Lastfolgebetrieb

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Lastfolgebetrieb bedeutet, dass ein Kraftwerk seine Stromerzeugung den Anforderungen des Übertragungsnetzbetreibers anpasst.[1][2] Der Begriff Lastfolgefähigkeit besagt, um wie viel Prozent die Leistung eines Kraftwerks in einer Zeitspanne erhöht oder gedrosselt werden kann.[3]

Allgemeines

Folgende Begriffe sind im Zusammenhang mit der Fähigkeit eines Kraftwerks zum Lastfolgebetrieb wesentlich:

Minimalleistung

Die Minimalleistung bzw. die Mindestbetriebsleistung sagt aus, bis auf wie viel Prozent der Nennleistung das Kraftwerk im Normalbetrieb heruntergefahren werden kann. Die Minimalleistung stellt also die unterste Grenze im Normalbetrieb des Kraftwerks dar. Sie wird i. d. R. in Prozent der Nennleistung des Kraftwerks angegeben. 45 % Minimalleistung bedeuten z. B. bei einem Kraftwerk mit 1.000 MW Nennleistung, dass die Leistung im Normalbetrieb bis auf 450 MW abgesenkt werden kann.

Alternativ wird auch der Begriff Leistungshub verwendet,[4] d. h., die Differenz zwischen Minimal- und Nennleistung des Kraftwerks. 45 % Leistungshub bedeuten bei einem Kraftwerk mit 1.000 MW Nennleistung, dass die Leistung im Normalbetrieb bis auf 550 MW abgesenkt werden kann.

Leistungsgradient

Der Leistungsgradient bzw. die Leistungsänderungsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell das Kraftwerk seine Leistung steigern bzw. verringern kann. Der Leistungsgradient wird i. d. R. in Prozent der Nennleistung pro Minute angegeben. 10 % Leistungsänderungsgeschwindigkeit (korrekt: 10 %-Punkte/min) bedeuten bei einem Kraftwerk mit 1.000 MW Nennleistung, dass die Leistung im Normalbetrieb um bis zu 100 MW pro Minute erhöht bzw. abgesenkt werden kann.

Kraftwerkstyp

Nicht jeder Kraftwerkstyp ist für den Lastfolgebetrieb geeignet. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Kraftwerkstypen, die für den Lastfolgebetrieb geeignet sind:

Kraftwerkstyp Minimalleistung (%) Leistungsgradient (%/min) Leistungsgradient (MW/min) Zeitdauer
Gaskraftwerk 20[5] 20,[5] bis 20[6]
GuD-Kraftwerk 33[5] 6[5][6]
Kernkraftwerk 20,[7] 30,[8] 45[3], 50[9] 2,[8] bis 5,[8] (3,8 bis 5,2),[9] (5 bis 10),[3] 10[8] bis zu 65,[4] bis zu 100[8][A 1] 1 Stunde[8][A 2]
  Druckwasserreaktor 20,[10][A 3] 45[2] bzw. 50[4][11] (3,8 bis 5,2),[6] 10[10][A 4] 15 Minuten,[10] (10 bis 40 Min.),[6] 60 Min.,[12][A 5] (3 bis 4 Stunden)[11]
  Siedewasserreaktor 20,[8] 35[11] bzw. 60[4][10] (1,1 bis 4,6),[6] 10[6] (10 bis 35 Minuten),[6] (1,8 Stunden)[11][A 6]
Kohlekraftwerk 3 bis 4[6]
  Braunkohlekraftwerk 40[5] 3[5]
  Steinkohlekraftwerk 38[5] 4[5]
Laufkraftwerk nahezu 0[A 7]
Pumpspeicherkraftwerk 0[13] bis 200[13]
  1. ↑ Siedewasserreaktor im Bereich zwischen 60 und 100 % der Nennleistung
  2. ↑ Die Anlage ist auf Eigenbedarf gehalten
  3. ↑ Vorkonvoi- und Konvoi-Anlagen
  4. ↑ Oberhalb von 80 % der Nennleistung
  5. ↑ Leistungsabsenkung
  6. ↑ Von 50 % bis auf 90 % der Volllast und weitere 10 Stunden bis 100 % der Volllast
  7. ↑ Ein Lastfolgebetrieb ist bei Laufkraftwerken zwar technisch möglich, wird aber nicht durchgeführt, da aufgrund anderer Aspekte wie etwa der Pegelhaltung der Flüsse ein gleichmäßiger Betrieb bevorzugt wird.

Gaskraftwerk

Für ein Gaskraftwerk werden als Minimalleistung 20 % der Nennleistung angegeben, für ein GuD-Kraftwerk 33 %. Bei Minimalleistung weisen aber beide Kraftwerkstypen eine z. T. erhebliche Verringerung des Wirkungsgrades auf.[5][6] Als Leistungsgradienten werden für ein Gaskraftwerk 20 % der Nennleistung pro Minute angegeben, für ein GuD-Kraftwerk 6 %.[5][6]

Kernkraftwerk

Die Fähigkeit zum Lastfolgebetrieb war für die meisten deutschen Kernkraftwerke (KKW) ein konzeptbestimmendes Auslegungskriterium. Daher sind die Kernüberwachung und die Reaktorregelung schon beim Entwurf der Reaktoren so ausgelegt worden, dass keine nachträgliche Ertüchtigung der Anlagen für den Lastfolgebetrieb nötig ist.[3][4][9][10]

Die bayerische Staatsregierung antwortete auf Anfrage, dass alle bayerischen KKW für den Lastfolgebetrieb ausgelegt sind.[11] Deutsche KKW, die im Lastfolgebetrieb gefahren wurden oder werden, sind z. B. Emsland[2][12], Grafenrheinfeld[11], Gundremmingen Block B und C[11], Isar 2[1][11][14], Neckarwestheim 1[8][10][15][16], Philippsburg 1[8][10]. In Frankreich werden etwa 40 KKW im Lastfolgebetrieb gefahren.[10]

Allgemeines

Für die deutschen KKW werden als Minimalleistung 20,[7] 30,[8] 45[3] oder 50[9] % der Nennleistung angegeben. Als Leistungsgradienten werden 2,[8] bis zu 5,[8] (3,8 bis 5,2),[9] (5 bis 10)[3] oder 10[8] % der Nennleistung pro Minute bzw. 65[4] oder bis zu 100[8] MW pro Minute angegeben.

Druckwasserreaktor

Für deutsche Druckwasserreaktoren (DWR) werden als Minimalleistung 20,[10] 45[2] (bzw. 50)[4][11] % der Nennleistung angegeben. Als Leistungsgradienten werden 3,8 bis 5,2[6] bzw. 10[10] % der Nennleistung pro Minute angegeben.

Bei DWR sind sowohl bei Leistungserhöhungen als auch bei Leistungsreduzierungen Laständerungen von 50 % der Nennleistung in einer Zeit von maximal einer Viertelstunde möglich. Eine noch höhere Lastfolgefähigkeit ist im Bereich oberhalb von 80 % der Nennleistung mit maximalen Leistungsgradienten von bis zu 10 % der Nennleistung pro Minute möglich.[10]

Für das KKW Isar 2 wurden die folgenden Leistungsgradienten im Betriebshandbuch festgelegt: 2 % pro Minute bei Leistungsänderungen im Bereich von 20 bis 100 % der Nennleistung, 5 % pro Minute im Bereich von 50 bis 100 % der Nennleistung und 10 % pro Minute im Bereich von 80 bis 100 % der Nennleistung.[14]

Siedewasserreaktor

Für deutsche Siedewasserreaktoren (SWR) werden als Minimalleistung 20,[8] 35[11] bzw. 60[4] % der Nennleistung angegeben. Als Leistungsgradienten werden 1,1 bis 4,6[6] bzw. 10[6][8] % der Nennleistung pro Minute angegeben.

Die Leistungsregelung beim SWR erfolgt entweder durch die Variation des Kühlmitteldurchsatzes (Umwälzregelbereich) oder durch das Aus- bzw. Einfahren von Steuerstäben. Über den Umwälzregelbereich hinaus werden Leistungsänderungen durch das Verfahren von Steuerelementen realisiert, so dass Leistungshübe zwischen ca. 20 und 100 % möglich sind.[8]

Kohlekraftwerk

Braunkohlekraftwerk

Für ein Braunkohlekraftwerk wird als Minimalleistung 40 % der Nennleistung angegeben. Bei Minimalleistung tritt eine Verringerung des Wirkungsgrades ein. Als Leistungsgradient wird 3 % der Nennleistung pro Minute angegeben.[5][6]

Steinkohlekraftwerk

Für ein Steinkohlekraftwerk werden als Minimalleistung 38[5] (bzw. 40 %)[7] % der Nennleistung angegeben. Bei Minimalleistung tritt eine Verringerung des Wirkungsgrades ein.[6][7] Als Leistungsgradienten werden 4[5] (bzw. 3 bis 6 %)[7] der Nennleistung pro Minute angegeben.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ a b Kernkraftwerk Isar 2 zum 10. Mal Weltspitze. (Nicht mehr online verfügbar.) E.ON, 5. Mai 2014, archiviert vom Original am 24. September 2015; abgerufen am 27. Juli 2015.
  2. ↑ a b c d Kernenergie. (Nicht mehr online verfügbar.) RWE, archiviert vom Original am 24. September 2015; abgerufen am 27. Mai 2015.
  3. ↑ a b c d e f Der Energiemarkt im Fokus – Kernenergie – Sonderdruck zur Jahresausgabe 2010. In: BWK DAS ENERGIE-FACHMAGAZIN. Nr. 5, 2010, S. 10 (ruhr-uni-bochum.de [PDF; 2,1 MB; abgerufen am 27. Mai 2015]).
  4. ↑ a b c d e f g h Holger Ludwig, Tatiana Salnikova und Ulrich Waas: Lastwechselfähigkeiten deutscher KKW. In: Internationale Zeitschrift für Kernenergie. Band 55, Nr. 8/9, S. 2 (areva.com [PDF; 2,4 MB; abgerufen am 26. Oktober 2014]). Lastwechselfähigkeiten deutscher KKW (Memento vom 10. Juli 2015 im Internet Archive)
  5. ↑ a b c d e f g h i j k l m M. Hundt, R. Barth, N. Sun, S. Wissel, A. Voß: Bremst eine Laufzeitverlängerung der Kernkraftwerke den Ausbau erneuerbarer Energien? Hrsg.: Universität Stuttgart – Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung. 16. Februar 2010, S. 7 (bdi.eu [PDF; 1,8 MB; abgerufen am 23. Juli 2015]). Bremst eine Laufzeitverlängerung der Kernkraftwerke den Ausbau erneuerbarer Energien? (Memento vom 23. September 2015 im Internet Archive)
  6. ↑ a b c d e f g h i j k l m n o M. Hundt, R. Barth, N. Sun, S. Wissel, A. Voß: Bremst eine Laufzeitverlängerung der Kernkraftwerke den Ausbau erneuerbarer Energien? Hrsg.: Universität Stuttgart – Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung. 16. Februar 2010, S. 25–30 (bdi.eu [PDF; 1,8 MB; abgerufen am 23. Juli 2015]). Bremst eine Laufzeitverlängerung der Kernkraftwerke den Ausbau erneuerbarer Energien? (Memento vom 23. September 2015 im Internet Archive)
  7. ↑ a b c d e Statusreport 2013 – Fossil befeuerte Großkraftwerke in Deutschland. (PDF; 15,1 kB; S. 29 (19)) (Nicht mehr online verfügbar.) VDI, Dezember 2013, archiviert vom Original am 30. Juli 2014; abgerufen am 29. Mai 2015.
  8. ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p q Holger Ludwig, Tatiana Salnikova und Ulrich Waas: Lastwechselfähigkeiten deutscher KKW. In: Internationale Zeitschrift für Kernenergie. Band 55, Nr. 8/9, S. 3, 5–6 (areva.com [PDF; 2,4 MB; abgerufen am 26. Oktober 2014]). Lastwechselfähigkeiten deutscher KKW (Memento vom 10. Juli 2015 im Internet Archive)
  9. ↑ a b c d e Matthias Hundt, Rüdiger Barth, Ninghong Sun, Steffen Wissel, Alfred Voß: Verträglichkeit von erneuerbaren Energien und Kernenergie im Erzeugungsportfolio – Technische und ökonomische Aspekte. Hrsg.: Universität Stuttgart – Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung. Oktober 2009, S. iii (uni-stuttgart.de [PDF; 291 kB; abgerufen am 23. Juli 2015]).
  10. ↑ a b c d e f g h i j k Matthias Hundt, Rüdiger Barth, Ninghong Sun, Steffen Wissel, Alfred Voß: Verträglichkeit von erneuerbaren Energien und Kernenergie im Erzeugungsportfolio – Technische und ökonomische Aspekte. Hrsg.: Universität Stuttgart – Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung. Oktober 2009, S. 6–7 (uni-stuttgart.de [PDF; 291 kB; abgerufen am 23. Juli 2015]).
  11. ↑ a b c d e f g h i j Bayerischer Landtag 16. Wahlperiode (Hrsg.): Schriftliche Anfrage des Abgeordneten Ludwig Wörner SPD vom 16.07.2013 – Regelbarkeit bayerischer Kernkraftwerke. Drucksache 16/18315, 13. September 2013 (ludwig-woerner.de [PDF; 15 kB; abgerufen am 27. Mai 2015]). Schriftliche Anfrage des Abgeordneten Ludwig Wörner SPD vom 16.07.2013 – Regelbarkeit bayerischer Kernkraftwerke (Memento vom 24. Mai 2016 im Internet Archive)
  12. ↑ a b Große Flexibilität macht Kernkraftwerk Emsland zum zuverlässigen Partner der erneuerbaren Energien. (Nicht mehr online verfügbar.) RWE, 15. August 2014, archiviert vom Original am 24. September 2015; abgerufen am 28. Mai 2015.
  13. ↑ a b M. Steininger: Welche Chancen bzw. Risiken für Pumpspeicherkraftwerke resultieren aus den Veränderungen in der Elektrizitätswirtschaft? (PDF; 2,5MB) S. 27, archiviert vom Original am 5. Dezember 2017; abgerufen am 4. Dezember 2017.
  14. ↑ a b LASTFOLGEBETRIEB UND PRIMÄRREGELUNG – ERFAHRUNGEN MIT DEM VERHALTEN DES REAKTORS – Kernkraftwerk Isar. (PDF; 743 kB; S. 1) E.ON, abgerufen am 5. August 2015.
  15. ↑ Michael Bolz und Andreas Speck, Philippsburg; Fred Böttcher und Steffen Riehm, Neckarwestheim: Einfluss des Lastfolgebetriebs auf die Chemie des Primär- und Sekundärkreislaufs eines Kernkraftwerks mit Druckwasserreaktor. In: atw. Band 58, Nr. 7, Juli 2013, S. 440–445 (kernenergie.de [PDF; 3,2 MB]).
  16. ↑ Laufzeiten der Kernkraftwerke in Deutschland. Öko-Institut, abgerufen am 28. Mai 2015.
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