Elektrifizierung statt Turbinen

Zukunftsträchtig: Elektroantriebe bieten die Alternative zu Dampf- und Gasturbinen in der Öl- und Gasindustrie. Die Elektrifizierung von mechanischen Antrieben spart Emissionen und hohe Abgaben ein und hilft so, ambitionierte Klimaschutzziele zu verfolgen. Zudem sind die elektrischen Antriebe wartungsarm und langlebig, was die Betriebskosten senkt.

 

Anlagenbetreiber in der Öl- und Gasindustrie sehen sich heute großen Anforderungen gegenüber: Sie müssen immer strengere Grenzwerte für Emissionen erfüllen, die höchstmögliche Verfügbarkeit ihrer Anlagen garantieren und gleichzeitig Betriebskosten so niedrig wie möglich halten. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ersetzen immer mehr Betreiber ihre Gas- und Dampfturbinen mit elektrischen Antrieben. Denn für Turbinen fallen hohe Wartungskosten an, und sie verursachen Treibhausgasemissionen, für die pro Turbine jährlich Abgaben in Millionenhöhe anfallen können. Elektroantriebe dagegen sind wartungsarm, langlebig – und emissionsfrei.

 

Soll das ambitionierte Ziel der Pariser Klimavereinbarung erreicht werden, bis 2100 den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur unter 2 Grad Celsius zu halten, müssen Kohlendioxidemissionen drastisch reduziert werden. „Zu dem Szenario gehört der langfristige Ersatz fossiler Brennstoffe durch elektrische Energie“, sagt Gunther Schwarz, Projektleiter bei Siemens Process Industries and Drives. „Das bedeutet einen zunehmenden Ersatz von Gas- und Dampfturbinen durch elektrische Antriebe. Obwohl Siemens selbst im Turbinengeschäft tätig ist, stellt der elektrische Antrieb eine innovative Zukunftslösung dar.“

„Zum Szenario gehört der langfristige Ersatz fossiler Brennstoffe durch elektrische Energie.“

Der Trend, elektrische Antriebe statt Gas- und Dampfturbinen einzusetzen, hat bereits begonnen. Laut einer 2018-Studie des amerikanischen Marktforschungsinstituts „Research and Markets“ gibt es einen klaren Trend zur Elektrifizierung, das heißt den Ersatz mechanischer durch elektrische Komponenten. So nimmt die Zahl der verkauften Elektromotoren für Fahrzeuge, Windkraftanlagen oder Werkzeugmaschinen kontinuierlich zu. Dieser Trend ist jetzt auch bei Industrieanlagen zu beobachten. „Wir begrüßen das natürlich“, sagt Schwarz. „Und wir  bei ‚Process Industries and Drives‘ verkaufen weit mehr als nur Antriebe. Wir sind ein Lösungspartner, der alles aus einer Hand anbietet, um die Umrüstung auf Elektroantriebe durchzuführen – von der Idee über die Planung bis hin zum Betrieb.“

 

Nur alle 25 Jahre eine Generalüberholung

Derzeit übernehmen Turbinen in industriellen Anlagen Aufgaben, die bis zu 90 Megawatt Leistung erfordern. Etwa in der Öl- und Gasindustrie, um Fluide in Pipelines zu pumpen, um den Druck in Pipelines aufrecht zu erhalten oder in Raffinerien, wo sie Pumpen oder Kompressoren betreiben. Doch nicht überall ist der Einsatz einer Turbine sinnvoll: Wird die Turbine etwa genutzt, um einen Generator anzutreiben, der wiederum elektrische Energie erzeugt, ist ein Elektromotor abwegig.  Oder wenn Dampf aus einem anderen Prozess ‚kostenlos‘ zur Verfügung steht, ergibt es ebenso wenig Sinn, Elektroantriebe einzusetzen. Und ist kein Stromnetz vorhanden – wie im australischen Outback –, stellt sich die Frage nach der Alternative eines elektrischen Antriebs erst gar nicht. 

 

Doch ansonsten sollte der elektrische Antrieb immer in Erwägung gezogen werden. Sie arbeiten völlig emissionsfrei – so fallen keinerlei Abgaben für Steuern auf Treibhausgase an –, und bieten so eine potentielle Ersparnis von Millionen Euro jährlich. Sicher, wenn der Strom aus fossilen Kraftwerken fließt, verlagert das Emissionen – doch bei für eine bestimmte Leistung und konstante Umweltbedingungen ausgelegten Kraftwerken fallen pro Megawatt letztlich weniger Emissionen an als bei kleineren, flexibel eingesetzten Turbinen im Feld. Zudem setzen die elektrischen Antriebe, je mehr elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen gespeist wird, entsprechend weniger Treibhausgase frei – wie in Norwegen, das seinen Strombedarf zu fast 100 Prozent aus erneuerbaren Energien deckt. Aber nicht nur die genannte Klimarettung sollte ins Gewicht fallen. 

 

Elektromotoren sind hocheffizient, verbrauchen weniger Energie als Dampf- und Gasturbinen und haben selbst bei wechselnden Drehzahlen eine hohe Lebensdauer. Ihr Betrieb ist weitgehend unabhängig von Feuchtigkeit oder Umgebungstemperatur. Sie können nach Bedarf ihre Leistung anpassen. Zudem sind sie im Vergleich zu Turbinen wartungsarm – sie können bis zu fünf  Jahre ohne Stillstand laufen. Eine Generalüberholung ist, abhängig von Umgebung und Belastung, meist erst nach 25 Jahren nötig. Bei Bedarf lassen sie sich schnell starten und stoppen, was Stillstandzeiten reduziert. Sie sind auch leiser als Turbinen. Und ihr Wirkungsgrad von bis zu 96 Prozent steht im Vergleich zu 30 bis 40 Prozent bei Turbinen gut da. Schließlich kostet ihr Betrieb bis zu einem Drittel weniger als der von Turbinen.

 

Überraschend schnelle Amortisation

Freilich stellt sich die Frage, ob Siemens mit den elektrischen Antrieben nicht mit seinem eigenen Turbinengeschäft konkurriert. „Die Frage zielt in die falsche Richtung“, sagt Schwarz. „Den Kunden kommt es darauf an, Kosten zu sparen. Wir bieten ihnen die für sie jeweils sinnvollste Lösung an – Turbinen oder elektrische Antriebe.“

 

Begonnen hat das Geschäft 2013, als eine Raffinerie in den USA eine Dampfturbine mit einem elektrischen Antrieb ersetzte. Bereits nach zwei Jahren, früher als erwartet, hatten sich die Kosten amortisiert. „Das hat uns positiv überrascht. Daraufhin analysierten wir solche Umrüstungsprojekte im Detail und erarbeiteten ein Gesamtkonzept“, sagt Schwarz. „Wir bieten heute unter anderem High-Speed-Motoren mit patentiertem Herstellungsverfahren an, um schnelllaufende Kompressoren direkt anzutreiben. Diese wie andere Motoren sind Teil unserer Komplettpakete. So brauchen Kunden sich um wenig kümmern, sie sparen Kosten, tragen dazu bei, eine elektrische Zukunft zu verwirklichen – und erfüllen ihre Verpflichtung, Emissionen zu reduzieren.“ 

29.10.2018

Hubertus Breuer

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