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Forschen für die Energiewende

Theresa, die Anlage, und Alexander Kratzsch sind ein eingespieltes Team, wenn es um die Energiespeicherung geht.
Theresa, die Anlage, und Alexander Kratzsch sind ein eingespieltes Team, wenn es um die Energiespeicherung geht. FOTO: Uwe Menschner
Zittau. Kraftwerkslabor der Hochschule Zittau/Görlitz entwickelt Lösungen für effizientere Turbinen, Stromspeicher und dezentrale Anlagen. Uwe Menschner

Die Hochschule Zittau/Görlitz weiß noch nicht, ob und in welcher Form sie den Betreiberwechsel im Lausitzer Braunkohlenrevier zu spüren bekommen wird. Das Kraftwerkslabor jedenfalls will seine intensive Zusammenarbeit mit dem Vattenfall-Nachfolger Lausitz Energie AG (Leag) fortführen. Am Dienstag hält das Unternehmen eine Vorstandssitzung am Zittauer Standort des Labors ab. "Für uns ist dies ein schönes Zeichen, dass auch die Leag an einer weiteren Kooperation mit uns interessiert ist", sagt Professor Alexander Kratzsch, Direktor des Instituts für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Meßtechnik (IPM) der Hochschule.

Im Moment merke man aber, dass sich der neue Partner noch in einer Findungsphase befindet, die gemeinsamen Projekte würden derzeit auf "abgesenktem Niveau" fortgeführt: "Wir hoffen, dass es ab dem nächsten Jahr wieder aufwärts geht."

Vattenfall jedenfalls hat gern auf die Ressourcen und das Know-how des Zittauer Instituts zurückgegriffen. Das beste Beispiel dafür ist der Speisewasserpumpenantrieb im Kraftwerk Jänschwalde - eine in einem Magnetfeld gelagerte und daher reibungsfrei arbeitende Turbine. "Die magnetische Lagerung von rotierenden Massen stellt auch eines der drei Forschungsprojekte in unserem Kraftwerkslabor dar", erklärt Alexander Kratzsch. Die entsprechende Anlage trägt die wissenschaftliche Bezeichnung "Magnet- und Fanglagerprüfstand".

Die magnetische Lagerung erhöhe die Effizienz der Energieerzeugung, "denn sie macht die Schmierung durch Öl überflüssig", erläutert der Institutsdirektor. Die Turbinenwelle wird durch ein Magnetfeld in der Schwebe gehalten, sie hat keinen Kontakt zu den Außenwänden. Der Abstand ist mikroskopisch klein - er beträgt gerade einmal 300 Mikrometer.

"Bisher funktioniert das bei Temperaturen von bis zu 150 Grad Celsius. Wir wollen Anlagen entwickeln, die auch bei höheren Temperaturen arbeiten", sagt Kratzsch. In Jänschwalde behelfe man sich mit Kühlung, die sehr viel Energie benötige und die erzielte Effizienzsteigerung zum Teil wieder auffresse.

Darüber hinaus forschen die Zittauer daran, wie sie die Turbinen gegen aggressive Umwelteinflüsse - zum Beispiel salzhaltige Luft am Meer - widerstandsfähig machen können. Ein weiteres wichtiges Thema ist auch das "Abfangen" der Welle bei einer Havarie - wenn sich das Magnetfeld abrupt ausschaltet: "Dann rumst es richtig, wenn kein geeignetes Fanglager eingebaut ist." Immerhin bringt das rotierende Teil in der Versuchsanlage 1,5 Tonnen auf die Waage und dreht sich 4000-mal in der Minute.

Eine der größten Herausforderungen im Zuge der Energiewende stellt die politisch geforderte Erhöhung des Anteils von regenerativen Quellen - beispielsweise Sonnenlicht und Wind - dar. "Die Braunkohlenkraftwerke, die in Sachsen und Brandenburg den größten Teil der Grundlast decken, sind nicht für das häufige Hoch- und Herunterfahren ausgelegt, ihre Technik verschleißt dadurch schneller als geplant", erläutert Kratzsch. Genau dies wird jedoch gefordert, muss doch die Kohle immer dann "einspringen", wenn es nicht genug Sonnen- und Windstrom gibt.

An Lösungen arbeiten die südostsächsischen Forscher mithilfe von Theresa - der "Thermischen Energiespeicheranlage". Theresa ermöglicht es den Kraftwerksbetreibern, ihre Kessel auch in Zeiten geringer Anforderung auf Betriebstemperatur zu halten und die gespeicherte Energie in Zeiten eines größeren Bedarfs abzugeben. "Die Zwanzigerjahre dürften, was die Energiesicherheit anbelangt, eine höchst spannende Zeit werden", prophezeit Alexander Kratzsch. "Dann nämlich gehen die letzten Atomkraftwerke vom Netz, die in weiten Teilen Deutschlands heute noch für die Grundlast sorgen."

Aus seiner Sicht ist die deutsche Energiewirtschaft noch nicht für den "Tag X" gerüstet. Mit Theresa wollen die Zittauer Forscher einen Beitrag dafür leisten, dass sich dies ändert.

Das dritte Projekt des Kraftwerkslabors besteht in einem thermochemischen Versuchsfeld, mit dem die Wissenschaftler feststellen wollen, welche organischen Rohstoffe sich für eine effektive dezentrale Strom- und Wärmeversorgung eignen. "Dafür steht uns ein Holzgas-Blockheizkraftwerk zur Verfügung, in dem wir alles testen können, was im Wald, auf dem Feld oder auf der Wiese wächst", berichtet Professor Kratzsch.

Als besonders spannend empfindet er die Tatsache, dass "die thermische Verwertung von organischem Material zwar funktioniert, aber noch nicht vollständig verstanden wurde. Es gibt kein erklärendes Modell dafür. Wenn dies gelänge, könnte man den Prozess noch wesentlich verbessern." In diesem Punkt also steht - anders als es in der Forschung meistens der Fall ist - am Anfang die Praxis, aus der sich die Theorie ableiten soll. Geforscht wird mit dieser Anlage auch an kurzzeitigen Speichermöglichkeiten für Wärme und Kälte.

Die Zittauer Kraftwerksingenieure verfügen seit DDR-Zeiten über enge Verbindungen ins Lausitzer Revier, entwickelten sie doch schon damals maßgeblich das Know-how für die in den Braunkohlekraftwerken eingesetzte Technik. Ein in der vergangenen Woche geplanter Besuch einer Abordnung aus dem brandenburgischen Wirtschafts- und Energieministerium musste zwar aus Krankheitsgründen ausfallen, soll aber im Juni nachgeholt werden.

"Die Landesgrenze zwischen Sachsen und Brandenburg existiert für uns nicht", betont Alexander Kratzsch, dessen Vision darin besteht, dass die bestehenden Kraftwerke als Standorte der Energiewirtschaft erhalten bleiben: "Sie könnten zu Speicherkraftwerken werden, die mit den unterschiedlichsten Rohstoffen arbeiten." Dies ist auch eines der Themen, über die der Institutsdirektor mit den Brandenburgern reden will - so wie er es auch schon mit deren sächsischen Kollegen getan hat.

Zum Thema:
Das Zittauer Kraftwerkslabor wurde in den Jahren 2011 bis 2015 errichtet. Kern sind Versuchsanlagen, die im Rahmen von drei Forschungsvorhaben aufgebaut wurden. Forschungsziele sind die Erhöhung der Energieeffizienz, die Entwicklung von Energiespeichern und die Nutzung von regenerativen Energiequellen. Die Gesamtkosten beliefen sich auf sieben Millionen Euro, von denen 6,3 Millionen Euro aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (Efre) der EU stammten. Es handelte sich dabei um die größte Forschungsinvestition seit Gründung der Hochschule Zittau/Görlitz 1992.