Neben hoher Verfügbarkeit und Effizienz, ist Flexibilität eine neue elementare Anforderung an moderne Kraftwerke, die an das starken Fluktuationen unterworfene Stromnetz angeschlossen sind. Hierfür ist die Optimierung einzelner Komponenten, sowie die Ausarbeitung gänzlich neuer Kraftwerkskonzepte für den Energiemarkt des 21. Jahrhunderts notwendig. Zudem sollte aus Kosten- und Nachhaltigkeitsaspekten die Langlebigkeit von Kraftwerken erhöht werden, die besonders durch Hochtemperaturkorrosionseffekte limitiert ist.
Im Angesicht dieser Anforderungen, werden am EST in verschiedenen Projekten die Quantifizierung und Beherrschung von Hochtemperaturkorrosion, Effizienzsteigerungen in der Kraftwerkstechnik sowie die Flexibilisierung verschiedener Anlagetypen und Prozessketten untersucht. Somit wird ein bedeutender Beitrag für das erfolgreiche Gelingen der „Energiewende“ geleistet.
Prozessoptimierung und -flexibilisierung
Während in den letzten Jahrzehnten erhebliche Verbesserungen in Puncto Kraftwerkseffizienz erzielt werden konnten, sind Fortschritte hinsichtlich der Flexibilität großer Kraftwerksblöcke nach wie vor überschaubar, da diese weiterhin fast ausschließlich als Grundlast-Kraftwerke ausgelegt werden. Dies bedeutet, dass eines ihrer größten Potentiale, die hohe Verfügbarkeit, im modernen Strommarkt teilweise ungenutzt bleibt, da Lastflexibilität ein notwendiges Kriterium für den Einsatz als Netzdienstleister (Stabilisierung des Strommarktes) ist. Somit sind Weiterentwicklungen und Untersuchungen auf diesem Forschungsgebiet gefordert, um mit Hilfe von effizienten und klimaschonenden Schattenkraftwerken auch in Zukunft eine sichere, und zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten.
In diesem Kontext befasst sich das EST im Rahmen seiner Forschung damit das Teillast- und Minimallastverhalten von Circulating Fluidized Bed (CFB) Boilern zu optimieren. Hierbei ist es nicht nur das Ziel schnelle Lastwechsel zu ermöglichen, sondern auch insbesondere im transienten Betrieb effizient und emissionsarm Energie bereitstellen zu können. Des Weiteren zielt die Forschung darauf ab herkömmliche Brennstoffe sukzessive durch alternative Brennstoffe wie Biomasse oder Abfälle zu ersetzen, um die CO₂ Bilanz der Kraftwerke weiter zu optimieren.
Neben diesen Optimierungen werden am EST ganzheitlich neuartige Verfahren entwickelt, die die Sektorenkopplung weiter vorantreiben. Hierzu gehört zum Beispiel die Kombination von Müllverbrennungsanlagen mit Carbon Capture und Synthese Technologien, die es ermöglichen, je nach Lastanforderung, den gewonnenen Strom einzuspeisen oder „off-Grid“ effizient zur Erzeugung von Basischemikalien zu nutzen. Darüber hinaus bieten solche Verfahren auch im Falle eines Überangebots von Strom (negative Strompreise) eine Möglichkeit überschüssigen Strom effektiv zu verwerten (Power-to-Chemical) und stellen somit einen idealen Netzdienstleister dar.
Außerdem werden am EST sensible Wärmespeicher für die effiziente Speicherung thermischer Energie untersucht, die die Integration erneuerbarer Energieträger in den Strommarkt vorantreiben.
Entwicklung von Messtechnik
Am EST wurden Messtechniken entwickelt, um während des Betriebes von Kraftwerken rauchgasseitig auftretende Prozesse quantifizieren zu können. Hierzu zählen die Hochtemperaturkorrosionssonden, welche dem Betreiber online Rückmeldung über den Einfluss von Fahrweise und Brennstoffzusammensetzung auf die Korrosion im Dampferzeuger sowie im Überhitzer gibt, sowie die kapazitive Sonde, mit welcher Partikelbeladung und -geschwindigkeit in Wirbelschichten raumaufgelöst ermittelt werden können. Die bestehenden Messtechniken werden fortlaufend optimiert und sind bei mehreren Industriepartnern im Einsatz.
