H2-Ready-Kraftwerke: Studie zeigt Herausforderungen und Lösungsansätze für die Umrüstung von Gaskraftwerken

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Wasserstoff (H2) spielt im erneuerbaren
Energiesystem eine wichtige Rolle zur Absicherung der Stromerzeugung. Neue
und bestehende Kraftwerke müssen deshalb für den H2-Betrieb bereitgemacht
werden. Sie sollen H2-Ready werden. Der Um- und Neubau von Kraftwerken,
die mit 100 Prozent Wasserstoff betrieben werden können, birgt aber
Herausforderungen. Außerdem ist H2-Readiness regulatorisch noch nicht
eindeutig definiert. Zu diesen Erkenntnissen kommen Wissenschaftler:innen
des Reiner Lemoine Instituts (RLI).

Sie zeigen in einer aktuellen Studie, was H2-Ready für Gaskraftwerke
technisch bedeutet, welche Maßnahmen für eine Umrüstung notwendig sind,
welche Kosten entstehen und welche Rechtsvorschriften angepasst werden
müssen. In 14 Kernaussagen formulieren sie Vorschläge für den
klimafreundlichen Einsatz von H2 in der Stromerzeugung. Die European
Climate Foundation hat die Studie gefördert.

Wasserstoffkraftwerke sollen künftig Energie bereitstellen, wenn Strom aus
erneuerbaren Energien über einen längeren Zeitraum nicht verfügbar ist.
Gasturbinen für einen 100-Prozent-Wasserstoffeinsatz in größeren
Kraftwerken sind heute aber noch nicht kommerziell verfügbar. Sogenannte
H2-Ready-Kraftwerke sollen zur Lösung beitragen. Das Bundesministerium für
Wirtschaft und Klimaschutz hat in seinem „Rahmen für die
Kraftwerksstrategie“ angekündigt diese zu fördern – im Zeitraum 2024 bis
2026 mit einem Ausschreibungsvolumen von zehn Gigawatt (GW) und danach mit
weiteren fünf GW für neue oder bestehende Gaskraftwerke. Sie sollen mit
Erdgas und später mit grünem Wasserstoff betrieben werden. Bis spätestens
2035 müssen diese Kraftwerke komplett auf den Betrieb mit Wasserstoff
umgerüstet werden.

Fehlende rechtliche Definition von H2-Ready erschwert Umsetzung

Wie die Studienergebnisse zeigen, gibt es aktuell noch keine rechtlich
feststehende Definition, was H2-Ready für Kraftwerke bedeutet. Das
erschwert die Planung solcher Anlagen. Ein klar definiertes Konzept der
H2-Readiness kann einen zuverlässigen Rahmen für die Umsetzung von
emissionsfreien H2-Kraftwerken bieten. Deutschland hat bislang nur eine
implizite Definition im Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) eingeführt. Sie
besagt, dass der Übergang zur 100-prozentigen Wasserstoffnutzung für
weniger als zehn Prozent der ursprünglichen Investitionskosten des
Kraftwerks erreichbar sein muss. Bei der Definition sollte darauf geachtet
werden, dass die tatsächliche Emissionsreduktion im Vordergrund steht.

„Eine pauschale, kostenanteilsbezogene Definition von H2-Ready wie im KWKG
begünstigt Investitionen in kapitalintensivere Gas-und-Dampf-
Kombikraftwerke (GuD). Die sind effizienter, laufen aber insbesondere als
KWK-Anlagen oft viele Stunden im Jahr. Viele Betriebsstunden bedeuten
einen hohen Wasserstoffbedarf. Das ist problematisch, da erneuerbarer
Wasserstoff knapp sein wird. Typische Spitzenlastkraftwerke mit nur
wenigen Volllaststunden sind meist Gasturbinenkraftwerke (GT). Mit dem
kostenbezogenen Kriterium von zehn Prozent in der H2-Ready Definition
wären diese voraussichtlich kaum förderfähig“, sagt Andreas Christidis,
Projektleiter der Studie am RLI.

Umrüstung von H2-Ready zu H2 bedeutet Zeit- und Kostenaufwand

Die Wissenschaftler:innen kommen zu dem Ergebnis, dass die umfangreichsten
Umrüstungsmaßnahmen das Brenngas- sowie das Gasturbinensystem betreffen.
Die Kosten dafür liegen bei größeren GuD-Kombikraftwerken voraussichtlich
unter zehn Prozent der Ausgangsinvestition. Für GT-Kraftwerke liegen sie
wahrscheinlich deutlich höher. Der Umrüstbedarf von H2-Ready-Kraftwerken
auf Wasserstoffbetrieb wird außerdem in einem kurzen Zeitfenster
vergleichsweise hoch sein und die Kapazitäten bei Herstellenden begrenzt.
Kraftwerksbetreibende sollten deshalb bereits heute die Umrüstung
einplanen und Faktoren wie zum Beispiel den Platzbedarf für neue
Komponenten berücksichtigen. Die Bundesregierung muss die Umrüstung
außerdem verbindlich terminieren, um weitere Emissionen zu vermeiden.

Ohne grünen Wasserstoff kein emissionsfreies H2-Kraftwerk

Für die Dekarbonisierung der Stromerzeugung ist der Einsatz von
erneuerbarem, also grünem Wasserstoff entscheidend. „Wird fossiler
Wasserstoff eingesetzt, wie zum Beispiel blauer Wasserstoff aus Erdgas,
sind Emissionen von H2-Kraftwerken ähnlich hoch wie bei heutigen
Erdgaskraftwerken“, sagt Anne Wasike-Schalling, wissenschaftliche
Mitarbeiterin am RLI und verantwortlich für das Themenfeld Wasserstoff im
Forschungsbereich Mobilität mit Erneuerbaren Energien. Ein 400 MW
Kraftwerk benötigt pro Stunde über 700 MWh Wasserstoff – das entspricht
zwölf großen H2-Lkw-Trailern. „Für den Erfolg der Dekarbonisierung
brauchen wir deshalb die erforderlichen Mengen an grünem Wasserstoff. Das
ist notwendige Bedingung und Herausforderung zugleich“, so Wasike-
Schalling. „Ein Anschluss der H2-Kraftwerke ans Wasserstoffkernnetz sowie
dessen Belieferung mit grünem Wasserstoff sind essenziell.“

Die Wissenschaftler:innen kommen auch zu dem Schluss, dass die benötigten
Kapazitäten an H2-Kraftwerken kein starrer Wert sind und die
Bundesregierung weitere Maßnahmen zur Stabilisierung des Energiesystems
berücksichtigen muss. In einem Policy-Briefing formulieren sie 14
Kernaussagen mit Vorschlägen für den klimafreundlichen Einsatz von H2 in
der Stromerzeugung.