Strom erzeugen, ohne Europas Wasserversorgung zu gefährden
Wasser ist eine unschätzbare Ressource für die Menschheit, deren Erhalt angesichts des sich stetig weiter wandelndes Weltklimas immer mehr an Bedeutung gewinnt. Die Stromerzeugung ist einer der am stärksten vom Wasser abhängigen Industriezweige, da die Energieerzeugungssysteme riesige Mengen an Kühlwasser benötigen. In Europa verbraucht die Energieerzeugung 45 % des gesamten, aus natürlichen Quellen gewonnenen Wassers. Selbst wenn das in die Umwelt zurückgeführte Wasser berücksichtigt wird, entspricht diese Menge immer noch einem Fünftel des Wasserverbrauchs. Gelingt es, die Auswirkungen dieses Industriesektors auf die Wasserreserven zu reduzieren, so eröffnet sich ein einfacher und vielversprechender Weg in Richtung einer nachhaltigen Zukunft. Das über Horizont 2020 finanzierte Projekt MATChING, das aus einem Konsortium aus sechs EU-Ländern besteht, bildet die Spitze der europäischen Bemühungen um die Senkung des Kühlwasserbedarfs, indem modernste Technologien in thermoelektrischen und geothermischen Kraftwerken zur Anwendung kommen. „MATChING verfolgte das Ziel, den Wasserbedarf zu reduzieren und die Energieeffizienz der Kühlsysteme im Energiesektor durch den Einsatz fortgeschrittener und auf Nanotechnologie basierender Werkstoffe und innovativer Bauformen, die sowohl bei geothermischen als auch bei mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken angewandt werden, zu verbessern“, kommentiert Daniela Galla, MATChING-Programmmanagerin bei Enel. Bei den geothermischen Hochtemperaturquellen war eine durchschnittliche Reduzierung des verdampften Wassers um rund 10 % im Hybridbetrieb im Vergleich zum traditionellen Nassbetrieb zu verzeichnen, wobei nur ein geringer zusätzlicher Energieaufwand anfiel. Laut Galla ist dies „eines der besten Ergebnisse des Projekts.“
Die Zukunft des Kühlens
Im Rahmen des Projekts MATChING wurde eine ganze Reihe technischer Lösungen für jeden einzelnen Bereich der Kraftwerkskühlsysteme, einschließlich der Kühltürme, Kühlwasserkreisläufe, Wasseraufbereitungssysteme, Grundwasserkühlung und Dampfkondensatoren erprobt. Innovative Membranen, davon einige auf Basis von Nanotechnologie, und moderne Werkstoffe wurden Tests unterzogen, um mögliche Verbesserungen in der Wasseraufbereitung und -rückgewinnung zu erkunden. Durch durch die Verwendung von Wasser minderer Qualität, etwa von Abwasser aus Kraftwerken oder aus der Kühlturmabflut, werden die Wasserreserven geschont. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Wasseraufnahme von Wärmekraftwerken mit Nasskühlung um mehr als 30 % reduziert werden kann. „Diese Reduktionen sind standortspezifisch, vom Klima und der Wasserqualität abhängig, und die Nettoauswirkungen auf die Kühlungskosten unterscheiden sich je nach Technologie“, sagt Galla. Neu entwickelte Laserstrukturierungsverfahren und Nanobeschichtungen wurden eingesetzt, um die Kondensation an der Außenseite der Kondensatorrohre zu fördern und auf diese Weise die Kühleffizienz zu erhöhen. Im Zuge des Projekts wurden bei der Stromgewinnung aus Geothermie Hybridkühlsysteme eingesetzt, die auf fortgeschrittenen Füllungen für die effizientere Kühlung von Hochtemperaturquellen und auf Grundwassernutzung im geschlossenen Kreislauf bei Niedertemperaturquellen basieren. Es wurden neue Korrosionsschutzmaterialien entwickelt, um finanziell tragfähige Verfahren und für viele Jahre eine nachhaltige Erzeugung zu gewährleisten. „Viele der Tests hatten überraschende Ergebnisse“, berichtet Galla abschließend. „An anderen Standorten lag der potenzielle jährliche Gewinn bestimmter geothermischer Anlagen, die anstelle von Luftkühlern Grundwasser als Wärmesenke verwenden, bei 4 % bis 14 %. In diesem Fall resultiert höherer Wärmebedarf in höheren relativen Gewinnen bei der Kraftwerkseffizienz.“
Schalter auf „Ein“
Technologien und Verfahren wurden EU-weit an sechs Teststandorten getestet, uns zwar in Belgien, Frankreich, Italien und Spanien. Das Team von MATChING analysiert nun die Ergebnisse und nutzt sie zur weiteren Optimierung der Systeme. Einige der Ergebnisse werden in anderen Forschungsprojekten oder Vorschlägen für zukünftige Entwicklungen eine Rolle spielen. Galla dazu: „Die innerhalb des Projekts erzielten Ergebnisse befinden sich jetzt in einer Verwertungsphase, welche die Auswertung der technischen Realisierbarkeit und Kosten-Nutzen-Analyse für spezielle Anwendungen beinhaltet.“
Schlüsselbegriffe
MATChING, Kühlung, Nanotechnologie, Wasser, Wärme, Kraftwerk, Effizienz
