Gaskraftwerk: Wirkungsgrad, Funktion, Vor- & Nachteile
Der Wirkungsgrad von Gaskraftwerken unterscheidet sich je nach Art und Typ. Ein Gasturbinenkraftwerk oder ein gasgefeuertes Dampfkraftwerk hat nur einen Wirkungsgrad von 39 %. Ein Gas- und Dampf-Kombikraftwerk steigert den Wirkungsgrad auf 60 %. Wir erklären Ihnen im Artikel die verschiedenen Vor-und Nachteile der Gaskraftwerkstypen, sowie Funktionsweisen und die Auswirkungen auf die Umwelt von den Gaskraftwerken Deutschland.
Was ist ein Gaskraftwerk und wie funktioniert es?
In einem Gaskraftwerk wird Strom erzeugt, indem dieses Gas verbrennt. In der Regel handelt es sich bei dem eingesetzten Gas um Erdgas. Einige Kraftwerke verwenden aber auch Biogas, Holzgas, Kohlegas, Wasserstoff oder andere Brenngase. Werfen wir aber zunächst einen Blick auf die Gaskraftwerk Funktionsweise.
Die Gaskraftwerk Funktionsweise
Die Gaskraftwerk Funktionsweise ist simpel: Ein Gaskraftwerk funktioniert durch den Antrieb einer Turbine durch Wärme. Das Brenngas im Gaskraftwerk kann auf verschiedene Art und Weise eingesetzt werden: Ein Wasserkessel erhitzt das Gas und der Dampf treibt eine Turbine an (mit Gas befeuertes Dampfkraftwerk) oder das Gas dient selbst als Brennstoff, der die Gasturbine antreibt. Moderne Kraftwerke kombinieren beide Funktionsweisen.
Gaskraftwerk: Drei verschiedene Bauarten
Für die Erzeugung von Strom gibt es drei verschiedene Bauarten von Gaskraftwerken, die wir uns im Folgenden etwas genauer anschauen wollen:
- Gasturbinenkraftwerk
- Gasgefeuertes Dampfkraftwerk
- Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk (GuD)
Wie funktioniert ein Gasturbinenkraftwerk?
In einem Gasturbinenkraftwerk erfolgt die Stromerzeugung durch die Gasverbrennung. Das Herzstück des Kraftwerks ist die Gasturbine: Luft wird stark komprimiert und in eine Brennkammer geleitet. Aufgrund der Temperaturentwicklung entzündet sich das eingespritzte Gas von selbst. Die heißen Abgase setzten die Turbine in Bewegung und der Generator wandelt diese Energie in elektrischen Strom um. Abgase werden letzten Endes in die Luft abgelassen.
Wie funktioniert ein gasgefeuertes Dampfkraftwerk?
Dampfkraftwerke werden mit Brenngas (wie z.B. Erdgas) angetrieben. Das Brenngas erhitzt einen Dampfkessel und der darin entstehende Wasserdampf setzt eine Turbine in Bewegung. Wie beim Gasturbinenkraftwerk auch, wird diese Bewegung in elektrischen Strom umgewandelt. Der Dampf wird anschließend abgekühlt und als Wasser wieder zurück in den Kessel geleitet.
Besonderheiten eines Gas-und-Dampf-Kombikraftwerkes
Ein Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk (auch: GuD-Kraftwerk) setzt die beiden zuvor erklärten Methoden kombiniert ein und erzielt dadurch eine bessere Energieeffizienz. Hier kommt eine Gasturbine zum Einsatz, die durch erhitzte Brenngase angetrieben wird und Strom erzeugt. Die heißen Abgase werden nicht abgegeben, sondern erhitzen einen Kessel und erzeugen damit Wasserdampf, der eine Dampfturbine antreibt und zusätzlichen Strom erzeugt.
Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke erzeugen mit ihren beiden Turbinen also auf zweifache Weise Strom, was bedingt, dass weniger Energie verloren geht.
Der Gaskraftwerk Aufbau
Beim Bau von Gaskraftwerken wird zwischen zwei Bauarten unterschieden: Es gibt die leichte und schwere Bauart. Die schwere Bauart ist für die Produktion großer Strommengen (50 bis 340 Megawatt) konzipiert. Ein Gaskraftwerk der leichten Bauart kann schneller hochgefahren werden, allerdings ist die potenzielle Stromproduktionsmenge geringer (100 Kilowatt bis 40 Megawatt). Gaskraftwerke der leichten Bauart werden daher i.d.R. als Notstromaggregate, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen oder Industriekraftwerke eingesetzt.
Woher kommt Erdgas?Erdgas kommt als Gasgemisch unter der Erde vor. Es entsteht aus tierischen und pflanzlichen Resten, die vor Millionen von Jahren weit unter der Erde gesunken sind. Ihre Überreste haben sich durch Hitze und Druck über die Zeit u.A. in Erdgas verwandelt. Das Gas wird mithilfe von Bohrtürmen oder Pumpen an die Erdoberfläche befördert und in Pipelines transportiert. Deutschland bezieht Erdgas hauptsächlich aus Russland, Norwegen und den Niederlanden.
Wirkungsgrad Gaskraftwerk
Wie bereits in Bezug auf die Funktions- und Bauweise von einem Gaskraftwerk angesprochen, ist der Wirkungsgrad Gaskraftwerk nicht sonderlich hoch. Ein Gasturbinenkraftwerk oder ein gasgefeuertes Dampfkraftwerk weist lediglich einen Wirkungsgrad von 39 Prozent auf, was sehr schlecht ist. Bei Gas- und Dampf-Kombikraftwerken lässt sich der Wirkungsgrad jedoch auf effiziente 60 Prozent steigern.
Was sind die Vor- und Nachteile von einem Gaskraftwerk?
Werfen wir nun einen Blick auf die Gaskraftwerk Vor- und Nachteile, um besser einschätzen zu können, ob die Stromproduktion durch ein Gaskraftwerk für Deutschland sinnvoll ist oder nicht.
Vorteile von Gaskraftwerken
- Der Bau von Gaskraftwerken ist schnell und kostengünstig
- Die Stromerzeugung ist flexibel
- Schnelles Hochfahren der Gaskraftwerke erlauben einen Ausgleich bei Schwankungen im Stromnetz
- Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke haben einen sehr guten Wirkungsgrad (60 %)
Nachteile von Gaskraftwerken
- Ausstoß von CO₂ (jedoch weniger als andere fossile Energieträger)
- Emission von Schwefel-, Kohlen- und Stickoxiden
- Bekannte Gasvorräte sind begrenzt und reichen nur noch für 60 bis 70 Jahre
- Der Gaspreis ist an den Ölpreis gekoppelt, was Gas als teuren Grundstoff für die Stromerzeugung macht
- Erdgas kommt nur in wenigen Ländern vor, was Importabhängigkeiten bedingt
- Gasturbinenkraftwerke und gasgefeuerte Dampfkraftwerke haben einen geringen Wirkungsgrad (39 %)
Ist ein Gaskraftwerk umweltfreundlich?
Wie erwähnt, Gaskraftwerke stoßen Emissionen beim Verbrennen von Erdgas und der Stromerzeugung aus. Diese Emissionen sind zwar geringer als bei anderen fossilen Quellen, und können kurzfristig sinnvoll sein, langfristig stehen Gaskraftwerke aber nicht im Einklang mit den Klimazielen, die den Ausstieg aus der fossilen Energieerzeugung umfassen.
Eine Alternative können jedoch neue Gaskraftwerke sein, die ihre Turbinen für die Stromerzeugung nicht mit Erdgas antreiben, sondern Wasserstoff oder Biogas einsetzen. Diese Entwicklung gilt es zu beobachten.
Was ist Biogas?Bei Biogas handelt es sich um ein energiereiches Gasgemisch, welches bei der natürlichen Zersetzung von organischem Material – von Biomasse – unter Luftabschluss entsteht. In Biogasanlagen wird aus Gülle, aus Bioabfällen oder aus sogenannten Energiepflanzen Biogas erzeugt.
Wie steht es um das Thema Gaskraftwerk in Deutschland?
Nachdem Sie jetzt die Funktionsweise sowie die Vor- und Nachteile von Gaskraftwerken kennen, ist es interessant, einen Blick auf die Situation von Gaskraftwerken in Deutschland zu werfen. Im Rahmen der geplanten Abschaltung der letzten drei Atomkraftwerke und des geplanten Kohleausstieges kann die Nutzung von Gaskraftwerken als Übergangslösung gesehen werden, bis eine klimaneutrale Stromerzeugung flächendeckend möglich ist.
Lücken in der Stromversorgung können durch Gaskraftwerke kurzfristig geschlossen werden, denn die Erzeugung von Ökostrom durch Windkraft und Photovoltaikanlagen ist wetterabhängig. Gaskraftwerke können schnell hochgefahren werden und einspringen. Langfristig sind Gaskraftwerke aber keine Option für die klimaneutrale Stromerzeugung.
Anzahl der Gaskraftwerke in Deutschland
Stand 2022 gibt es in Deutschland mehr als 70 Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke. Ferner sind fast weitere 20 Gaskraftwerke in der Planung oder schon gebaut. Ob diese Anzahl weiter steigen wird oder wie viele bestehende Kraftwerke auf eine umweltfreundlichere Wasserstoff-Verbrennung umgerüstet werden, ist aktuell noch nicht klar.
Es gibt in Deutschland z.B. Gaskraftwerke an den folgenden Standorten:
- Gaskraftwerk Deutschland: Einige Standorte
- Gaskraftwerk Leipheim
- Gaskraftwerk Irsching
- Gaskraftwerk Leipzig
- Gaskraftwerk Moonburg
- Gaskraftwerk Kiel
Aktualität und Zukunft von Gaskraftwerken in Deutschland
Das Gaskraftwerk Deutschland ist im Zuge des Atomausstiegs und mit Hinblick auf die Energiewende und den Übergang zu erneuerbaren Energien ein wichtiger Baustein für die deutsche Energiepolitik. Gaskraftwerke verbrennen zwar auch fossile Rohstoffe, sie gelten aber im Vergleich zu Kohle als besser für die Umwelt. Sie können entsprechend als Brückentechnologie gesehen werden, bis Deutschland eine vollständig klimaneutrale Stromerzeugung erreicht hat.
Trotzdem: In Bezug auf die Versorgungssicherheitist der Preis für die Erdgasbeschaffung eine große Herausforderung. Deutschland ist abhängig auf den Import von Erdgas, das hauptsächlich aus Russland kommt. Aufgrund des Russland-Ukraine-Krieges und der dadurch bedingten Gaskrise ist die Gasversorgung in Deutschland zum einen nicht gesichert und zum anderen sehr teuer.
Fazit: Die genannten Gründe sprechen dafür, dass Gaskraftwerke eher kurz- und mittelfristig im Notfall eingesetzt werden und nicht als langfristige Lösung eine Zukunft haben!
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Kann man Gaskraftwerke umrüsten?
Die deutsche Bundesregierung plant, bis 2030 eine Infrastruktur für die schrittweise Umstellung von fossiler Energie auf umweltschonendere Energie aufzubauen. Als Übergangslösung soll hier der sogenannte blaue Wasserstoff diesen, der aus Gas gewonnen wird. Langfristig soll jedoch auf den Energieträger grüner Wasserstoff gesetzt werden.
Teil dieser Umrüstung soll die Investition in wasserstofftaugliche Gaskraftwerke sein, welche bis 2030 in Betrieb genommen und bis 2035 komplett mit Wasserstoff betrieben werden sollen. Laut Bundeswirtschaftsministerium soll dafür bis bis 2030 eine großflächige Versorgung mit grünem Wasserstoff aus Norwegen sichergestellt werden. Bis dahin könnte das skandinavische Land rund 50 Terrawattstunden grünen Wasserstoff liefern, bis 2040 sogar 150 Terrawattstunden.