Thermische Kraftwerke

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Der Kraftwerksbau kämpft weiterhin mit vielfältigen und sich verschärfenden Herausforderungen im deutschen und europäischen Markt.

2020: Ein historisches Krisen und Wendejahr für den Energieanlagenbau

Die weltweiten Investitionen in den Energiesektor brachen im Zuge der Covid-19-Pandemie um 18 % ein. Zugleich wurde der historische Höhepunkt des Primärenergieverbrauchs voraussichtlich überschritten sowie das globale Ende der Kohleverstromung und der Einstieg in eine dekarbonisierte Energiewirtschaft eingeläutet. Der in der VDMA Arbeitsgemeinschaft Großanlagenbau organisierte Kraftwerksbau musste vor diesem Hintergrund 2020 deutliche Auftragseinbußen verzeichnen. Die Gesamtbestellungen gingen um 29 % auf 4,2 Mrd. € (2019: 5,9 Mrd. €) zurück. Das ist das niedrigste Niveau seit 1999.

 

Der Kraftwerksbau kämpft weiterhin mit vielfältigen und sich verschärfenden Herausforderungen im deutschen und europäischen Markt. Effiziente und Treibhausgas (THG)-mindernde Technologiepfade wie etwa die thermische Abfallbehandlung sehen sich mit gesellschaftlichen Akzeptanzfragen konfrontiert. Durch politisch induzierte Unsicherheiten wird das Investitionsumfeld gleichzeitig immer volatiler und langfristigen Investitionsplanungen fehlt es häufig an Verlässlichkeit. Dies verhindert in einigen Fällen sogar Projekte, die zur CO2-Minderung beitragen könnten wie zum Beispiel die Kohlendioxyd-Abscheidung und Speicherung (CCS) sowie die Abscheidung und Nutzung dieses Gases (CCU). In anderen Ländern wie z.B. China, den Niederlanden, Norwegen und den USA sind CCS und CCU hingegen bereits akzeptierte und wirtschaftlich attraktive Klimaschutztechnologien sowohl im Energie- als auch im Industriebereich, die dazu beitragen, die bis zum Jahr 2050 angepeilten CO2-Emissionsminderungsziele in den Industrienationen zu erreichen.

Nach Jahrzehnten des Wachstums hat der globale Primärenergiebedarf 2019 seinen vorläufigen Höhepunkt erreicht. Der World Energy Outlook 2020 rechnet in seinem Sustainable Development-Szenario, das auf einem integrierten Ansatz zur Erreichung der Pariser Klimaschutzziele und der UN Nachhaltigkeitsziele basiert, mit einem moderaten, aber kontinuierlichen Rückgang des Energieverbrauchs um 0,7 % jährlich bis 2030. Frühere Prognosen eines weiter steigenden globalen Primärenergiebedarfs werden sich demnach mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht bewahrheiten. Dazu tragen der Umbau der globalen Energiesysteme auf regenerative Quellen sowie Erfolge bei der Verbesserung der Energieeffizienz in der Industrie und im Gebäude- und Verkehrssektor bei.

Demgegenüber wird der globale Strombedarf bis 2030 auf 31.465 Terawattstunden (TWh) Energieleistung im Vergleich zu 26.942 TWh im Jahr 2019 anwachsen. Das entspricht einem Zuwachs von 17 % bzw. durchschnittlich 1,4 % jährlich. Während der Bedarf in den meisten Industriestaaten stagniert, sind in den asiatischen Schwellenländern (vor allem in China und Indien) deutliche Zuwächse zu erwarten.

Der Anteil der Kohlekraft an der globalen Energieerzeugung hat bereits 2019 seinen wahrscheinlichen Höhepunkt überschritten und wird aufgrund von staatlichen Verpflichtungen zu(r) THG-Minderung weiter abnehmen. Viele Länder haben den Kohleausstieg bereits beschlossen – u.a. Frankreich (2022), die Niederlande (2029) und Deutschland (2038) – und entsprechende Maßnahmen zur Substitution von Kohle durch andere Energieträger eingeleitet. Zahlreiche Experten haben ihre Prognosen daher überarbeitet und gehen mittlerweile davon aus, dass sich der Anteil von Kohle an der globalen Gesamtenergieerzeugung bis 2030 mehr als halbieren wird. Für den weltweiten Energiemix lassen sich somit folgende langfristige Trends ableiten:

  • Die erneuerbaren Energien behaupten ihre Stellung als die am schnellsten wachsenden Energiequellen.
  • Die Bedeutung der Kohlekraft sinkt schneller als noch vor kurzem prognostiziert. Durch den Wechsel auf andere Brennstoffe wie etwa Erdgas kann es gelingen, den CO2-Ausstoß im Energiesektor kurzfristig weiter zu senken.
  • Mittel- und langfristig eröffnet der Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff in Gaskraftwerken großes Potenzial. In Form von grünem Wasserstoff können Treibhausgasemissionen sogar komplett vermieden werden.
  • Die Kernkraft kann in einigen Regionen der Welt ihre aktuelle Bedeutung behalten oder sogar ausbauen, im Gesamtenergiemix verlieret sie dennoch relativ an Bedeutung.

Gleichzeitig erfordert der Rückbau netzstabilisierender Großkraftwerke und die zunehmende Nutzung regenerativer Energien einen beschleunigten Ausbau der Stromnetze, das Vorhalten von Reservekapazitäten und die Entwicklung von effizienten Energiespeichern. Wasserstoff könnte in diesem Zusammenhang eine Schlüsselfunktion einnehmen.

Ungeachtet unterschiedlicher Ausbaupfade, Schwerpunktsetzungen und Geschwindigkeiten setzt sich der Trend zur Dekarbonisierung weltweit ungebrochen fort. In diesem Zusammenhang ist der Ausbau der erneuerbaren Energien die wirkungsvollste Maßnahme. Unter allen Energieträgern verzeichneten die erneuerbaren Energien im vergangenen Jahr das stärkste Wachstum. Mit einem prognostizierten jährlichen Zuwachs von 16 % (bis 2030) ist die Photovoltaik dabei die am schnellsten wachsende Energiequelle und profitiert von niedrigen Stromgestehungskosten in sonnenreichen Ländern sowie von staatlichen Förderprogrammen. Nach aktuellen Prognosen werden die erneuerbaren Energien bereits im Jahr 2030 mit 52 % den größten Anteil aller Energieträger an der weltweiten Stromerzeugung haben. 

Gleichzeitig entwickelt sich Wasserstoff schrittweise zu einem Energieträger, der die Spielregeln auf den globalen Energiemärkten nachhaltig verändert und neben den erneuerbaren Energien zu einer zweiten tragenden Säule im globalen Energiesystem werden könnte.

Derzeit basiert das Geschäftsmodell von neuen Gasturbinenkraftwerken vielerorts noch auf dem Ersatz von Kohlekraftwerken mit tendenziell geringeren Einsatzzeiten und einem deutlich reduzierten CO2-Ausstoß. Zukünftig werden jedoch vermehrt wasserstoffbetriebene Anlagen als CO2-freie Energiespeichersysteme zur Verfügung stehen und das Stromnetz in einer durch den zunehmenden Einsatz erneuerbarer Energien volatiler werdenden Energieversorgung zusätzlich stützen.

Im Bereich der thermischen Kraftwerke ist der Wasserstoffeinsatz deshalb eng mit der Frage von Nachnutzungskonzepten für bestehende konventionelle Kraftwerksstandorte und deren infrastruktureller Anbindung sowie mit der Frage der generellen Umrüstbarkeit von Gasturbinenanlagen verbunden.

Funktionierende Konzepte für die Bereitstellung von ausreichenden Mengen an Wasserstoff an den jeweiligen Standorten müssen noch entwickelt werden und hängen dabei maßgeblich von der bestehenden Infrastruktur ab. Darüber hinaus stehen die Planungen für den Bau von Wasserstoffpipelines und von Anlagen für die Wasserstoffproduktion sowie die Entwicklung von entsprechenden Lagerkonzepten ebenfalls noch am Anfang.

Unter dem Schlagwort „H2-Ready“ erwartet besonders in Europa und Nordamerika der Markt eine konsequente Umrüstbarkeit von neuen Gasturbinenkraftwerken vom Brennstoff Gas auf einen reinen Wasserstoffbetrieb im Zeitraum 2025 bis 2035. Eine sukzessive Anreicherung von Erdas mit Wasserstoff führt zwar durch ein verändertes spezifisches Mischungsverhältnis der beiden Gase zu einer Veränderung im Brennverhalten, jedoch ist es technisch ohne weiteres möglich, bestehende Anlagen entsprechend anzupassen und somit kostengünstig auf Wasserstoffnutzung umzurüsten.

Nach dem sich anbahnenden Ende der Kohleverstromung und vor dem Zeitpunkt, ab dem kohlenstofffreie Gase im industriellen Maßstab zur Stromerzeugung zur Verfügung stehen, könnte Erdgas eine Schlüsselrolle als Brückentechnologie bei der Sicherstellung der Grundlast übernehmen.

Der Anteil von Erdgas an der weltweiten Stromerzeugung liegt derzeit bei 23 % und wird bis 2030 wahrscheinlich auf 21 % abnehmen. Die absolute Erzeugungsleistung steigt von 6.317 TWh (2019) auf rund 7.000 TWh (2025), um anschließend sukzessive auf 6.465 TWh (2030) zu sinken. Trotz dieses relativen Rückgangs wird Erdgas die Kohle bis 2030 als wichtigsten fossilen Energieträger bei der Stromerzeugung ablösen.

Es ist davon auszugehen, dass Anbieter von Erdgaskraftwerken von dieser Marktentwicklung profitieren werden. Potenziale ergeben sich im europäischen Markt besonders durch den sogenannten Fuel-Switch, also die Umrüstung von Kohlekraftwerken auf andere Energieträger wie z.B. Erdgas. Wie im gesamteuropäischen Marktumfeld geht der Trend bei diesen Vorhaben auch in Deutschland überwiegend in Richtung kleiner und mittlerer Projektgrößen.

Seit Jahren bewegt sich der Energieanlagenbau in einer sogenannten VUCA-Welt, also einem volatilen, unsicheren und sehr komplexen Marktumfeld. Der Umbau der Energieversorgung von einem zentralen und auf fossil befeuerten Großkraftwerken basierenden auf ein dezentrales, von regenerativen Energieanlagen dominiertes sowie durch hybride Anlagen, bei denen Strom- und Wärmeerzeugung mit verschiedenen Technologien wie Speicherung, Wasserstofferzeugung und CCU gekoppelt werden, ergänztes Energiesystem stellt die Branche vor enorme Herausforderungen.

Darüber hinaus wird sich die Substitution von Kohle- durch Erdgaskraftwerke in den kommenden Jahren voraussichtlich fortsetzen, wodurch sich dem Kraftwerksbau weitere Marktchancen eröffnen könnten. Dabei hängt die Rolle, die Erdgas im europäischen Energiemarkt zukünftig spielen wird, stark von den regulatorischen Rahmenbedingungen und damit von der Frage ab, ob der Energieträger von den politischen Entscheidern als sinnvolle Brückentechnologie oder als sogenannter Carbon Lock-in, also als Hindernis auf dem Weg in eine nachhaltige Energiewirtschaft, eingeordnet wird.

Diese Abwägungen spiegeln sich auch in der europäischen Taxonomie-Verordnung, die in ihrer aktuellen Form notwendige Investitionen in Gaskraftwerke, die zukünftig auch mit erneuerbaren Gasen betrieben werden könnten, erschwer(t)en. Darüber hinaus behindern die durch die verkürzte Förderungsdauer von Kraft-Wärme-Kopplungs(KWK)-Projekten hervorgerufenen beihilferechtlichen Unsicherheiten zahlreiche der sich in Planung befindlichen KWK-Vorhaben in Deutschland. Dies untergräbt das Vertrauen der Investoren in die langfristige Sicherheit von Investitionsbedingungen.

Ausblick

Für den Energieanlagenbau ergeben sich in erster Linie beim Bau von Anlagen für die Erzeugung von kohlenstofffreiem Strom Wachstumsperspektiven. Die in der aktuellen Krise aufgelegten Konjunktur- und Investitionsprogramme könnten darüber hinaus einen Beitrag leisten, derzeit noch nicht wirtschaftlichen Technologien, wie etwa dem grünen Wasserstoff, zum Durchbruch zu verhelfen.