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Ersatz von Atomstrom (F. Richarts u. R. Altensen, 2011)
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Ersatz von Atomstrom (F. Richarts u. R. Altensen, 2011)

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Diese Präsentation zeigt, daß der Ersatz des derzeit erzeugten Atomstroms in Deutschland durch Einsatz von GasundDampf-Kraftwerke bzw. Kraft-Wärme-Kopplung ohne Steigerung der CO2-Emissionen und ...

Diese Präsentation zeigt, daß der Ersatz des derzeit erzeugten Atomstroms in Deutschland durch Einsatz von GasundDampf-Kraftwerke bzw. Kraft-Wärme-Kopplung ohne Steigerung der CO2-Emissionen und ohne negativen Einfluss auf die wirtschaftliche Entwicklung möglich ist.

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Ersatz von Atomstrom (F. Richarts u. R. Altensen, 2011) Presentation Transcript

  • 1. Ersatz von Strom aus Kernenergieund aus ImportsteinkohleOptionen auf ein gestuftes Ausbauprogramm für GuD- und KWK-Anlagen auf (Erd)Gasbasis Dipl.-Ing. Reinhold Altensen Prof. Dr.-Ing. Fritz Richarts Mannheim, 09. April 2011UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 1
  • 2. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Durch den Ausstieg aus der Kernenergie ergibt sich die Notwendigkeit für Ersatzlösungen bei der Stromerzeugung in Deutschland. Chance für wesentliche Verbesserungen: • Entschärfung der Risiken (Wegfall der Kernenergie) • Verbesserung der Effizienz mittels GuD‐Anlagen und insbes. mittels KWK • Verringerung der Importabhängigkeit (Kernbrennstoffe sind 100 % Importe!) • Nachhaltige Begrenzung bzw. Verringerung der CO2‐Emissionen durch  gestuften Ersatz von Importsteinkohle • Nachhaltige Verbesserung der Versorgungssicherheit durch Dezentralisierung der    Stromerzeugung  • Entlastung der großräumigen elektrischen Verbundnetze durch Aufbau einer  verbrauchernahen Stromerzeugungsinfrastruktur • Keine Notwendigkeit für einen sofortigen massiven Ausbau der Stromnetze • Keine Verringerung der Bruttostromerzeugung  • Keine Gefährdung der wirtschaftlichen EntwicklungUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 2
  • 3. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Die hier entwickelten drei Szenarien werden auf der Basis der energiewirtschaftlichen Daten  des Jahres 2007 dargestellt.Szenarium A:Der aus Kernenergie gewonnene Strom wird zu 30 % durch Strom aus GuD‐Anlagen und zu 70 % durch Strom aus KWK‐Anlagen ersetzt. Der GuD‐Anlagenwirkungsgrad beträgt 55%. Der Stromerzeugungswirkungsgrad der in KWK‐Anlagen zusätzlich eingesetzten Primärenergie beträgt i. M. >80 %. Die dabei zusätzlich freigesetzte CO2‐Menge wird auf der Basis von Erdgas als Primärenergieträger festgestellt.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 3
  • 4. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Szenarium B:   Ersatz von Kernenergiestrom wie A, jedoch zusätzlich Kompensation der  erdgasbedingten CO2‐Emissionen durch Ersatz einer entsprechenden Stromgewinnung  auf Basis von Importsteinkohle durch GuD‐ und KWK‐Anlagen. Szenarium C:   Ersatz von Kernenergiestrom gem. A, Ersatz des gesamten Stroms aus  Importsteinkohle, Feststellung der CO2‐Bilanz durch Ermittlung der Zusatzemission aus  zusätzlich verfeuertem Erdgas und der Minderung auf Grund des Wegfalls von 100%  Importkohlestrom.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 4
  • 5. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus ImportsteinkohleDie Bruttostromerzeugung in Deutschland betrug 636,5 Mrd. kWh. in 2007. Davon entfielen ca. 140 Mrd. kWh auf die Kernenergie und ca. 110 auf Importsteinkohle. In den hier skizzierten Szenarien wird auf den Anteil des Atomstroms von ca. 22 % vollständig verzichtet. Bei dem aus Steinkohle erzeugten Strom wird der Importanteil (ca. 17 % der 2007er Bruttostromerzeugung) stufenweise reduziert. In den Szenarien  A bis C wird der gesamte  Atomstrom und der  Importkohlestrom (in  einem gestuften  Programm) durch Strom  aus gasgefeuerten  GuD‐ und KWK‐Anlagen  ersetzt, unter  Beibehaltung der übrigen  Anteile.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 5
  • 6. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle .  Im Jahre 2007 wurde die Stromerzeugung von Stein‐ und Braunkohle mit einem Gesamtanteil von ca.  48% dominiert.  Zusammen mit der Kernenergie ergab sich ein Anteil von ca. 70%. UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 6
  • 7. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus ImportsteinkohleIm Szenarium B wird der Importkohlestrom teilweise durch GuD‐ und KWK‐Strom ersetzt. Dadurch verschiebt sich die Stromerzeugung weiter in Richtung GuD‐ und KWK‐Anlagen (Anteil 31%). In der Stromerzeugung überwiegen jedoch immer noch Steinkohle und Braunkohle mit einem Anteil von  8% (Importsteinkohle) plus 6% (heimische Steinkohle) plus 25% (Braunkohle) = 39 %. Trotzdem ergibt sich mit dieser Lösung eine Gesamtstromversorgung ohne Kernenergie und ohne zusätzliche CO2‐Emissionen.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 8
  • 8. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus ImportsteinkohleIm Szenarium C wird der Importkohlestrom vollständig durch GuD‐ und KWK‐Strom ersetzt. Dadurch verschiebt sich die Stromerzeugung weiter in Richtung GuD‐ und KWK‐Anlagen (Anteil 39 %).  Der Kohlestrom wird auf einen Anteil von 31 % reduziert.  Dadurch kann eine nachhaltige Verringerung der CO2‐Emissionen trotz Verzicht auf Kernenergienutzung erzielt werden.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 9
  • 9. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Bei den betrachteten Veränderungen ergeben sich Auswirkungen auf die CO2‐Bilanz. So erhöht sich im Szenarium  A die CO2‐Emission um ca. 40 Mio. t/a, bedingt durch den erhöhten Erdgaseinsatz. Die Zunahme der CO2‐ Emissionen in Szenarium A ist der Preis für den vollständigen Ausstieg aus der Kernenergienutzung. Dies ist jedoch  kein unabänderliches Schicksal.  In Szenarium B wird diese Erhöhung durch anteiligen Ersatz von Importkohlestrom mittels hocheffizienter  Stromerzeugung in GUD‐ und KWK‐Anlagen vollständig kompensiert. Hierfür ist  lediglich eine Minderung der  Steinkohleimporte auf ca. 47 % des Wertes aus dem Jahre 2007 erforderlich.  Im Szenarium C wird der  komplette Strom aus  Importsteinkohle durch GuD‐ und  KWK‐Strom ersetzt. Dadurch wird   ungeachtet des vollständigen  Wegfalls der Kernenergie per  Saldo eine absolute Minderung  der CO2‐Emissionen um  35 Mio. t/a erreicht.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 10
  • 10. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Mit verstärktem Einsatz von GuD‐ und KWK‐Anlagen in der Stromerzeugung erhöht sich die Effizienz der  gesamten Stromerzeugung. Damit wird eine nachhaltige Verringerung des Primärenergiebedarfs erreicht.  Gegenüber dem Zustand von 2007 reduziert sich der elektrizitätswirtschaftlich bedingte Primärenergieverbrauch  von 1.542 Mrd. kWh auf 1.312 (Szenarium A), 1.232 (Szenarium B) bzw. 1.161 (Szenarium C) Mrd. kWh. unverändert!UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 11
  • 11. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Selbst bei einer moderaten Umstellung auf GuD‐ und  KWK‐Stromerzeugung gemäß Szenarium A ergibt sich  bereits eine Erhöhung der Effizienz um 1/5 von 35 auf  42 %.  Mit Ersatz von Kohlekraftwerken  (Szenarien B und C) wird die Effizienz der  Stromerzeugung weiter in erheblichem Masse  verbessert (auf 44 bzw. 47%).  Hier zeigt sich, dass mit der Verbesserung der Effizienz  in der Energieversorgung ein wesentlicher Beitrag zur  Lösung zukünftiger Versorgungsaufgaben erbracht wird.  In der Stromversorgung ist derzeit wegen der  überwiegend praktizierten verlustreichen  Kondensationsstromerzeugung ein großes Potenzial zur  Verbesserung vorhanden, das im Zuge der Umsetzung  der hier skizzierten Szenarien wirkungsvoll zur  Entfaltung gebracht werden kann.  Die Kraft‐Wärme‐Kopplung stellt dabei ein wirksames  und daher unverzichtbares Element bei der Erhöhung  der Effizienz in der Stromerzeugung dar.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 12
  • 12. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle In den Szenarien A bis C ist vorgesehen, einen größeren Teil des Wärmemarkts mit Wärme aus  KWK‐Anlagen zu versorgen. Im Jahre 2007 betrug der Endenergiebedarf des gesamten  Wärmemarkt 1.292 Mrd. kWh.  Es liegt nahe, die KWK‐Wärme vorrangig in bisher mit Erdgas  versorgten Anlagen einzusetzen. Die nebenstehende Grafik zeigt  die Struktur des  Wärmemarktes im Jahre 2007,  differenziert nach Raum‐ und  Prozesswärme und nach  Energieträgern. Mit Erdgas versorgte Anlagen  wiesen einen Gesamtverbrauch  von 312 + 286 = 598 Mrd. kWh  Endenergie auf.  Zusammen mit den mit Heizöl  versorgten Anlagen ergibt sich  ein Wert von 809 Mrd. kWh.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 14
  • 13. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Die Wärme der Heizanlagen, die mittels KWK versorgt  werden, ist für die Szenarien A bis C in  nebenstehendem Diagramm dargestellt. Die Daten  enthalten nicht nur die Wärme der KWK‐Aggregate,  sondern auch die in jeder KWK‐Anlage von Spitzen‐ und  Reservekesseln erzeugte Wärme, die unverzichtbarer  Bestandteil in jeder Kraft‐Wärme‐Kopplung ist. Diese von der KWK erfasste Wärme wird zu dem  Wärmebedarf ins Verhältnis gesetzt. Bezieht man nur  die Gaswärme als Zielmarkt in diese Betrachtung ein,  dann wird im Maximalfall (Szenarium C) 50 % davon auf  KWK‐Betrieb umgestellt. Nimmt man die mit Heizöl  versorgten Anlagen hinzu, dann sind nur 37 %  dieser  Anlagen auf KWK umzustellen. Diese Ergebnisse zeigen, dass der Wärmemarkt ein  großes Potenzial für die KWK darstellt, das auch mit  dem hier skizzierten Szenarium keineswegs  ausgeschöpft ist. Der Wärmemarkt bietet über die hier  dargestellten Lösungen  hinaus noch weitere Ansätze zu  Verbesserungen.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 15
  • 14. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus ImportsteinkohleDie KWK‐Anlagen haben inzwischen eine hohe technische Reife erreicht. Das Spektrum der verschiedenen Systeme reicht von der „Mikro“‐KWK im 1 bis 50 kW – Leistungsbereich über kleinere und mittlere Aggregate meist auf Basis von Gas‐Otto‐Motoren mit Leistungen von 50 kW bis 5 MW bis zu Großanlagen mit Einheitsleistungen von 5 bis 50 MW in Form von Gasturbinen‐Heizkraftwerken für vorzugsweise industrielle Anwendungen. GuD‐Anlagen werden zur Zeit in einem Leistungsbereich von 100 bis 400 MW betrieben.  In dieser Betrachtung werden drei  repräsentative Systeme stellvertretend für  das gesamte technische Spektrum den  Energiebilanzen und den nachfolgenden  Kostenschätzungen zu Grunde gelegt: Mikro‐KWK, el. Leistung 5,5 kW Gasmotor BHKW, el. Leistung 1,2 MW GuD‐Anlagen, el. Leistung 200 MWDie Energiebilanzen werden mit folgenden Vollbenutzungsstunden durchgeführt:KWK 5.500 h/aGuD‐Anlagen 7.000 h/a Die installierten Leistungen wurden aus den Jahresstromerzeugungsdaten und den vorstehenden Vollaststunden ermittelt. UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 16
  • 15. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Im kleinen Leistungsbereich ergibt diese Untersuchung eine sehr große Zahl von Einheiten.  Für das Szenarium C wurde eine Gesamtzahl von 1,2 Mio. Mikro‐KWK‐Anlagen ermittelt.  Ungleich niedriger fällt die Anzahl der GM‐BHKW‐Anlagen aus (22.000 Einheiten). Im  Szenarium C werden 53 GuD‐Anlagen zugebaut.UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 17
  • 16. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Die Gesamtinvestitionen wurden mit folgenden spezifischen Kostensätzen ermittelt: Mikro‐KWK: 4.000 EUR/kW GM‐BHKW: 1.000 EUR/kW GuD‐Kraftwerke: 400 EUR/kWUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 18
  • 17. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Weitere Optionen für die zukünftige Stromversorgung in Fortführung bzw. durch  Modifikation der hier skizzierten Szenarien: • Intensivierung der Einführung von Biogas in den Gasmarkt,  Ersatz für Importerdgas • Entlastung des Wärmemarktes durch Solarthermie und durch Biomasse  in der Raumwärmeversorgung, Freisetzung von Erdgas für die hocheffiziente  Stromerzeugung mittels KWK • Einführung von Biokohle auf dem Kohlemarkt, kontinuierlicher Übergang von der fossilen Kohle zur nachhaltigen Biokohle • Einführung eines umfassenden Betriebsmanagements zur Optimierung des Zusammenwirkens aller Stromerzeugungsanlagen UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 19
  • 18. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus Importsteinkohle Energie Unverzichtbares Element der menschlichen Existenz! Danke für ihre AufmerksamkeitUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 20
  • 19. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus ImportsteinkohleUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 21
  • 20. Ersatz von Strom aus Kernenergie und aus ImportsteinkohleUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Richarts/Altensen 22