China baut weltweit erste Anlage dieser Art – CO₂-Turbine ersetzt Wasserdampf

China baut ein Kraftwerk, in dem ausgerechnet CO₂ eine wichtige Rolle bei der Stromerzeugung spielen soll. Allerdings wird das Treibhausgas dort weder verbrannt noch dauerhaft gespeichert. Es übernimmt eine Aufgabe, für die Kraftwerke seit mehr als einem Jahrhundert vor allem Wasserdampf verwenden: CO₂ soll eine Turbine antreiben. Das könnte die Stromerzeugung nicht nur effizienter machen, sondern vor allem schneller auf Schwankungen im Stromnetz reagieren lassen.

Am 16. September hat im ostchinesischen Yantai der Bau des Demonstrationsprojekts „Ruitan“ begonnen. Geplant ist eine 50-Megawatt-Anlage mit überkritischem CO₂, gekoppelt an einen Flüssigsalzspeicher mit 100 Megawatt Leistung und 400 Megawattstunden Kapazität. Das Projekt soll 2027 in Betrieb gehen, berichtet die staatliche Nachrichtenagentur Xinhua unter Berufung auf Huaneng.

Flüssiges Salz speichert die Energie

Das Prinzip beginnt mit einem großen Wärmespeicher. Ist wenig Strom gefragt, wird überschüssige elektrische Energie genutzt, um Flüssigsalz von etwa 280 auf 560 Grad Celsius zu erhitzen. Die Energie wird anschließend als Wärme im heißen Salz gespeichert.

Steigt der Strombedarf, läuft der Prozess in die andere Richtung. Das heiße Salz gibt Wärme über einen Wärmetauscher an CO₂ ab. Dieses strömt anschließend durch die Turbine und erzeugt Strom.

Der entscheidende Unterschied zu vielen konventionellen Kraftwerken liegt damit im Arbeitsmedium. Statt Wasser zu erhitzen, daraus Dampf zu erzeugen und damit eine Turbine anzutreiben, setzt Ruitan nach Angaben des am Projekt beteiligten Anlagenbauers Harbin Boiler Company (HBC) auf überkritisches Kohlendioxid. Doch was bedeutet „überkritisch“ überhaupt?

CO₂ erreicht bei einer Temperatur oberhalb von rund 31 Grad Celsius und einem Druck von etwa 74 bar seinen sogenannten kritischen Punkt. Jenseits davon lässt es sich nicht mehr eindeutig als Flüssigkeit oder Gas beschreiben. Es verbindet Eigenschaften beider Zustände: Es kann ähnlich wie ein Gas strömen, besitzt gleichzeitig aber eine vergleichsweise hohe Dichte.

Das macht es für Kraftwerke so interessant. Auf relativ kleinem Raum lässt sich viel Energie transportieren. Turbinen und weitere Komponenten können dadurch kompakter werden als bei vergleichbaren Dampfsystemen.

CO₂-Turbine soll viermal schneller reagieren

Noch wichtiger könnte allerdings die Geschwindigkeit sein. Nach Angaben von Harbin Boiler, das zwei zentrale Wärmetauscher für das Projekt entwickelt, soll die CO₂-Anlage ihre Leistung stufenlos zwischen null und 100 Prozent verändern können. Die Regelgeschwindigkeit soll ungefähr viermal so hoch wie bei herkömmlichen Kohlekraftwerksblöcken sein. Auch Huaneng nennt über die chinesische Staatsvermögensaufsicht diesen Wert.

Das könnte besonders bei einem Stromsystem mit viel Wind- und Solarenergie wichtig werden:

• Überschüssiger Strom kann als Wärme im Salz gespeichert werden.
• Bei steigendem Bedarf lässt sich daraus wieder Strom erzeugen.
• Die CO₂-Turbine soll ihre Leistung besonders schnell anpassen können.
• Die Technik benötigt nach Angaben der Projektverantwortlichen zudem deutlich weniger Wasser.

Letzterer Punkt ist auch ökologisch interessant. Herkömmliche thermische Kraftwerke können große Mengen Wasser benötigen. Die Betreiber sprechen bei der neuen CO₂-Technik dagegen von einem nahezu wasserfreien Betrieb des entsprechenden Kraftwerkskreislaufs. Für trockene Regionen könnte das ein erheblicher Vorteil sein.

Auch die Effizienz soll steigen. Bei vergleichbarer Leistung und vergleichbaren Betriebsparametern soll die neue Technik nach Projektangaben einen um drei bis fünf Prozentpunkte höheren Wirkungsgrad erreichen als konventionelle Technik.

Ob die Vorteile tatsächlich erreicht werden, muss sich noch zeigen

Harbin Boiler bezeichnet Ruitan als weltweit erstes kommerzielles Demonstrationsprojekt, das Flüssigsalzspeicherung mit einem überkritischen CO₂-Kreislauf koppelt. Die 50-Megawatt-Anlage soll 2027 in Betrieb gehen.

Ob sie tatsächlich effizienter arbeitet, nahezu ohne Wasser auskommt und viermal schneller reagiert, muss sich dann erst zeigen. Ruitan entsteht zudem am Kohlekraftwerk Bajiao. Interessant ist die Technik vor allem als Speicherlösung: Sie könnte künftig helfen, schwankenden Wind- und Solarstrom besser auszugleichen.

Kurz zusammengefasst:

• China baut mit Ruitan einen 400-MWh-Flüssigsalzspeicher, der Energie als Wärme speichert und damit bei Bedarf eine 50-Megawatt-Turbine antreibt.
• Statt Wasserdampf nutzt die Anlage überkritisches CO₂: Unter hohem Druck besitzt es eine hohe Dichte, wodurch die Technik kompakter werden und ihre Leistung besonders schnell anpassen kann.
• Die CO₂-Turbine soll viermal schneller reagieren, effizienter arbeiten und fast ohne Wasser auskommen – ob sie diese Vorteile tatsächlich erreicht, muss sich nach der geplanten Inbetriebnahme 2027 zeigen.

Übrigens: Auch in Deutschland wird überschüssiger Strom als Wärme gespeichert – in Brunsbüttel übernehmen diese Aufgabe einfache Ziegelsteine. Die Wärme-Batterie soll Erdgas ersetzen und Prozessdampf für die Industrie liefern. Mehr dazu in unserem Artikel.

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