftwerkswirkungsgrade nicht nur einen Effizienzgewinn und damit eine bessere Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung bedeute, sondern auch einen aktiven Beitrag zum Klimaschutz leiste, weil entsprechend weniger Brennstoff benötigt und damit weniger CO2 in die Atmosphäre abgegeben werde. „Zur Vorbereitung auf die künftigen Anforderungen der Kohle- und Gasnutzung dient das Kraftwerksforschungsprogramm COORETEC des BMWi, das für CO2-Reduktions-Technologien steht“, sagte Geipel.

Einhergehend mit der Verbesserung der Wirkungsgrade haben die Hersteller in Deutschland ihren Weltmarktanteil bei Gas- und Dampfturbinen für Kraftwerke erheblich steigern können. „Turbinen sind inzwischen geradezu ein Paradeprodukt des Export-Weltmeisters Deutschland“, kommentierte Dr. Dirk Goldschmidt von der Siemens AG vor der Presse in Köln-Porz. Etwa 80 Prozent der hierzulande gefertigten Kraftwerksturbinen gehen an Abnehmer im Ausland; zur Zeit liegt der Schwerpunkt im asiatisch-pazifischen Raum. Die Branche beschäftigt im Turbinenbereich 59.000 Mitarbeiter, davon 18.000 im Inland. Hinzu komme eine erhebliche Anzahlt von Arbeitsplätzen bei Zulieferbetrieben, vor allem kleinen und mittleren Unternehmen, so Goldschmidt. Die Branche blickt selbstbewusst in die Zukunft, denn „technologisch sind wir Weltspitze“, sagte Goldschmidt.

Die Wirtschaftlichkeit und Ressourcenschonung steht schon seit jeher im Fokus der AG Turbo. In nahezu allen Kernkomponenten der Turbinentechnik wurden durch Verbesserung in der Aerodynamik, der Kühlung, der schadstoffarmen Vormischverbrennung sowie bei den Werkstoffen in den letzten 25 Jahren gravierende Fortschritte erzielt. Sie ermöglichten es, die Wirkungsgrade etwa der Kombikraftwerke von knapp 50 Prozent auf heute fast 60 Prozent zu steigern. „Wenn wir nun an der Vision arbeiten, in naher Zukunft ein emissionsfreies Kraftwerk zu bauen, so muss uns klar sein, dass dies aufs Neue erhebliche Forschungsanstrengungen und neue Technologien erfordert“, betonte Prof. Dr. Sigmar Wittig, Vorsitzender des Vorstands des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. Wenn es den Ingenieuren gelinge, das CO2 aus den Verbrennungsprodukten der Kraftwerke abzuscheiden und getrennt von der Atmosphäre zu deponieren, so sei dies mit einem zusätzlichen Energiebedarf verbunden, der die Wirtschaftlichkeit in Frage stellen könne. „Der einzige Ausweg aus dieser Misere liegt in der Vermeidung von Emissionen“, kommentierte Wittig.

Voraussetzung für einen technologischen Erfolg der Turbinenforschung und -entwicklung in Deutschland ist eine funktionierende, Synergien freisetzende Zusammenarbeit zwischen Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industrie . Darauf wies Prof. Dr.-Ing. Jörg Seume von der Leibniz-Universität Hannover hin: „Die Verbundforschung der AG Turbo hat sich vorbildlich bewährt und ist für die Lösung künftiger Herausforderungen unverzichtbar“. Wie Seume erklärte, gehe es der AG Turbo natürlich vor allem darum, die Produkte, also die Turbomaschinen, zu verbessern. Die Zusammenarbeit im Forschungsverbund habe umgekehrt aber auch äußerst positive Effekte für die Ausbildung an den Hochschulen: „Wir lassen die Forschungsergebnisse, die wir in der Zusammenarbeit mit der Industrie erzielen, in die Lehre einfließen und sorgen dafür, dass diese vorwettbewerblichen Informationen zum Nutzen der gesamten Wirtschaft in Veröffentlichungen verbreitet werden.“

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Geschäftsstelle AG Turbo
c/o Institut für Antriebstechnik,
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