Zukunftsfähige Bioenergie und nachhaltige Landnutzung

Kasten 7.2-4
Die Allokationsmethode – Anwendung zur
Ermittlung des spezifischen Energieaufwands
Um bei der Ermittlung des spezifischen Energieaufwands
auch Nebenprodukte (Koppelprodukte) zu berücksichtigen,
wird diesen durch die so genannte Allokation ein
Teil der aufgewendeten Energie zugeordnet. Die Allokation
erfolgt mithilfe von Allokationsfaktoren entlang der
Bilanzgrenzen. Diese Faktoren legen fest, welche Anteile
jeweils dem Haupt- und dem Koppelprodukt zugeordnet
werden. In der Kraft-Wärme-Kopplung wird Strom als
Haupt- und Wärme als Koppelprodukt betrachtet.
Die Allokationsfaktoren werden nach der Heizwertmethode
ermittelt, die die Energiegehalte der Haupt- und
Koppelprodukte (z. B. Hauptprodukt: Rapsöl, Koppelprodukt:
Presskuchen) ins Verhältnis zur Summe beider Produkte
setzt. Unter Verwendung dieser Faktoren werden
die Energieaufwendungen aufgeteilt. In einigen Bioenergiepfaden
fallen Strom bzw. Wärme als Koppelprodukte
an, die als Strom- bzw. Wärmeäquivalente berücksichtigt
werden. Für das Stromäquivalent wird vereinfacht für die
Erzeugung von Strom ein Mix aus jeweils 50 % Erdgas-
GuD-Kraftwerken (η el von 60 %) und Steinkohlekraftwer-
möglich, weshalb für die folgende Diskussion als vereinfachende
Annahme eine konstante Kostenrelation
zugrunde gelegt wird.
Bei den Technologiekosten ist nach zwei Gruppen
zu unterscheiden: den relativ jungen Technologien,
deren Investitionskosten stark fallen können
und steile Lernkurven aufweisen sowie den bereits
am Markt etablierten oder semi-etablierten Techno-
Technisch-ökonomische Analyse und Bewertung von Bioenergienutzungspfaden 7.2
ken (η el von 44 %) angenommen. Für das Wärmeäquivalent
wird ein Erdgasbrennwertkessel (η th von 95 %) verwendet
(Gleichung 7.2-3).
Für die Allokation von Strom und Wärme aus der Kraft-
Wärme-Kopplung (KWK) wurde jeweils ein „Heizwert“
für elektrische Energie von 2,5 kWh / kWh el (Fritsche und
Wiegmann, 2008) zugrunde gelegt. Die Allokationsfaktoren
für die KWK wurden aus den Einzelwirkungsgraden
für Strom und Wärme unter Berücksichtigung der energetischen
Wertigkeit („Heizwert“) von Strom (F el-Äqu = 2,5)
und Wärme (F th-Äqu = 1) ins Verhältnis zur Summe beider
Wirkungsgrade einschließlich deren Wertigkeit gesetzt
(Gleichung 7.2-4).
Tabelle 7.2-4
Wirkungsgrade und Allokationsfaktoren für die im Gutachten analysierten Bioenergiepfade mit Kraft-Wärme-
Kopplung.
Quelle: Müller-Langer et al, 2008
Technologie Elektrischer
Wirkungsgrad ηel Blockheizkraftwerk
(BHKW)
AF el = 2,5 . η el
(2,5 . η el + η th )
AF = m HP . H u,HP
m HP . H u,HP + Σ (m KP,n · H u,KP,n ) + W el . F el-Äqu + W th . F th-Äqu
Gleichung 7.2-4
AF Allokationsfaktor; η th Einzelwirkungsgrad Wärme;
η el Einzelwirkungsgrad Strom
Gleichung 7.2-3
AF - Allokationsfaktor; m HP - Masse Hauptprodukt; H u,HP - unterer Heizwert Hauptprodukt;
m HPn - Masse Koppelprodukt(e); H u,KP,n - unterer Heizwert Koppelprodukt(e); W el - Strom als Koppelprodukt;
F el-Äqu - Stromäquivalent („Heizwert“); W th -Wärme als Koppelprodukt; F th-Äqu - Wärmeäquivalent („Heizwert“)
Thermischer
Wirkungsgrad η th
38 % 44 % 0,68
Brennstoffzelle (SOFC) 48 % 23 % 0,84
Dampfturbine 23 % 60 % 0,49
Gasturbine 25 % 55 % 0,53
Steinkohlekraftwerk 45 % 1,0
Gas- und Dampfkraftwerk
(GuD)
43 % 30 % 0,78
Allokationsfaktor für Strom
als Hauptprodukt
logien, deren Kosten ebenfalls sinken, aber in einem
geringeren Ausmaß. Der Anteil der Kapital- bzw.
Technologiekosten an den Gestehungskosten ist bei
den jungen Technologien besonders hoch, was in
Abbildung 7.2-4a, b, und c deutlich zu erkennen ist.
Zu den jungen Technologien zählen die Lithium-
Ionen-Batterien, Brennstoffzellen und alle Biomassevergasungsanlagen,
die holzartige Biomasse zu
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