19.10.2014 Aufrufe

KEK Bericht Nr. 14

KEK Bericht Nr. 14

KEK Bericht Nr. 14

MEHR ANZEIGEN
WENIGER ANZEIGEN

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.

<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 -

Hurra! Ihre Datei wurde hochgeladen und ist bereit für die Veröffentlichung.

Erfolgreich gespeichert!

Leider ist etwas schief gelaufen!