KEK Bericht Nr. 14
KEK Bericht Nr. 14
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<strong>KEK</strong> <strong>Bericht</strong> <strong>Nr</strong>. <strong>14</strong><br />
Alternative Energiebereitstellung<br />
Maßnahmenanalyse und Potentiale<br />
in Graz<br />
Ingo Robier<br />
Karl Heinz Lesch
Ein Konjunktur- und Umweltbelebungsprogramm für Graz<br />
KOMMUNALES ENERGIE KONZEPT GRAZ<br />
Alternative Energiebereitstellung<br />
Maßnahmenanalyse und Potentiale in Graz<br />
Ingo Robier<br />
Karl Heinz Lesch<br />
Magistrat Graz - Amt für Umweltschutz<br />
Referat für Energie und Klima<br />
Günter Markowitz<br />
(Kapitel: Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen)<br />
September 1995<br />
GRAZER<br />
Umweltamt<br />
ENERGIE<br />
VERWERTUNGSAGENTUR
Einleitung<br />
INHALTSVERZEICHNIS<br />
1 EINLEITUNG.......................................................................................................5<br />
2 WASSERKRAFT.................................................................................................6<br />
2.1 Energie und Emissionen.......................................................................................................................8<br />
2.2 Kosten..................................................................................................................................................10<br />
3 BIOMASSE .......................................................................................................11<br />
3.1 Möglichkeiten der Biomassenutzung in Heizwerken ......................................................................11<br />
3.2 Möglichkeiten der Biomassenutzung in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen..................................12<br />
3.3 Biomasseeinsatz in Graz ....................................................................................................................15<br />
3.4 Energie und Emissionen.....................................................................................................................15<br />
4 BIOGAS ............................................................................................................20<br />
4.1 Gewinnung ..........................................................................................................................................20<br />
4.2 Nutzungsmöglichkeiten......................................................................................................................20<br />
4.3 Potentiale.............................................................................................................................................21<br />
4.4 Emissionen ..........................................................................................................................................22<br />
5 PHOTOVOLTAIK ..............................................................................................24<br />
5.1 PV-Anlage der Grazer Stadtwerke AG............................................................................................24<br />
5.2 Energie und Emissionen.....................................................................................................................26<br />
6 SOLARE FERN- UND NAHWÄRME ................................................................28<br />
6.1 Anlagenbeschreibung von Deutsch Tschantschendorf ...................................................................29<br />
- 1 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
6.2 Schema der Anlage der Stadtwerke Göttingen AG ........................................................................30<br />
6.3 Energie und Emissionen ....................................................................................................................31<br />
7 KRAFT-WÄRME-KOPPLUNGSANLAGEN......................................................33<br />
7.1 Begriff..................................................................................................................................................33<br />
7.2 Einleitung............................................................................................................................................33<br />
7.3 Szenarien.............................................................................................................................................35<br />
7.4 Schlußfolgerungen..............................................................................................................................42<br />
8 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................................43<br />
9 LITERATUR ......................................................................................................45<br />
- 2 -
Einleitung<br />
TABELLENVERZEICHNIS<br />
TABELLE 1: ECKDATEN DER GEPLANTEN MURSTUFEN IN GRAZ 6<br />
TABELLE 2: ECKDATEN DER GEPLANTEN MURSTUFE PUNTIGAM 7<br />
TABELLE 3: EMISSIONSREDUKTION BEI ZUSÄTZLICHER STROMERZEUGUNG AUS WASSER-<br />
KRAFT DURCH SUBSTITUTION FOSSILER ENERGIETRÄGER 9<br />
TABELLE 4: CO 2 -EMISSIONEN FÜR DEN ENERGIETRÄGER STROM IN GRAZ 10<br />
TABELLE 5: HEIZUNGSANLAGEN IN DER STEIERMARK 12<br />
TABELLE 6: BRENNSTOFFEINSATZ FÜR STROM- UND WÄRMEERZEUGUNG IN DEN HKW<br />
PUCHSTRAßE UND MELLACH IM JAHR 1994 15<br />
TABELLE 7: CO 2 -EMISSIONEN DER STROM- UND WÄRMEERZEUGUNG IN DEN HKW PUCH-<br />
STRAßE UND MELLACH IM JAHR 1994 16<br />
TABELLE 8: REDUKTION DER CO 2 -EMISSIONEN IN DEN HKW PUCHSTRAßE UND MELLACH<br />
DURCH EINEN 5%IGEN BIOMASSEEINSATZ 16<br />
TABELLE 9: REDUKTION DER CO 2 -EMISSIONEN IN DEN HKW PUCHSTRAßE UND MELLACH<br />
DURCH EINEN 15%IGEN BIOMASSEEINSATZ 17<br />
TABELLE 10: NETTOSTROMERZEUGUNG UND WÄRMEABGABE DER HKW PUCHSTRAßE<br />
UND MELLACH IM JAHR 1994 17<br />
TABELLE 11: STROMAUFBRINGUNG FÜR DIE STEIERMARK UND GRAZ (1993) 18<br />
TABELLE 12: AUF GRAZ ANRECHENBARE REDUKTION DER CO 2 -EMISSIONEN IN DEN HKW<br />
PUCHSTRAßE UND MELLACH DURCH EINEN 5 BZW 15%IGEN BIOMASSEEINSATZ 19<br />
TABELLE 13: ABSCHÄTZUNG DES PRAKTISCH NUTZBAREN BIOGAS-POTENTIALS FÜR GRAZ21<br />
TABELLE <strong>14</strong>: SCHÄTZUNG DER SUBSTITUTIONSPOTENTIALE VON BIOGAS FÜR GRAZ 22<br />
TABELLE 15: SCHÄTZUNG DER INVESTITIONSKOSTEN FÜR BIOGASANLAGEN FÜR GRAZ 22<br />
TABELLE 16: CO 2 -REDUKTION DURCH SUBSTITUTION VON ERDGAS DURCH BIOGAS 23<br />
TABELLE 17: EMISSIONSREDUKTION DURCH SUBSTITUTION FOSSILER ENERGIETRÄGER 26<br />
TABELLE 18: EMISSIONSREDUKTIONEN DURCH DIE ANLAGE DEUTSCH TSCHANTSCHEN-<br />
DORF 30<br />
TABELLE 19: EMISSIONSREDUKTION DURCH DEN EINSATZ SOLARER GROßANLAGEN 32<br />
TABELLE 20: SZENARIEN FÜR BHKW´S IN GRAZ 36<br />
TABELLE 21: ELEKTRISCHE ARBEIT UND THERMISCHE WÄRME IN MWH IM MODERATEN<br />
UND FORCIERTEN SZENARIOS 36<br />
TABELLE 22: CO 2 -EMISSIONEN DER VERSCHIEDENEN VARIANTEN IM VERHÄLTNIS ZUM<br />
BHKW 38<br />
TABELLE 23: CO 2 - EINSPARPOTENTIALE DER UNTERSUCHTEN VARIANTEN GEGENÜBER<br />
EINEM BHKW MIT GASBEFEUERUNG 38<br />
- 3 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
TABELLE 24: SCHADSTOFFEMISSIONEN DES MODERATEN SZENARIOS IN T /A 40<br />
TABELLE 25: SCHADSTOFFEMISSIONEN DES FORCIERTEN SZENARIOS IN T /A 40<br />
TABELLE 26: CO 2 -REDUKTION DURCH ALTERNATIVE ENERGIEBEREITSTELLUNG IM JAHR<br />
2010 43<br />
ABBILDUNGSVERZEICHNIS<br />
ABBILDUNG 1: CO 2 -EMISSIONEN FÜR DEN ENERGIETRÄGER STROM IN GRAZ 10<br />
ABBILDUNG 2: CO 2 -REDUKTION DURCH BIOMASSEZUFEUERUNG IN DEN KRAFTWERKEN<br />
MELLACH UND GRAZ 19<br />
ABBILDUNG 3: CO 2 -REDUKTION DURCH SUBSTITUTION VON ERDGAS DURCH BIOGAS 23<br />
ABBILDUNG 4: EMISSIONSREDUKTION DURCH DEN EINSATZ VON PHOTOVOLTAIK-<br />
ANLAGEN 27<br />
ABBILDUNG 5: EMISSIONSREDUKTION DURCH DEN EINSATZ SOLARER GROßANLAGEN 32<br />
ABBILDUNG 6: EINGESETZTE UND ERZEUGBARE ENERGIE DES MODERATEN SZENARIOS IN<br />
MWH 37<br />
ABBILDUNG 7: CO 2 -EMISSIONEN DER 4 VARIANTEN IN T/A 39<br />
ABBILDUNG 8: VERGLEICH DER SCHADSTOFFEMISSIONEN FÜR DAS MODERATE SZENARIO<br />
IN T / A 41<br />
ABBILDUNG 9: VERGLEICH DER SCHADSTOFFEMISSIONEN FÜR DAS FORCIERTE SZENARIO<br />
IN T / A 41<br />
ABBILDUNG 10: CO 2 -REDUKTION DURCH EINSATZ ERNEUERBARER ENERGIE IM JAHR 2010<br />
AUF DER ANGEBOTSSEITE 44<br />
- 4 -
Einleitung<br />
1 Einleitung<br />
Die Ziele des Kommunalen Energiekonzeptes können nur durch ein Zusammenwirken<br />
von aufbringungs- und nachfrageseitigen Maßnahmen erreicht werden.<br />
Die Diskussion der Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung und zum Einsatz erneuerbarer<br />
Energieträger konzentriert sich heute oft auf die Bedarfsseite, wie sich<br />
frühere konventionelle Energieversorgungskonzepte ausschließlich auf die Angebotsseite<br />
konzentrierten. Für die Suche nach dem ökonomisch und ökologisch<br />
sinnvollsten Weg ist aber die gleichwertige Betrachtung beider Bereiche notwendig.<br />
Dieser <strong>Bericht</strong> behandelt ausschließlich die alternative Bereitstellung von Strom<br />
und Fern-/Nahwärme.<br />
Grundsätzlich können, ähnlich wie auf der Bedarfsseite, drei Strategien zur Erreichung<br />
der <strong>KEK</strong>-Ziele unterschieden werden:<br />
1. Minimierung der Umwandlungs- bzw. Bereitstellungsverluste<br />
2. Einsatz CO 2 -ärmerer Energieträger<br />
3. Einsatz CO 2 -neutraler Energieträger<br />
Dabei darf nicht vergessen werden, daß die Energieversorgungsunternehmen<br />
(EVU) durch den Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die Substitution<br />
von Kohle durch Erdgas, den Ausbau der Fernwärme schon wesentliche Beiträge<br />
zur Reduktion der CO 2 -Emissionen geleistet haben.<br />
Der folgende <strong>Bericht</strong> soll die weiteren Möglichkeiten für angebotsseitige Maßnahmen<br />
darstellen, wobei sich die Diskussion einerseits auf die Bereitstellung von<br />
Fernwärme und Strom beschränkt und sich andererseits auf den Bereich der erneuerbaren<br />
Energieträger konzentriert, da der oben genannte Punkt 1. in einem<br />
eigenen <strong>Bericht</strong> behandelt wurde (<strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong> 18) und beim 2. Punkt die Potentiale<br />
bereits zum Großteil ausgeschöpft sind.<br />
Die Substitutionsmöglichkeiten auf der Bedarfsseite (z.B. Solaranlagen zur<br />
Warmwasseraufbereitung), auch wenn sie eine direkte Primärenergienutzung<br />
vorsehen, werden hier nicht betrachtet.<br />
- 5 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Analog zu den anderen Maßnahmenanalysen (<strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong>e) werden für die Umsetzung<br />
der Potentiale ein moderates und ein forciertes Szenario unterschieden.<br />
Die Potentiale beziehen sich immer auf die Referenzentwicklung des <strong>KEK</strong>-<br />
<strong>Bericht</strong>es <strong>Nr</strong>. 9. Die Berechnung der Emissionswerte erfolgt auf der Basis der E-<br />
missionsfaktoren des <strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong>es <strong>Nr</strong>. 6 (Energie und Emissionsbilanz Graz für<br />
die Jahre 1987 & 1993).<br />
2 Wasserkraft<br />
Der hohe Wasserkraftanteil an der österreichischen Stromerzeugung trägt wesentlich<br />
zu den im internationalen Vergleich geringen spezifischen Emissionsfaktoren<br />
für den inländischen Strom bei. Um die ökonomisch sinnvollsten Maßnahmen<br />
sowohl auf der Angebotsseite als auch auf der Nachfrageseite zu realisieren,<br />
sollte bei den weiteren Ausbauplänen ein Least-Cost-Planning-Verfahren durchgeführt<br />
werden.<br />
Im Raum Graz sind drei Murstufen mit einer Jahreserzeugung von jeweils ca. 60<br />
GWh theoretisch möglich. Aus energiewirtschaftlichen Gründen sollten die in Graz<br />
geplanten Murstufen erst dann gebaut werden, wenn alle günstigeren Potentiale<br />
auf der Bedarfsseite ausgeschöpft worden sind.<br />
Nach einer Studie von Professor Simmler aus den Jahren 1979-1982 könnten die<br />
drei Murstufen folgende Eckdaten und Erzeugungswerte aufweisen:<br />
Stufe Stauziel Nutzfall- Maximale Jährliches<br />
Höhe ü. A. höhe Q A Leistung Arbeitsvermögen<br />
Meter MW GWh<br />
I 352,5 7,0 10,8 57<br />
II 343,0 6,9 10,7 53<br />
III 336,0 7,8 12,1 63<br />
Summe 21,7 33,6 173<br />
Tabelle 1: Eckdaten der geplanten Murstufen in Graz 1<br />
1 ARGE KW Puntigam, (1993)<br />
- 6 -
Wasserkraft<br />
Bei der Realisierung der Stufe II „Puntigam“ allein schwanken diese Daten, je<br />
nach genauerem Standort des Abschlußbauwerkes, zwischen:<br />
Stufe Stauziel Nutzfall- Maximale Jährliches<br />
Höhe ü. A. höhe Q A Leistung Arbeitsvermögen<br />
Meter MW GWh<br />
II 343,0 7,0-8,4 10,8-13,0 56-68<br />
Tabelle 2: Eckdaten der geplanten Murstufe Puntigam 2<br />
Neben den energiewirtschaftlichen Argumenten gibt es vor allem die stadtplanerischen<br />
und ökologischen Aspekte, die bei einer Bewertung der Murstufen zu berücksichtigen<br />
sind.<br />
Die in mittelfristiger Zukunft von der Stadt Graz vorgesehene Umgestaltung des<br />
Ufer- und Flußbereiches der Mur soll nach den Plänen der ARGE KW Puntigam<br />
(Grazer Stadtwerke AG, Steg und Steweag) durch die Maßnahmen bei der Errichtung<br />
einer Kraftwerksstufe im Stadtgebiet unterstützt werden. Dadurch würde der<br />
Lebensraum Mur als Naherholungsgebiet mehr in den Blickwinkel der Öffentlichkeit<br />
gerückt. Dies entspricht den Zielen des Stadtentwicklungskonzeptes im Sinne<br />
der Revitalisierung des Stadtbildes und einer Förderung der Naherholungsfunktion<br />
des Murbettes unter Bedachtnahme auf die ökologischen Funktionen des U-<br />
fersaumes. Durch dieses Kraftwerk soll es möglich werden, die vorgenannten Arbeiten<br />
in absehbarer und kürzerer Zeit zu realisieren 3 .<br />
Aus der Sicht der ARGE KW Puntigam stünde die Errichtung einer Murstufe in<br />
Graz aus folgenden Gründen in Übereinstimmung mit anerkannten Zielen<br />
regionaler und internationaler Energieprogramme und den Vorstellungen der<br />
Weltenergie- und Klimakonferenzen, insbesondere des Landesentwicklungsprogrammmes<br />
für Rohstoff- und Energieversorgung und des Energieberichtes<br />
der österreichischen Bundesregierung:<br />
• Der Strom würde am Ort des Verbrauches erzeugt werden und ohne größeren<br />
Leitungsbau in der Region eingesetzt werden;<br />
2 ARGE KW Puntigam (1993)<br />
3 ARGE KW Puntigam (1993)<br />
- 7 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
• Die Wasserkraft vermeidet die kalorische Stromerzeugung im Sommer und<br />
vermindert diese im Winter, wobei die Verbrennung von rund 13 Millionen Liter<br />
Öl vermieden werden könnten;<br />
• Es entstehen keine Abgase und die Emission von etwa 40.000 Tonnen CO 2<br />
sowie andere Luftschadstoffe könnten vermieden werden;<br />
• Die Wasserkraft ist derzeit die einzige in größerem Maßstab wirtschaftlich nutzbare<br />
erneuerbare Energie;<br />
• Damit können vergleichsweise 15.000 Haushalte in Graz versorgt werden;<br />
• Die Verluste bei der Erzeugung von Energie aus Wasser sind minimal;<br />
• Die „Energieernte“ ist konkurrenzlos hoch. Das heißt, das Kraftwerk erzeugt die<br />
zu seiner Errichtung eingesetzte Energie in längstens einem Jahr 4 ;<br />
2.1 Energie und Emissionen<br />
Grundsätzlich ist hier zu bemerken, daß eine Bewertung schwierig ist, wieviel E-<br />
missionen nun tatsächlich vermieden werden und wem diese zugerechnet werden.<br />
Folgende Annahmen bzw. Betrachtungsweisen können für eine Abschätzung<br />
getroffen werden:<br />
Analog zur Energie- und Emissionsbilanz Graz (<strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong> <strong>Nr</strong>. 6) wird bei der<br />
Emissionsbewertung vom regionalen Mix der Stromerzeugung ausgegangen. Das<br />
heißt, daß der durch die Murstufen erzeugte Strom praktisch zur Gänze in Graz<br />
eingesetzt wird. Damit vermindert sich der Bezug aus anderen Kraftwerken der<br />
Steweag bzw. vom Verbund. Wieviel Reduktion kalorische Stromerzeugung dem<br />
entspricht ist wiederum eine Bewertungsfrage. Vereinfacht gibt es zwei Betrachtungsweisen:<br />
1) Vom Standpunkt einer zukünftigen Energiebilanz wird sich in den Sommermonaten<br />
praktisch keine CO 2 -Reduktion ergeben, da praktisch der gesamte Strom<br />
aus Wasserkraft kommt (außer den Anlagen, die ohnehin das ganze Jahr<br />
durchlaufen). In den Wintermonaten wird kalorische Erzeugung substituiert (al-<br />
4 ARGE KW Puntigam (1993)<br />
- 8 -
Wasserkraft<br />
lerdings ist die Produktion im Winter auch geringer). Grob kann davon ausgegangen<br />
werden, daß diese Verhältnisse durch den Emissionsfaktor, gemittelt<br />
über die Jahresstromerzeugung, (ca. 43.000 t/TJ, s. E+E-Bilanz) bei CO 2 wiedergegeben<br />
werden.<br />
2) Bei einer großräumigeren Betrachtung, die insbesondere beim Treibhausgas<br />
CO 2 angebracht ist, kann man auch sagen, daß aufgrund des zusätzlichen<br />
Wasserkraftwerkes nicht weniger Wasserkraftstrom woanders erzeugt wird,<br />
sondern irgendwo (und sei es im Ausland, wenn wir die Wasserkraftüberschüsse<br />
im Sommer exportieren müssen) kalorische Kapazitäten ersetzt werden.<br />
Dann könnte man einen Wert für die kalorische Stromerzeugung für die verschiedenen<br />
Emissionen ansetzen (bei CO 2 ca. 225.000 t/TJ für die kalor-ische<br />
Stromerzeugung im Raum Graz).<br />
Damit ergibt sich eine Bandbreite zwischen 10.000 t CO 2 /a und 48.000 t CO 2 /a. In<br />
einer zukünftigen Emissionsbilanz wird die Verbesserung laut 1) aufscheinen. Wir<br />
gehen in der Folge von der 2. Betrachtungsweise (d.h. von 48.000 t CO 2 /a) bei<br />
nur einer Murstufe aus. Für das moderate Szenario wird die Realisierung einer<br />
(60 GWh), für das forcierte Szenario die Installierung von zwei Stufen (120 GWh)<br />
angenommen. Die Produktion von 60 bzw. 120 GWh aus Wasserkraft hätte für<br />
den „Grazer Strom“ folgende Auswirkungen:<br />
Von dem im Jahr 1993 in Graz eingesetzten Strom (1.339 GWh) wurden rund<br />
67%, das sind ca. 900 GWh aus Wasserkraft erzeugt. Der Rest von 440 GWh<br />
wird kalorisch bereitgestellt. Unter der Annahme, daß der durch die Grazer Murstufen<br />
zusätzlich hydraulisch erzeugte Strom zur Gänze in Graz eingesetzt wird<br />
und ausschließlich kalorischen Strom substituiert, kann von einer Verminderung<br />
der stromrelevanten Emissionen um 15% (moderat) bzw. 30% (forciert) ausgegangen<br />
werden.<br />
Wasserkraft<br />
[t/a] moderat forciert<br />
SO 2 59 119<br />
NO 2 62 124<br />
HC 0,6 1,2<br />
CO 3,8 7,6<br />
Staub 3,4 6,8<br />
CO 2 48.000 96.000<br />
Tabelle 3: Emissionsreduktion bei zusätzlicher Stromerzeugung aus Wasserkraft<br />
durch Substitution fossiler Energieträger<br />
- 9 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Die Emissionsreduktionen durch Einsatz von Wasserkraft bewegen sich bei Cl,<br />
HCOH, F, Pb und BaP zwischen 0,02 und 1,70 Tonnen pro Jahr.<br />
CO 2 -Emissionen (t/a)<br />
1987 243.100<br />
1993 275.978<br />
2010 (Ref.) 311.988<br />
2010 (mod.) 263.988<br />
2010 (forc.) 215.988<br />
Tabelle 4: CO 2 -Emissionen für den Energieträger Strom in Graz<br />
350.000<br />
300.000<br />
250.000<br />
200.000<br />
t/a<br />
150.000<br />
100.000<br />
50.000<br />
0<br />
1987 1993 2010<br />
(Ref.)<br />
2010<br />
(mod.)<br />
2010<br />
(forc.)<br />
Abbildung 1: CO 2 -Emissionen für den Energieträger Strom in Graz<br />
2.2 Kosten<br />
Die geschätzten Kosten für das Kraftwerk Puntigam liegen zw. 800 Millionen und<br />
einer Milliarde Schilling 5 .<br />
5 pers. Mitteilung Steweag<br />
- 10 -
Biomasse<br />
3 Biomasse<br />
Unter den Titel Biomasse fallen Brennholz, Sägenebenprodukte und Waldhackgut,<br />
Rinde, Ablauge, Stroh und brennbarer Müll.<br />
Biomasse hat bezogen auf das Gewicht einen Heizwert, der jenem der Braunkohle<br />
entspricht. Aufgrund des geringen spezifischen Gewichts erreicht der Heizwert<br />
bezogen auf den Volumsgehalt nur 5% vom Heizöl bzw. 10% von Steinkohle. Die<br />
Transportkosten belasten aufgrund dieses geringen Heizwertes die Energiekosten<br />
der Biomasse stärker als dies bei fossilen Brennstoffen der Fall ist. 6 .<br />
Im folgenden wird die Nutzung der Biomasse sowohl in Heizwerken zur Nahwärmeerzeugung<br />
als auch in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen betrachtet.<br />
3.1 Möglichkeiten der Biomassenutzung in Heizwerken<br />
Die wichtigsten Methoden für eine energetische Nutzung der Biomasse sind die<br />
Verbrennung, die Pyrolyse, die Vergasung und die Gärung zu Methan und Alkohol.<br />
Das in den Heizwerken vorrangig eingesetzte Verfahren ist die Verbrennung<br />
der Biomasse mittels Rostfeuerungen. Diese Biomasseheizwerke werden ausschließlich<br />
zur dezentralen Wärmeerzeugung herangezogen. Sie speisen ihre<br />
Heizleistung in ein Nahwärmenetz ein, über das die Wärmeenergie zu den<br />
Verbrauchern transportiert wird.<br />
In der Steiermark werden bis heute 84 mit Hackschnitzel, Rinde, Sägespäne und<br />
Abfallholz betriebene Biomasse-Ortszentralheizungen mit einer gesamten Heizleistung<br />
von 120 MW betrieben. 95% der Heizwerke werden nur in der Heizperiode<br />
betrieben und sind in den Sommermonaten außer Betrieb.<br />
Die kleinsten Heizwerke haben derzeit eine Heizleistung von 75 kW, der Durchschnitt<br />
liegt bei ca. 1,5 MW, die größte Anlage liegt bei 18 MW Heizleistung.<br />
6 STEWEAG (1995)<br />
- 11 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Leistung (kW)<br />
Anzahl<br />
über 500 28<br />
501 - 1000 27<br />
1001 - 3000 23<br />
über 3000 6<br />
Tabelle 5: Heizungsanlagen in der Steiermark 7<br />
3.2 Möglichkeiten der Biomassenutzung in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen<br />
Für eine möglichst rationelle Primärenergienutzung bietet sich die Kraft-Wärme-<br />
Kopplung an. Darunter versteht man die gleichzeitige Erzeugung von Strom und<br />
Wärme in einer thermischen Kraftmaschine.<br />
Eine dezentrale, mit Biomasse betriebene Kraft-Wärme-Kopplung ist prinzipiell<br />
auf vier Arten vorstellbar 8 :<br />
• Dampfkraftanlage mit Dampfmotor oder Dampfturbine<br />
• Holzvergasungsanlage mit Blockheizkraftwerk<br />
• Heißluftturbinenanlage<br />
• Heißgasmotoren (Stirlingmotor)<br />
Mit dem Projekt TINA (Thermodynamisch-Innovative-Nichtnukleare-Anlage) verfolgt<br />
die STEWEAG ein sehr ehrgeizige Strategie zur Biomassenutzung in Kraft-<br />
Wärme-Kopplungsanlagen, die einen Biomasseanteil am Brennstoffeinsatz von<br />
50% ermöglichen soll (Rest Erdgas).<br />
Um die teuren Biomasseanlagen wirtschaftlich nutzbar zu machen, wurde beim<br />
Projekt TINA folgender Weg eingeschlagen:<br />
• Kraft-Wärme-Kopplung<br />
7 Scheuer, H., (1995)<br />
8 Hofer, L., (1995)<br />
- 12 -
Biomasse<br />
• Man verwendet langlebige High-Tech-Komponenten wie z. B. Abgasturbolader<br />
von großen Schiffsmotoren.<br />
• Um eine Chance am Markt und nennenswerte Subventionen zu erhalten, ist ein<br />
elektrischer Wirkungsgrad von über 25% und ein Gesamtwirkungsgrad (Strom<br />
und Fernwärme) von über 70% zu erreichen. Dies geschieht beim Forschungsprojekt<br />
TINA durch eine 2-stufige, zwischengekühlte, mit Wassereinspritzung<br />
ausgestattete Verdichtung, welche in einer 3-stufigen Expansion mit Zwischenüberleitung<br />
und Kanalbrennern erreicht wird.<br />
• Der Betrieb der Anlage muß, um Personalkosten zu sparen, so automatisiert<br />
werden, daß sie ein geschulter Facharbeiter im 1-Schichtbetrieb betreuen<br />
kann.<br />
• Um die Anlagekosten zu vermindern ist eine modular aufgebaute und typisierte<br />
Anlage zu konstruieren, die je nach Bedarf mit fossilbrennstoffbefeuerten Kesselanlagen<br />
an die Erfordernisse des jeweiligen Betriebes anzupassen ist.<br />
Die gesamte Anlage kostet (inkl. Forschung und Forschungsbetrieb) 133 Millionen<br />
Schilling und wird mit 58 Millionen Schilling gefördert.<br />
In dieser Anlage sollen 45.000 Srm Holz und 2,2 Mm 3 Gas zur Produktion von 12<br />
GWh Strom und 22 GWh Fernwärme eingesetzt werden.<br />
Die Leistung von 6,3 MW wird von 3,4 MW Biomasse und 2,9 MW Gas aufgebracht.<br />
Die Anlage sollte Kleinstädte bzw. Stadtbezirke mit 2000 - 3000 Einwohner und<br />
deren Industrie mit etwa 30 - 40% der elektrischen Energie und 100% der Fernwärme<br />
versorgen können.<br />
Die Minderung der CO 2 -Belastung durch TINA gegenüber dem Haus- und Gewerbebrand<br />
beträgt ca. 7700 t/a, da der Einsatz CO 2 -neutraler Biomasse besonders<br />
hoch ist. Bei den Stickoxiden werden noch Verbesserungen angestrebt 9 .<br />
Die ÖDK (Österreichische Draukraftwerke) hat sich im Rahmen des Forschungsprogrammes<br />
des Verbundes zum Thema „Biomasse“ die Aufgabe ge-<br />
9 STEWEAG (1995)<br />
- 13 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
stellt, Möglichkeiten des Biomasseeinsatzes zur Stromerzeugung in kalorischen<br />
Kraftwerken zu untersuchen und zu erproben.<br />
Aus diesen Untersuchungen resultieren 2 Projekte 10 :<br />
1. St. Andrä:<br />
Dieses Projekt mit dem Namen „Biomasserost im Brennkammertrichter“ wurde im<br />
Jahre 1994 realisiert. Hier wurden unterhalb des Brennkammertrichters des Kohlekraftwerkes<br />
zwei gegenläufige Biomasseroste installiert. Durch diese Maßnahme<br />
ist sichergestellt, daß die Biomasse auf den Rosten optimal verbrennt. Damit<br />
werden ca. 10 MW th oder 3% der thermischen Leistung des Kraftwerk-blockes<br />
substituiert. Diese Konzeption hat jedoch den Nachteil, daß sie aufgrund des nötigen<br />
Platzbedarfes unterhalb des Brennerkammertrichters nur bei wenigen Anlagen<br />
nachrüstbar ist. Die Kosten für dieses Projekt betragen ca. 20 Millionen<br />
Schilling.<br />
2. Zeltweg:<br />
Dieses Projekt wurde im März 1995 bei der EU zur Förderung eingereicht. Es<br />
handelt sich hierbei um eine Biomasse-Wirbelschicht-Vergasungsanlage, welche<br />
im Dampfkraftwerk Zeltweg installiert werden soll. Auch hier sollen ca. 10 MW th<br />
oder 3% der thermischen Leistung des Kraftwerksblockes mittels Biomasse substituiert<br />
werden. Die Biomasse wird im Gegensatz zu St. Andrä in einem externen<br />
Wirbelschichtvergaser vergast. Das dabei entstehende „Schwachgas“ wird in den<br />
Feuerraum des Kraftwerksblockes eingeleitet und nachverbrannt. Bei diesem Projekt<br />
muß man mit Investitionskosten von ca. 57 Millionen Schilling rechnen.<br />
Beiden Projekten ist gemeinsam, daß durch den Einsatz von Biomasse die<br />
Schadstoffemissionen nicht erhöht werden, da das „Biogas“ einerseits im Feuerraum<br />
des Kraftwerksblockes optimal verbrannt wird und andererseits die bestehenden<br />
Rauchgasreinigungsanlagen ein Garant für die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte<br />
sind. Nach Aussage der ÖDK kann der Prozentsatz von 3% ohne<br />
Veränderung der Technologie auf ca. 15% angehoben werden.<br />
10 Österreichische Draukraftwerke AG., (1995)<br />
- <strong>14</strong> -
Biomasse<br />
3.3 Biomasseeinsatz in Graz<br />
Der angebotsseitige Biomasseeinsatz kann in der Zufeuerung von Biomasse im<br />
FHKW-Puchstraße und Mellach, durch das Projekt TINA oder im Aufbau von kleinen<br />
Biomassenetzen außerhalb der Fernwärme und Erdgasvorranggebieten bestehen.<br />
11<br />
Im Norden und Osten des Stadtgebietes Graz läßt die Bebauungsdichte die Errichtung<br />
von etwa drei Nahwärmenetzen mittlerer Größe als realistisch erscheinen.<br />
Der Rest jener Öl-, Kohle- und Gasheizungen, die außerhalb der Vorranggebiete<br />
für Fernwärme und Erdgas liegen, kann prinzipiell auf Hackschnitzelheizungen<br />
kleinerer Leistung umgestellt werden.<br />
3.4 Energie und Emissionen<br />
Zur Abschätzung der Energie- und Emissionsreduktionspotentiale ist vom Brennstoffeinsatz<br />
für die Fernwärme und Stromproduktion in den beiden Heizkraftwerken<br />
auszugehen. Die Tabelle 6 zeigt die Aufteilung des Brennstoffeinsatzes des<br />
Jahres 1994. In der Puchstraße wird Erdgas, in Mellach Steinkohle eingesetzt.<br />
Zu beachten ist der hohe Anteil für die Stromerzeugung in Mellach, der von der<br />
gesamten in beiden Werken eingesetzten Brennstoffmenge rund 80 % ausmacht.<br />
Puchstraße Mellach Summe<br />
Brennstoffeinsatz für Stromerzeugung (GWh) 192 1.673 1.865<br />
Brennstoffeinsatz für Wärmeerzeugung (GWh) 125 129 255<br />
Summe (GWh) 318 1.802 2.119<br />
Tabelle 6: Brennstoffeinsatz für Strom- und Wärmeerzeugung in den HKW<br />
Puchstraße und Mellach im Jahr 1994 12<br />
11 Rohracher, H., Simetzberger, A. (1995)<br />
12 Brennstoffstatistik (1994)<br />
- 15 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Mit den spezifischen Emissionsfaktoren 13 werden CO 2 -Emissionen berechnet und<br />
in der Tabelle 7 dargestellt. Die Gesamtemissionen von über 700.000 t entsprechen<br />
etwa den halben Emissionen der Stadt Graz und können durch einen Biomasseeinsatz<br />
beträchtlich reduziert werden.<br />
Puchstraße Mellach Summe<br />
CO 2 Emission der Stromerzeugung (t) 35.984 602.100 638.084<br />
CO 2 Emission der Wärmeerzeugung (t) 23.452 46.600 70.052<br />
Summe (t) 59.436 648.700 708.136<br />
Tabelle 7: CO 2 -Emissionen der Strom- und Wärmeerzeugung in den HKW<br />
Puchstraße und Mellach im Jahr 1994<br />
Für das moderate Szenario wird ein 5%iger Biomasseanteil für die beiden Heizkraftwerke<br />
angesetzt. Durch diese Substitution von Erdgas (FHKW-Puchstraße)<br />
und Steinkohle (Mellach) könnten rund 35.000 t CO 2 eingespart werden (vgl.<br />
Tabelle 8).<br />
Puchstraße Mellach Summe<br />
moderate CO 2 Reduktion bei der Stromerzeugung (t) 1.799 30.105 31.904<br />
moderate CO 2 Reduktion bei der Wärmeerzeugung (t) 1.173 2.330 3.503<br />
Summe (t) 2.972 32.435 35.407<br />
Tabelle 8: Reduktion der CO 2 -Emissionen in den HKW Puchstraße und Mellach<br />
durch einen 5%igen Biomasseeinsatz<br />
13 Ahamer G., Lesch K.H., (1995)<br />
- 16 -
Biomasse<br />
Bei einer forcierten Umsetzung dieser Biomassestrategie könnte dieser Anteil bei<br />
gleicher Technik und unter Berücksichtigung der vorhandenen Holzmengen verdreifacht<br />
werden. Die möglichen CO 2 -Emissionsreduktionen ergeben in Summe<br />
über 100.000 t/a oder rund 7 % der Grazer CO 2 -Emissionen (vgl. Tabelle 9).<br />
Puchstraße Mellach Summe<br />
forcierte CO 2 Reduktion bei der Stromerzeugung (t) 5.398 90.315 95.713<br />
forcierte CO 2 Reduktion bei der Wärmeerzeugung (t) 3.518 6.990 10.508<br />
Summe (t) 8.915 97.305 106.220<br />
Tabelle 9: Reduktion der CO 2 -Emissionen in den HKW Puchstraße und Mellach<br />
durch einen 15%igen Biomasseeinsatz<br />
Da die in den Heizkraftwerken produzierten Endenergieträger Strom und Fernwärme<br />
nur zum Teil in Graz eingesetzt werden kann die Emissionsreduktion nicht<br />
zur Gänze der Stadt Gaz zugerechnet werden. Zur Bestimmung des Verteilungsschlüssels<br />
für die Reduktionspotentiale wird von der Nettostromerzeugung und<br />
der Wärmeabgabe ausgegangen. Die Tabelle 10 zeigt, daß nur 18 % der Endenergie<br />
aus der Puchstraße kommen.<br />
Puchstraße Mellach Summe<br />
Nettostromerzeugung (GWh) 63 667 730<br />
Wärmeabgabe (GWh) 180 416 596<br />
Summe (GWh) 243 1.083 1.326<br />
Tabelle 10: Nettostromerzeugung und Wärmeabgabe der HKW Puchstraße<br />
und Mellach im Jahr 1994<br />
- 17 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Die Tabelle 11 zeigt die steirische Stromaufbringung. Es wird davon ausgegangen,<br />
daß für Graz etwa die gleiche prozentuelle Aufteilung gilt <strong>14</strong> . Durch eine steirische<br />
Biomassestrategie zur Stromerzeugung lassen sich daher nur 327 GWh<br />
vom gesamten Grazer Stromeinsatz (1339 GWh) beeinflussen.<br />
Steiermark Graz in % der Steiermark Graz<br />
GWh % GWh<br />
STEWEAG HYDR 2211 39% 529<br />
STEWEAG THER 1369 24% 327<br />
VERBUND HYDR 1586 28% 379<br />
VERBUND THER 433 8% 104<br />
Summe 5599 100% 1.339<br />
Tabelle 11: Stromaufbringung für die Steiermark und Graz (1993)<br />
Für die Zurechnung wird von den folgenden Annahmen ausgegangen:<br />
• Die fernwärmeseitigen Emissionsreduktionen werden zur Gänze Graz zugerechnet<br />
(die von der STEWEAG außerhalb von Graz verkaufte Fernwärme entspricht<br />
der hier nicht berücksichtigten Wärmeabgabe von Werndorf)<br />
• Die 63 GWh Nettostromerzeugung der Puchstraße werden in Graz eingesetzt.<br />
• Der Rest des von der STEWEAG für Graz kalorisch erzeugten Stromes (327 -<br />
63 = 264 GWh) stammt aus Mellach.<br />
Mit diesen Annahmen ergibt sich eine Spanne für die mögliche CO 2 -<br />
Emissionsreduktionen von 13.000 bis 38.000 t/a (vgl. Tabelle 12).<br />
<strong>14</strong> persönl. Mitteilung der Grazer Stadtwerke AG., (1995)<br />
- 18 -
Biomasse<br />
Puchstraße Mellach Summe<br />
Moderat für Graz 2.972 9.856 12.828<br />
Forciert für Graz 8.915 29.569 38.484<br />
Tabelle 12: Auf Graz anrechenbare Reduktion der CO 2 -Emissionen in den<br />
HKW Puchstraße und Mellach durch einen 5 bzw 15%igen Biomasseeinsatz<br />
CO2-Emissionsreduktion<br />
40.000<br />
35.000<br />
30.000<br />
Tonnen<br />
25.000<br />
20.000<br />
15.000<br />
10.000<br />
5.000<br />
0<br />
Moderat<br />
Forciert<br />
Mellach<br />
Puchstraße<br />
Abbildung 2: CO 2 -Reduktion durch Biomassezufeuerung in den Kraftwerken<br />
Mellach und Graz<br />
Bei den anderen Schadstoffen ergeben sich keine wesentlichen Verschiebungen.<br />
- 19 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
4 Biogas<br />
Biogas besteht aus etwa 55 - 75% Methan, 25 - 45% Kohlendioxid und geringen<br />
Mengen an anderen Gasen wie Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff.<br />
Der Heizwert von Biogas schwankt zwischen 6,0 und 7,5 kWh/Nm 3 ,<br />
das sind 22 bis 27 MJ/Nm 3 .<br />
Die im folgenden dargestellten Ergebnisse sind dem <strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong> <strong>Nr</strong>. 10 (Rohracher,<br />
Simetzberger, 1995) entnommen und sind zur Vollständigkeit hier ausgeführt.<br />
4.1 Gewinnung<br />
Bei dem zweistufigen Verfahren werden im Hydrolysereaktor unter aneroben Bedingungen<br />
hochmolekulare Verbindungen hydrolytisch zerlegt und anschließend<br />
durch gärende Bakterien zu Säuren und Alkoholen abgebaut und danach von a-<br />
cetogenen Bakterien im Biogasfermeter zu Wasserstoff, Kohlendioxid und Essigsäure<br />
umgewandelt. Durch die methanogen Bakterien erfolgt als letzter Schritt im<br />
Biogasfermeter die Umsetzung zu Methan und Wasser.<br />
4.2 Nutzungsmöglichkeiten<br />
Direkte Wärme und Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken:<br />
Sie kann als die häufigste Verwendungsart angesehen werden. Der Wirkungsgrad<br />
heutiger BHKW liegt bei etwa 50% thermisch und 35% elektrisch.<br />
Einspeisung ins Erdgasnetz:<br />
Die dazu notwendige Reinigung ist sehr aufwendig. Zusätzlich muß das Biogas<br />
auf den entsprechenden Vordruck komprimiert werden.<br />
- 20 -
Biogas<br />
Treibstoff:<br />
Diese Verwendungsart spielt heute noch eine untergeordnete Rolle, so mancher<br />
Traktor wird jedoch heute schon mit Biogas angetrieben.<br />
4.3 Potentiale<br />
Landwirtschaftliche Abfälle:<br />
In der Landwirtschaft ist das Ausgangssubstrat für die Biomassegewinnung zumeist<br />
die tierische Gülle. Daneben werden oft Rest und Abfallstoffe aus der Pflanzenproduktion<br />
und dem Haushalt sowie Einstreu beigegeben.<br />
Kommunale Abfälle:<br />
Zu den kommunalen Abfällen zählt man den Klärschlamm (Kläranlage Gössendorf),<br />
Grünabfälle sowie Biomüll und Altspeiseöl.<br />
Herkunft<br />
Landwirtschaftliche Abfälle<br />
Kommunaler Grünschnitt<br />
Biomüll und Altspeiseöle<br />
Gesamt<br />
Potential<br />
15,8 TJ/a<br />
19,3 TJ/a<br />
20,4 TJ/a<br />
55,5 TJ/a<br />
Tabelle 13: Abschätzung des praktisch nutzbaren Biogas-Potentials für Graz<br />
Das Potential des Klärschlammes der Kläranlage Gössendorf (30 TJ/a) wird nicht<br />
berücksichtigt, da schon jetzt das Gas zur Gänze für die Energieerzeugung innerhalb<br />
der Anlage verwendet wird.<br />
Die durchschnittlichen Kosten der Kilowattstunde Biogas werden mit 1,40<br />
ÖS/kWh 15 angegeben. In Graf (1994) werden Stromerzeugungskosten aus Biogas<br />
von 2,10 bis 3,00 ÖS/kWh angegeben.<br />
15 Jungmeier, G., (1993)<br />
- 21 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Für das moderate Szenario wird angenommen, daß 40% der Abfälle des gesamten<br />
Viehbestandes genutzt werden (für das forcierte Szenario werden 60% angenommen)<br />
und daß nur zwei Drittel der feuchten Reststoffe verwertet werden<br />
(100% für das forcierte Szenario).<br />
Bei der Verwertung des kommunalen Abfalls wird für das moderate Szenario angenommen,<br />
daß entweder nur der Grünschnitt oder nur der Biomüll vergärt wird.<br />
Für das forcierte Szenario werden sowohl Grünschnitt als auch Biomüll für die<br />
Verwertung herangezogen.<br />
Szenario Moderat Forciert<br />
Energie<br />
TJ/a<br />
Erdgas<br />
m 3 /a<br />
Energie<br />
TJ/a<br />
Erdgas<br />
m 3 /a<br />
Landwirtschaft 10,5 316.000 15,8 474.000<br />
Kommun.Abfall 20 600.000 39,7 1.191.000<br />
Gesamt 30,5 916.000 55,5 1.665.000<br />
Tabelle <strong>14</strong>: Schätzung der Substitutionspotentiale von Biogas für Graz<br />
Bei spezifischen Investitionskosten von 2,00 ÖS/(MJ/a) ergeben sich für das moderate<br />
und forcierte Szenario folgende Kosten:<br />
Szenario Moderat Forciert<br />
Investitionskosten in Mio ÖS<br />
Landwirtschaft 21 32<br />
Kommun.Abfall 40 79<br />
Gesamt 61 111<br />
Tabelle 15: Schätzung der Investitionskosten für Biogasanlagen für Graz<br />
4.4 Emissionen<br />
Bei der Betrachtung der Emissionsreduktion wird davon ausgegangen, daß Erdgas<br />
substituiert wird. Da Biogas ein CO 2 -neutraler Energieträger ist und sonst<br />
dem Erdgas ähnlich ist, werden hier nur die CO 2 -Emissionen behandelt.<br />
- 22 -
Biogas<br />
Biogas<br />
[t/a] moderat forciert<br />
CO 2 1.570 2.860<br />
Tabelle 16: CO 2 -Reduktion durch Substitution von Erdgas durch Biogas<br />
3.000<br />
2.500<br />
2.000<br />
t/a<br />
1.500<br />
1.000<br />
500<br />
0<br />
moderat<br />
forciert<br />
Abbildung 3: CO 2 -Reduktion durch Substitution von Erdgas durch Biogas<br />
- 23 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
5 Photovoltaik<br />
Eine Möglichkeit zur Nutzung der Sonnenenergie kann auch durch Photovoltaik-<br />
Anlagen erfolgen, in denen die kurzwellige Sonnenstrahlung direkt in elektrischen<br />
Strom umgesetzt wird. Derzeit werden monokristalline Siliziumzellen mit Wirkungsgraden<br />
bis zu <strong>14</strong>% und polykristalline mit Wirkungsgraden von 12% eingesetzt.<br />
Amorphe Zellen erfüllen bis jetzt noch nicht die in sie gesetzten Erwartungen.<br />
Durch Alterung sinkt der Wirkungsgrad sehr bald von 8% auf weniger als 5%<br />
ab 16 .<br />
Das Faszinierende an der Photovoltaik ist, daß keine bewegten Teile verwendet<br />
werden müssen und daß man kleinste Einheiten (Solar-Rechner) und Großanlagen<br />
mit dieser Technologie herstellen kann. Außerdem ist sie neben der Wasserkraft<br />
eine der umweltfreundlichsten Methoden, Strom aus erneuerbaren Energiequellen<br />
zu gewinnen.<br />
Die Problematik der Photovoltaik sind die Kosten. Eine Kilowattstunde so erzeugten<br />
Stromes kommt bei netzgekoppelten Systemen auf ca. ÖS 10.- bis ÖS <strong>14</strong>.-,<br />
bei Inselbetrieb liegt der Preis aufgrund der erforderlichen Batterie zur Speicherung<br />
noch etwas höher.<br />
Eine Anwendung bei vorhandener Netzversorgung ist derzeit betriebswirtschaftlich<br />
nicht sinnvoll. Dagegen kann der Inselbetrieb ohne Netzanschluß durchaus<br />
betriebswirtschaftlich sinnvoll sein (Parkscheinautomaten, Notrufsäulen, Berghütten<br />
etc.) und ist somit eines der Hoffnungsgebiete für diese Technologie.<br />
5.1 PV-Anlage der Grazer Stadtwerke AG<br />
Die Grazer Stadtwerke AG, Geschäftsbereich Strom, hat eine Photovoltaikanlage<br />
für Demonstrationszwecke errichtet.<br />
16 Halozan, H., (1995)<br />
- 24 -
Photovoltaik<br />
Als Standort für den Solargenerator wurde das Flachdach der Zentralgarage im<br />
Werksgelände Steyrergasse ausgewählt. Der Solargenerator ist für eine Leistung<br />
von 2 kWp ausgelegt, wobei die Modulflächen mit einer Neigung von 45° in Richtung<br />
Süd-Ost (13°) ausgerichtet montiert wurden. Die Modulflächen für 2 kWpeak<br />
(Spitzenleistung) beträgt 17 m 2 . Diese Größenordnung wurde gewählt, da mit 2<br />
kWp der Grundbedarf eines Haushaltes abgedeckt wird, aber kaum Energie in<br />
das Stromnetz zurückgeliefert wird, weil der Preis für zurückgelieferte Arbeit nicht<br />
so hoch ist.<br />
Der Wirkungsgrad der verwendeten monokristallinen Solarzellen beträgt 10 - 12,5<br />
%, der Gesamtwirkungsgrad des Wechselrichters ca. 85 %. Daraus ergibt sich ein<br />
Anlagenwirkungsgrad von 8,5 - 10 %. Das heißt, daß von 1000 W/m 2 Sonneneinstrahlung<br />
85 - 100 W genutzt werden können.<br />
Es werden die verschiedensten Meßgrößen, wie etwa Sonneneinstrahlung, Temperatur,<br />
Strom, Spannung, etc., durch Meßwertgeber erfaßt, übertragen und verspeichert.<br />
Diese Meßgrößen werden in einem Datensammler gespeichert, und für<br />
statistische Auswertungen mit dem PC weiterverarbeitet.<br />
Technische Daten: 17<br />
- 40 Module Type Siemens M55; monokristallin; 12,5 % Wirkungsgrad<br />
- 17,4 V; 3,05 A pro Modul bei 25 ° C und 1000 W/m 2<br />
- 2120 Wp (Spitzenleistung)<br />
- Pro Strang 5 Module in Serie; 8 Stränge parallel<br />
- Modulneigung 45°; Ausrichtung 13° Südost; ca. 17 m 2 Modulfläche<br />
- Siemens PV - Wechselrichter 2500 W Nennleistung (86 % Gesamtwirkungsgrad)<br />
- Wirkungsgrad der gesamten Anlage ca. 8,5 %<br />
Gemessene und berechnete Betriebsparameter und Kenngrößen (1994):<br />
17 Grazer Stadtwerke AG -Strom, (1994)<br />
- 25 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Sonnenarbeit/Jahr/m 2 : 1276 kWh/ m 2<br />
PV-Arbeit/Jahr:<br />
2118 kWh<br />
Wechselrichter-Arbeit/Jahr: 1808 kWh<br />
Die bisherige Resultate zeigen, daß pro kW p mit ca. 900 kWh nutzbarer Energie<br />
pro Jahr gerechnet werden kann. Die Investitionskosten für ein kW p liegen noch<br />
zwischen 150.000 und 200.000 öS, so daß die Stromgestehungskosten aus PV<br />
deutlich über den Strompreisen liegen.<br />
Langfristig ist mit einer Reduktion der Anlagekosten zu rechnen, die neben lukrativen<br />
Einspeisebedingungen zu einem gewissen Einsatz der PV in Graz führen<br />
kann.<br />
5.2 Energie und Emissionen<br />
Im moderaten Szenario wird für das Jahr 2010 mit einer installierten Leistung von<br />
ca. 500 kW p ausgegangen (1000 kW p im forcierten Szenario). Nach dem heutigen<br />
Kostenstand wäre dafür ein Investitionsvolumen von mindestens 75 bzw. 150 Mio.<br />
öS erforderlich. Die Jahresstromproduktion würde dabei 0,45 bis 0,9 GWh betragen.<br />
Eine GWh entspricht ca. 2 Promille des „kalorischen Stromeinsatzes“ in<br />
Graz.<br />
Wird davon ausgegangen, daß kalorisch erzeugter Strom substituiert wird, dann<br />
ergeben sich folgende Emissionsreduktionen:<br />
Photovoltaik<br />
[t/a] moderat forciert<br />
SO 2 0,44 0,89<br />
NO 2 0,46 0,93<br />
HC 0,00 0,01<br />
CO 0,03 0,06<br />
Staub 0,03 0,05<br />
CO 2 362 723<br />
Tabelle 17: Emissionsreduktion durch Substitution fossiler Energieträger<br />
- 26 -
Photovoltaik<br />
t/a<br />
1,00<br />
0,90<br />
0,80<br />
0,70<br />
0,60<br />
0,50<br />
0,40<br />
0,30<br />
0,20<br />
0,10<br />
0<br />
SO 2 NO 2 HC CO Staub CO 2 x 1000<br />
moderat<br />
forciert<br />
Abbildung 4: Emissionsreduktion durch den Einsatz von Photovoltaik-<br />
Anlagen<br />
Die Emissionsreduktionen von Cl, HCOH, F, Pb, Cd und BaP bewegen sich in einer<br />
Größenordnung von 0,00 - 0,01 t/a.<br />
- 27 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
6 Solare Fern- und Nahwärme<br />
Wirtschaftlich sinnvolle Möglichkeiten zur Nutzung der Sonnenenergie bestehen<br />
derzeit vor allem bei der Beheizung von Gebäuden und der Bereitstellung von<br />
Niedertemperatur-Wärme. Für die aktive thermische Nutzung der Sonnenenergie<br />
im Nieder- und Mitteltemperaturbereich werden Kollektoren verwendet, die je<br />
nach Aufbau, verwendeter transparenter Abdeckung und Absorbermaterial unterschiedliche<br />
Eigenschaften aufweisen.<br />
In diesem <strong>Bericht</strong> wird nur der Netzbetrieb behandelt, da die Solarenergienutzung<br />
für Warmwasser und teilsolares Heizen bereits im <strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong> <strong>Nr</strong>. 10 ausführlich<br />
beschrieben wurde.<br />
Thermische Solarenergie kann auch zur Bereitstellung der Fernwärme im Sommer<br />
und zur Versorgung von solaren Nahwärmeinseln verwendet werden. Derzeit<br />
liegt die benötigte FW-Leistung im Sommer (Warmwasser) bei ca. 8 MW, die über<br />
Steamblocks (ohne KWK) erzeugt werden. Der Einsatz von Sonnenkollektoren<br />
zur sommerlichen FW-Bereitstellung erscheint daher besonders sinnvoll, wenn<br />
von einer weiteren Zunahme des Sommerabsatzes auf 10 bis 15 MW bis 2010<br />
ausgegangen wird.<br />
Für zentrale Solaranlagen haben sich beispielsweise die Fernwärmegenossenschaften<br />
Deutsch Tschantschendorf und Bildein im Südburgenland entschlossen,<br />
während weitere Orte die Realisierung überlegen. Deutsch Tschantschendorf<br />
stellt das erste Biomassefernwärmenetz dar, in das Solarenergie eingespeist wird.<br />
Die Anlage ist seit November 1994 in Betrieb 18 .<br />
18 Holter, C., Geiger, H., (1995)<br />
- 28 -
Solare Fern- und Nahwärme<br />
6.1 Anlagenbeschreibung von Deutsch Tschantschendorf<br />
Kernstück der Anlage sind 325 m 2 Gluatmugl-Sonnenkollektoren. Diese liefern die<br />
Energie über einen Rohrbündelwärmetauscher an zwei Pufferspeicher mit insgesamt<br />
34 m 3 , aus denen dann der Netzbedarf gedeckt wird.<br />
Verbraucherseits sind groß dimensionierte Warmwasserboiler vorhanden. Die Beladung<br />
der Warmwasserboiler erfolgt alle zwei Tage mittels des bestehenden<br />
Fernwärmerohrnetzes an die Hausübergabestation. Dadurch gelingt eine erhebliche<br />
Reduzierung der Leitungsverluste, die bei Dauerbetrieb auftreten würde.<br />
Technische Beschreibung:<br />
Sämtliche Komponenten des Systems sind auf die Solarenergienutzung und den<br />
Schwachlastbetrieb des Netzes im Sommer ausgelegt.<br />
Da die Vorlauftemperatur im Heiznetz zur Warmwasserbereitung ca. 65°C betragen<br />
muß, treten beim Kollektor viel höhere Arbeitstemperaturen als bei normalen<br />
Warmwasseranlagen auf. Daher wurde die Kollektordämmung auf 7 cm erhöht,<br />
wodurch der k-Wert auf 3,0 W/m 2 K gesenkt wird. Als Verglasung wurde ein eisenarmes<br />
glattes Solarglas (G-Wert 0,92) gewählt.<br />
Ertrag:<br />
Die Anlage soll im Sommer nahezu den gesamten Wärmebedarf abdecken, und<br />
damit das Anfahren der Hackschnitzelheizung in einem extremen Schwachlastbereich<br />
(und die damit verbundenen höheren Emissionen) ersparen.<br />
Aus den Netzverlusten und den Normverbrauchsdaten ergibt sich ein mittlerer<br />
täglicher Energiebedarf von etwa 660 kWh. Diese Energiemenge wurde bereits<br />
an schönen Tagen Anfang März von der Anlage geliefert, im April konnten bis zu<br />
900 kWh Solarertrag beobachtet werden. Daher ist der erforderliche Sommerertrag<br />
der Anlage durchaus zuzutrauen.<br />
Bestehende Solaranlagen bei Fernwärmenetzen in Dänemark und Schweden sind<br />
so ausgelegt, daß sie an schönen Tagen im Sommer die gesamte Last übernehmen<br />
können. An Tagen mit bewölktem oder schlechtem Wetter werden konventionelle<br />
Brennstoffe als Nachheizung eingesetzt. In der Übergangszeit und im Winter<br />
kann die Solaranlage eine Anhebung der Rücklauftemperatur des Nahwärmenetzes<br />
bewirken.<br />
- 29 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Als jährlicher Energieertrag sind etwa 128.000 kWh zu erwarten, das sind knapp<br />
393 kWh/m 2 , die in das Wärmenetz eingespeist werden können.<br />
Emissionsreduktionen:<br />
Die gesamte Umweltentlastung der Anlage bewirkt im Verhältnis zu den vorher<br />
verwendeten Brennstoffen folgende Emissionsreduktionen:<br />
Emissionen<br />
t/a<br />
CO 2 200<br />
SO 2 0,45<br />
NOx 0,25<br />
Staub 0,18<br />
Tabelle 18: Emissionsreduktionen durch die Anlage Deutsch Tschantschendorf<br />
Kosten:<br />
Die Kosten für die Anlage inklusive Pufferspeicher, anteiligen baulichen Investitionen<br />
für umbauten Raum der Speicher, Planung und Meß- und Regelungstechnik<br />
betragen etwa 2 Mio. Schilling. Die Kosten des dachintegrierten Kollektors liegen<br />
bei 2300.- pro m 2 inklusive interner Verschaltung und Versprengelung, die des<br />
Solarkreises inklusive Wärmetauscher, Doppelpumpe und Sicherheitseinrichtungen<br />
bei 3100.- pro m 2 . Die Gesamtkosten der Anlage betragen daher ca. 6000.-<br />
pro m 2 .<br />
6.2 Schema der Anlage der Stadtwerke Göttingen AG 19<br />
Im Jahre 1993 sind im Rahmen des deutschen Pilotprojekts zur Nutzung großer<br />
Kollektorfelder „Solare Nahwärme Göttingen“ im Heizkraftwerk der Stadtwerke<br />
Göttingen AG zwei thermische Solarkollektoren installiert worden:<br />
19 ARGE Erneuerbare Energie, (1993)<br />
- 30 -
Solare Fern- und Nahwärme<br />
• Eine in das Dach integrierte Flachkollektoranlage (Wärmeträger Glykol / Wasser),<br />
deren Wärme in den Rücklauf des Nahwärmeversorgungsnetzes eingespeist<br />
wird.<br />
• Ein vor die Südostfassade montiertes Luftkollektorsystem, das die Verbrennungsluft<br />
der konventionellen Heizkessel vorwärmt.<br />
Die Stadtwerke Göttingen AG betreiben seit 1960 ein Heizkraftwerk mit Kraft-<br />
Wärme-Kopplung zur Fernwärme- und Stromerzeugung. Aufgrund der wärmeorientierten<br />
Fahrweise des Heizkraftwerkes ist der Betrieb in Kraft-Wärme-Kopplung<br />
nur auf die Heizperiode beschränkt, in den Sommermonaten wird lediglich thermische<br />
Energie bereitgestellt.<br />
Bei einem angenommenen Kollektorertrag von 365 kWh/m 2 a kann jährlich ein<br />
Erdgas-Äquivalent von 29.000 m 3 substituiert werden und die CO 2 Reduktion beträgt<br />
jährlich 58.000 kg.<br />
Aufgrund des einfachen Systemkonzeptes bei der solaren Nahwärmeeinspeisung<br />
und der weitgehenden Ausnutzung der Kostendegressionseffekte von Großanlagen<br />
konnten spezifische Kosten für die installierte Kollektoranlage von 4500.- pro<br />
m 2 erzielt werden. Dies entspricht einem Solareinspeisebetrag von ca. 1,50.-<br />
/kWh.<br />
6.3 Energie und Emissionen<br />
Im moderaten Szenario wird für das Jahr 2010 von einer erzeugten Wärmemenge<br />
von ca. 7 GWh pro Jahr ausgegangen (ca. 22 GWh im forcierten Szenario), die in<br />
ein Fernwärmenetz eingespeist werden könnte.<br />
Geht man von einem Energiegewinn von 400 kWh/m 2 a aus, wäre im moderaten<br />
Szenario eine Kollektorfläche von ca. 17.500 m 2 nötig (im forcierten Szenario<br />
55.000 m 2 ). Bei Gesamtkosten von ca. 6000.- pro m 2 muß man mit Investitionskosten<br />
von 100-300 Millionen Schilling rechnen.<br />
Wird davon ausgegangen, daß Fernwärme, die durch fossile Energieträger erzeugt<br />
wird, durch solar erzeugte Wärme substituiert wird, ergeben sich folgende<br />
Emissionsreduktionen:<br />
- 31 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Solare Fernwärme<br />
[t/a] moderat forciert<br />
SO 2 0,30 1,10<br />
NO 2 0,80 2,50<br />
HC 0,01 0,04<br />
CO 0,01 0,04<br />
Staub 0,02 0,08<br />
CO 2 660 2.200<br />
Tabelle 19: Emissionsreduktion durch den Einsatz solarer Großanlagen<br />
3,00<br />
2,50<br />
t/a<br />
2,00<br />
1,50<br />
1,00<br />
moderat<br />
forciert<br />
0,50<br />
0<br />
SO 2 NO 2 HC CO Staub CO 2 x 1000<br />
Abbildung 5: Emissionsreduktion durch den Einsatz solarer Großanlagen<br />
Aufgrund der Fernwärmeerzeugung in den Steamblocks im Sommer wird die<br />
CO 2 -Emissionsreduktion eher größer ausfallen als hier angegeben.<br />
- 32 -
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen<br />
7 Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen<br />
7.1 Begriff<br />
Kraft-Wärme-Kopplung ist die „gleichzeitige Gewinnung" von mechanischer Arbeit<br />
und nutzbarer Wärme aus anderen Energieformen mittels eines thermodynamischen<br />
Prozesses in einer technischen Anlage. Die mechanische Arbeit wird in der<br />
Regel unmittelbar in elektrische Energie umgewandelt. Die technische Anlage ist<br />
das Heizkraftwerk. Der thermodynamische Prozeß benötigt Wärme hoher Temperatur,<br />
die mit einem Energieträger erzeugt wird. Der hohe Temperaturanteil der<br />
Wärme wird über Turbine und Generator zur Stromerzeugung, der niedrige Temperaturanteil<br />
zur Bereitstellung von Heizwärme genutzt. Bei diesem Prozeß wird<br />
die Stromerzeugung in geringem Umfang reduziert.“ 20<br />
7.2 Einleitung<br />
Viele Betriebe brauchen Kraft und Wärme, aber oft nicht in dem Verhältnis und in<br />
dem zeitlichen Profil, wie sie von Industriekraftwerken bereitgestellt werden. Oft<br />
wird deshalb nur Prozeßwärme im Betrieb erzeugt und Strom zugekauft. Hier sollten<br />
im Zuge der Erneuerung der Dampfkesselanlagen Kraft-Wärme-<br />
Kopplungsanlagen zum Einsatz kommen. Die kombinierte Erzeugung thermischer<br />
und elektrischer Energie im Kleinabnehmerbereich (Hallenbäder, Krankenhäuser,<br />
Wohnbauten, Supermärkten, Kläranlagen, Kasernen, öffentl. Gebäuden, kleine<br />
Nahwärmenetze etc.) sind heute noch unüblich. Die Weiterentwicklung der<br />
BHKW-Technik für diese Anwendungsbereiche der letzen Jahre hat aber eine gute<br />
Voraussetzung für einen zukünftig verstärkten Einsatz geschaffen. Besonders<br />
BHKW in Verbindung mit Absorptionskältemaschinen (Büros, Krankenhäuser,<br />
Kaufhäuser, etc.) bieten sich heute als geeignete Einsatzbereiche an. Diese Anlagen<br />
erzeugen im Winter Wärme, im Sommer indirekt Kälte und kommen so auf<br />
20 Minister für Energie, Schleswig-Holstein, (1990), KWK<br />
- 33 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
7000 Jahresbetriebsstunden. Somit wird auch die Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen<br />
erreicht, die bei heutigen Energiepreisen oft ein Problem der BHKW-<br />
Technologie darstellt. Bei den Krankenhäusern ist eine ununterbrochene Stromversorgung<br />
(USU) immer vorzusehen. Hier kann das BHKW als Notstromaggregat<br />
fungieren und stellt somit auch eine Investitionseinsparung dar.<br />
Im Industriebereich sollte eine Dimensionierung nach dem Strombedarf vorgenommen<br />
werden, da die Heizwärme betriebswirtschaftlich eine untergeordnete<br />
Rolle spielt. Bei der Anlagenkonzeption ist darauf zu achten, daß das BHKW in<br />
erster Linie den Prozeßwärmebedarf mit geringem Temperaturniveau (< 100 °C)<br />
versorgt.<br />
7.2.1 Leistungsbereich und Lebensdauer<br />
Der übliche Leistungsbereich der KWK-Anlagen liegt bei 0,5 bis 3 MW el. , die Lebensdauer<br />
bei ca. 15 bis 20 Jahren.<br />
7.2.2 Wirkungsgrad<br />
ca. 50 % thermisch und 35 % elektrisch.<br />
7.2.3 Erzeugbarer Strom bzw. Wärme in einem BHKW<br />
Aus einer Studie über BHKW`s in Graz 21 geht hervor, daß die Verhältniszahl von<br />
erzeugbarer Wärme zu erzeugbarer elektrischer Energie folgendermaßen aussieht:<br />
Verhältniszahl = Strom min / Wärme = 123 GWh elektr. / 219 GWh therm. = 0,56<br />
Verhältniszahl = Strom max / Wärme = 151 GWh elektr. / 219 GWh therm. = 0,69<br />
Verhältniszahl = Strom mittel / Wärme = 137 GWh elektr. / 219 GWh therm. = 0,625<br />
21 Rainer, C., u.a., (1995)<br />
- 34 -
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen<br />
Durch einen unterschiedlichen Brennstoffeinsatz kann die Größe der erzeugten<br />
elektrische Energie bei gleichbleibender thermischer Energie variiert werden. In<br />
den Berechnungen wurde deshalb mit einer gemittelten Verhältniszahl gerechnet.<br />
7.2.4 Auswahlkriterien für den sinnvollen Einsatz eines BHKW 22<br />
− Vorhandener Erdgas-Anschluß<br />
− Gleichzeitiger Verbrauch von Wärme und Strom<br />
− Einspeisemöglichkeit ins öffentliche Stromnetz, bei einer Stromproduktion über<br />
den Eigenbedarf hinaus<br />
− Minimale elektrische Leistung der Anlage: >300 [kW el ]; entsprechende minimale<br />
Wärmeleistung: >600 [kW th ].<br />
− Vollaststundenzahl der KWK-Anlage: >4000 [h/a]<br />
− Überprüfung des Prozesses auf die Anwendbarkeit von KWK-Technologien:<br />
Maximales Temperaturniveau der Nutzwärme: 400 - 500 [°C]<br />
Konstanter Wärmebedarf über den Tag<br />
7.3 Szenarien<br />
Hier wird in zwei Szenarien (moderat - forciert) der CO 2 -Ausstoß von einem gasbetriebenem<br />
BHKW mit drei anderen Varianten verglichen. Der durch das BHKW erzeugbare<br />
Strom wird in diesen drei Varianten durch elektrische Energie vom Netz ersetzt. Hierfür<br />
kann der Emissionsfaktor des Grazer Strommixes eingesetzt werden. Die Wärme wird<br />
einmal mit Kohle, einmal mit Öl und einmal mit einem Mix 70 % Gas und 30 % Fernwärme<br />
erzeugt. Damit ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Emissionsfaktoren<br />
verschiedene Schadstoffemissionen pro Variante.<br />
22 Rainer, C., u.a., (1995)<br />
- 35 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Die Annahmen, die den beiden Szenarien zugrunde liegen, sind in der Tabelle 20<br />
dargestellt:<br />
Szenario moderates Szenario forciertes Szenario<br />
Kleinanlagen 2 x 500 KW el 5 x 500 KW el<br />
mittelgroße Anlagen 2 x 1000 KW el 5 x 1000 KW el<br />
Großanlagen 2 x 3000 KW el 5 x 3000 KW el<br />
Anzahl der Anlagen 6 Anlagen 15 Anlagen<br />
Gesamte erzeugbare elektrische<br />
Energie<br />
9000 KW el 22.500 KW el<br />
Gesamte erzeugbare Wärme:<br />
<strong>14</strong>.400 KW therm 36.000 KW therm<br />
Q therm.<br />
Tabelle 20: Szenarien für BHKW´s in Graz<br />
Für die oben dargestellten Szenarien ergeben sich folgende Werte:<br />
Szenario in MWh moderat forciert<br />
erzeugte elektr. Arbeit 40.500 101.250<br />
erzeugte Wärme 64.800 162.000<br />
eingesetze Energie 123.882 309.706<br />
Tabelle 21: Elektrische Arbeit und thermische Wärme in MWh im moderaten<br />
und forcierten Szenarios<br />
Graphisch dargestellt wird dieser Sachverhalt nur für das moderate Szenario abgebildet,<br />
für das forcierte Szenario gilt jedoch dieselbe proportionale Aufteilung.<br />
- 36 -
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen<br />
<strong>14</strong>0000<br />
120000<br />
MWh<br />
100000<br />
80000<br />
60000<br />
eingesetzte Brennstoffenergie<br />
erzeugte Wärme<br />
erzeugte elektr. Arbeit<br />
40000<br />
20000<br />
0<br />
Energieerzeugung<br />
Energieverbrauch<br />
Abbildung 6: Eingesetzte und erzeugbare Energie des moderaten Szenarios<br />
in MWh<br />
Die Differenz zwischen der gewonnenen und der eingesetzten Energie stellt den thermischen<br />
Verlust von ca. 15 % dar.<br />
7.3.1 CO 2 -Emissionen<br />
Die Emissionsfaktoren für CO 2 wurden der Energiebilanz 23 entnommen und mit der zu<br />
erzeugenden Energiemenge multipliziert, wobei die unterschiedlichen Nutzungsgrade<br />
ebenfalls berücksichtigt wurden. Der CO 2 - Ausstoß und die Differenz zum BHKW der<br />
drei Varianten sind in den folgenden Tabellen dargestellt.<br />
23 Ahamer, G., Lesch, K.H., (1995)<br />
- 37 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
CO 2 -Emissionen in t / a moderat forciert<br />
70 % Gas, 30 % Fernwärme / Strom 21.441 41.816<br />
Öl /Strom 32.118 80.294<br />
Kohle / Strom 45.004 112.509<br />
BHKW mit Gasfeuerung 23.166 57.915<br />
Tabelle 22: CO 2 -Emissionen der verschiedenen Varianten im Verhältnis zum<br />
BHKW<br />
Damit ergeben sich folgende CO 2 - Einsparpotentiale der betrachteten Varianten<br />
gegenüber einem BHKW:<br />
CO2-Emissionen in t / a moderat forciert<br />
Differenz zu Gas - FW / Strom 1.725 16.099<br />
Differenz zu Öl / Strom -8.952 -22.379<br />
Differenz zu Kohle / Strom -21.838 -54.594<br />
Tabelle 23: CO 2 - Einsparpotentiale der untersuchten Varianten gegenüber<br />
einem BHKW mit Gasbefeuerung<br />
- 38 -
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen<br />
CO2-Emissionen<br />
120.000<br />
100.000<br />
80.000<br />
60.000<br />
40.000<br />
70 % Gas, 30 % Fernwärme / Strom<br />
Öl /Strom<br />
Kohle / Strom<br />
BHKW mit Gasfeuerung<br />
20.000<br />
0<br />
moderat<br />
forciert<br />
Abbildung 7: CO 2 -Emissionen der 4 Varianten in t/a<br />
Daraus kann ersehen werden, daß in Graz eine Errichtung eines BHKW´s nur<br />
dann sinvoll ist, wenn damit eine Öl - oder Kohleheizung ersetzt werden kann.<br />
Wenn die benötigte Wärme aus KWK-Anlagen (Fernwärme) oder durch Gasheizungen<br />
bereitgestellt wird und der Strom wie im Falle von Graz zum Großteil aus<br />
Wasserkraft gewonnen wird ist ein Einsatz von BHKW´s auf Gasbasis nicht sinnvoll.<br />
Hierfür wäre ein Einsatz von Biomasseanlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung<br />
ideal.<br />
7.3.2 Andere Schadstoffemissionen:<br />
Die Unterschiede der Schadstoffemissionen der betrachteten Varianten sind gesondert<br />
für das moderate und forcierte Szenario dargestellt. Die Emissionsfaktoren<br />
für das BHKW wurde laut Angaben von Ferngas eingesetzt. Die restlichen<br />
Emissionsfaktoren wurden der Energiebilanz 24 entnommen.<br />
24 Ahamer, G., Lesch, K.H., (1995)<br />
- 39 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
moderates Szenario<br />
in t/a<br />
BHKW auf<br />
Gasbasis<br />
Strom/Öl Strom/Kohle<br />
Strom/FW+Gas<br />
CO 12.150 5.452 59.312 2.573<br />
NOx 33.615 58.170 89.529 35.738<br />
Staub 0 7.122 28.121 526<br />
SO2 0 171.504 229.208 8.977<br />
HC 292 3.488 7.554 556<br />
Tabelle 24: Schadstoffemissionen des moderaten Szenarios in t /a<br />
forciertes Szenario<br />
in t /a<br />
BHKW auf<br />
Gasbasis<br />
Strom/Öl Strom/Kohle Strom/FW+Gas<br />
CO 30.375 13.629 <strong>14</strong>8.281 6.433<br />
NOx 84.038 <strong>14</strong>5.426 223.822 89.345<br />
Staub 0 17.806 70.302 1.316<br />
SO2 0 428.759 573.019 22.443<br />
HC 731 8.720 18.885 1.389<br />
Tabelle 25: Schadstoffemissionen des forcierten Szenarios in t /a<br />
- 40 -
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen<br />
Schadstoffemissionen - moderat<br />
t / a<br />
250.000<br />
200.000<br />
150.000<br />
100.000<br />
50.000<br />
BHKW auf Gasbasis<br />
Strom/Öl<br />
Strom/Kohle<br />
Strom/FW+Gas<br />
0<br />
CO NOx Staub SO2 HC<br />
Abbildung 8: Vergleich der Schadstoffemissionen für das moderate Szenario<br />
in t / a<br />
Schadstoffemissionen - forciert<br />
600.000<br />
500.000<br />
t / a<br />
400.000<br />
300.000<br />
200.000<br />
100.000<br />
BHKW auf Gasbasis<br />
Strom/Öl<br />
Strom/Kohle<br />
Strom/FW+Gas<br />
0<br />
CO NOx Staub SO2 HC<br />
Abbildung 9: Vergleich der Schadstoffemissionen für das forcierte Szenario<br />
in t / a<br />
- 41 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
7.4 Schlußfolgerungen<br />
Ein Einsatz eines Blockheizkraftwerkes bringt neben großen CO 2 -Reduktionen<br />
(gegenüber Kohle ca. 49% und gegenüber Öl ca. 28 %) auch einen gänzlichen<br />
Wegfall von SO 2 - und Staub- und einen fast gänzlichen Wegfall der HC-<br />
Emissionen. Die NO x -Emissionen können gegenüber Kohlefeuerungen um ca.<br />
63% und gegenüber Ölfeuerungen um ca. 42 % reduziert werden. Nur die CO-<br />
Emissionen sind bei BHKW`s etwas höher als bei der Gas-Fernwärme und Ölvariante.<br />
Diese Erhöhung der CO-Emissionen kann durch die Einrechnung des E-<br />
missionsfaktors für den Strommix erklärt werden. Gegenüber der Kohlefeuerung<br />
sind auch beim CO Emissionsreduktionen von ca. 80 % erreichbar.<br />
- 42 -
Zusammenfassung<br />
8 Zusammenfassung<br />
Neben den großen bedarfsseitigen Potentialen (<strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong>e 10 -13) bestehen<br />
auch auf der Angebotsseite noch beträchtliche Potentiale zur Reduktion der CO 2 -<br />
Emissionen. Durch eine forcierte Umsetzung aller angebotsseitigen Maßnahmen<br />
zur Bereitstellung von Fernwärme und Srom können die Grazer CO 2 -Emissionen<br />
um rund 10% oder 162.000 t/a reduziert werden. Das sind 50 % der im Jahr 1993<br />
durch die Fernwärme- und Stromproduktion verursachten 335.000 t. Die größten<br />
Beiträge dazu leisten Wasserkraft und Biomasse mit einem Anteil am Potential<br />
von 59% bzw. 23%. Die Aufteilung der Potentiale ist in der Tabelle 26 dargestellt.<br />
CO 2- Reduktion<br />
[t/a] moderat forciert<br />
Wasserkraft 48.000 96.000<br />
Biomasse 13.000 38.000<br />
Biogas 1.570 2.860<br />
Photovoltaik 360 720<br />
Sol. Fernwärme 660 2.200<br />
KWK-Anlagen 9.000 22.400<br />
Summe 72.590 162.180<br />
Tabelle 26: CO 2 -Reduktion durch alternative Energiebereitstellung im Jahr<br />
2010<br />
Durch die hier dargestellten Maßnahmen wird der Endenergieeinsatz nicht beeinflußt.<br />
Bei der konkreten Umsetzung dieser Potentiale sollte aber auch auf die bedarfsseitigen<br />
Optionen geachtet werden, d.h. im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung<br />
sollen zuerst die Stoff- und Energieströme minimiert werden, um dann einen möglichst<br />
großen Teil durch erneuerbarer Energieträger bereitzustellen.<br />
- 43 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Vor der Realisierung angebotsseitiger Maßnahmen soll in einem LCP-Verfahren<br />
geklärt werden, ob eventuell wirtschaftlichere bedarfsseitige Optionen zur Verfügung<br />
stehen.<br />
Die angebotsseitigen Möglichkeiten vergrößern vor allem den Handlungsspielraum<br />
zur Erreichung der Ziele.<br />
Die CO2-Reduktion der erneuerbaren Energieträger (ohne KWK-Anlagen) ist in<br />
Abbildung 10 dargestellt.<br />
CO2-Emissionsreduktion<br />
<strong>14</strong>0.000<br />
120.000<br />
100.000<br />
t/a<br />
80.000<br />
60.000<br />
Sol. Fernw ärme<br />
Photovoltaik<br />
Biogas<br />
Biomasse<br />
Wasserkraft<br />
40.000<br />
20.000<br />
0<br />
moderat<br />
forciert<br />
Szenarien<br />
Abbildung 10: CO 2 -Reduktion durch Einsatz erneuerbarer<br />
Energie im Jahr 2010 auf der Angebotsseite<br />
- 44 -
Literatur<br />
9 Literatur<br />
Ahamer, G., Lesch, K.H., (1995), Kommunales Energiekonzept Graz, Energieund<br />
Emissionsbilanz Graz für die Jahre 1987 & 1993, <strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong> <strong>Nr</strong>. 6, Amt für<br />
Umweltschutz, Magistrat Graz.<br />
ARGE Erneuerbare Energie, (1993), Solare Großanlagen, Gleisdorf/Graz.<br />
ARGE KW Puntigam, (1993), KW Puntigam, Wasserrechtliches Vorprüfungsverfahren,<br />
Grazer Stadtwerke AG, Steg, Steweag, Graz.<br />
Graf, W. (1994), Biogas für Österreich, ÖH Wien.<br />
Grazer Stadtwerke AG-Strom, (1994), Projektbeschreibung der Photovoltaikanlage,<br />
Graz.<br />
Halozan, H. (1995), Rationelle Energienutzung, Institut für Wärmetechnik, TU<br />
Graz.<br />
Hofer, L. (1995), Biomasseanlagen, Diplomarbeit, TU Graz.<br />
Holter, C., Geiger, H., (1995), Erste Solarenergieeinspeisung in ein Biomassefernwärmenetz<br />
in Österreich, SOLID GmbH, Graz.<br />
Jungmeier, G., (1993), Kosten der CO 2 -Reduktion durch Solartechnologien, Diplomarbeit,<br />
Institut für Verfahrenstechnik, TU Graz<br />
Minister für Energie, Schleswig-Holstein, (1990), KWK<br />
Österreichische Draukraftwerke AG, (1995), Projektbeschreibung St. Andrä und<br />
Zeltweg, Klagenfurt.<br />
Rainer, C., u.a., (1995), Kommunales Energiekonzept Graz, Dezentrale Kraft-<br />
Wärme-Kopplung - Analyse der Potentiale in Graz, <strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong> <strong>Nr</strong>.18,<br />
Rohracher, H., Simetzberger, A., (1995), Raumwärme und Warmwasser, Maßnahmenanalyse<br />
und Potentiale in Graz, <strong>KEK</strong>-<strong>Bericht</strong> <strong>Nr</strong>. 10, Magistrat Graz, Amt<br />
für Umweltschutz.<br />
- 45 -
Alternative Energiebereitstellung<br />
Scheuer, H. (1995), Biomasse-Fernwärme Steiermark-Daten, Landesenergieverein<br />
Steiermark, Graz.<br />
Steweag, (1995), Vorstellung des Projektes Tina im Rahmen des <strong>KEK</strong> Graz,<br />
Graz.<br />
- 46 -