Bioenergie - umweltfreundliche Erzeugung und Nutzung von ... - TLL

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Blockheizkraftwerke und Brennstoffzellen – Stand der Technik und Einsatzerfahrungen Dr.-Ing. Thorsten Gottschau (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.) Einleitung Die gesicherte Energieversorgung ist eine wichtige Grundlage der modernen Industriegesellschaft. In allen Bereichen der Arbeitswelt und des täglichen Lebens wird Energie für reibungslose und komfortable Arbeitsabläufe benötigt und eine sichere Versorgung erwartet. Die Energieerzeugung ist daher von hoher gesamtgesellschaftlicher Bedeutung. Die nachfolgende Tabelle verdeutlicht dies. Tabelle 1: Endenergieverbrauch und Umsatz ausgewählter Energieversorgungsbranchen für Deutschland Energieträger Endenergieerzeugung 1997 (PJ/a) Umsatz 1996 (Mio. DM) Steinkohlen 448 6 300 Braunkohlen 132 6 909 Kraftstoffe 2 726 Heizöl, schwer 135 118 433 Heizöl, leicht 1 501 Gase 2 400 48 884 Strom 1 662 163 480 Fernwärme 349 6 210 Sonstige 1) 117 ? Insgesamt 9 469 350 216 1) Brennholz, Brenntorf, Klärschlamm, Müll nach [1] Dabei lag der Energieverbrauch 1996 mit 178,7 GJ/a pro Kopf im Mittelfeld vergleichbarer mitteleuropäischer Industrienationen und damit deutlich unter dem Verbrauch der USA mit pro Kopf 336,6 GJ/a. Kehrseite der Energieversorgung ist die Umweltbelastung. Da die deutsche Energieerzeugung sehr weitgehend auf fossilen Brennstoffen beruht, sind in erster Linie die Belastungen durch Kohlendioxid(CO 2)-Emissionen zu nennen. Neben dem klimawirksamen Gas CO2 tragen aber auch Stickoxide (NOx) und Schwefeldioxid (SO2) zur (lokalen) Umweltbelastung bei. Tabelle 2: Ausgewählte Emissionen der Energieerzeugung 1997 für Deutschland Sektor Kohlendioxid (MT) Stickoxide (kt) Schwefeldioxid (kt) Gesamt 894 1 803 1 468 Straßenverkehr 164 846 32 Haushalte 139 109 212 Industriefeuerungen 153 225 278 Kraft- und Fernheizwerke nach [1] 338 329 803 5. Thüringer Bioenergietag 46 7/1999
Aus der Tabelle 2 ist zu entnehmen, dass über 1/3 der Kohlendioxidemissionen im Rahmen der Stromerzeugung in Kraftwerken entstehen. Die Emissionen der Heizenergieversorgung für Industrie und Haushalte sind ebenfalls erheblich. Die Analyse der Energieträgerstruktur zeigt weiter, dass Deutschland im erheblichen Maße vom Import bei Brennstoffen abhängig ist, neben Erdöl und Erdgas gilt dies aus wirtschaftlichen Gründen auch im fühlbaren Umfang für Steinkohle. Zur langfristigen Sicherung der Energieversorgung auf einem erforderlichen Niveau ist die Stärkung des Nachhaltigkeitsgedankens auch in diesem Bereich notwendig. Wie kann diese Nachhaltigkeit der Energieversorgung erreicht werden? Rationelle Energieerzeugung und -anwendung wie auch der verstärkte Einsatz erneuerbarer Energieträger spielen hierbei Schlüsselrollen. Entsprechend bemüht sich die Bundesregierung seit Jahren um den verstärkten Einsatz von erneuerbaren Energien. Im Rahmen des Konzepts der Bundesregierung zur Förderung von Forschungs-, Entwicklungsund Demonstrationsvorhaben 1996 bis 2000 auf dem Gebiet nachwachsender Rohstoffe (kurz: Förderkonzept 1996 bis 2000) unterstützt das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (BML) seit längerem innovative Projekte im Bereich der energetischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Mit dem Markteinführungsprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) wurde in jüngster Zeit ein weiteres positives Zeichen geben. Die herausragende Stellung des Potentials der Biomasse im Konzert der regenerativen Energieträger sowie ihre ökologischen Vorteile sind gerade im hier angesprochenen Kreis bekannt. Eine Wiederholung dieser Fakten soll deshalb an dieser Stelle nicht vorgenommen werden. Auch ihre Bereitstellung wurde im Rahmen dieser Tagung bereits an anderer Stelle ausführlich diskutiert. Im folgenden sollen daher Nutzungstechniken zur dezentralen Erzeugung von Wärme und Strom sowie der Stand ihrer Anwendung diskutiert werden. Kraft-Wärme-Kopplung/Blockheizkraftwerke Unter Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird die gemeinsame Erzeugung von elektrischer Energie (Strom) und thermischer Energie (Wärme) in einem Apparat mit anschließender Nutzung beider Energiearten verstanden. Weniger scharf ist der Begriff Blockheizkraftwerk definiert. Blockheizkraftwerke (BHKW) sind immer KWK-Anlagen. Mit BHKW werden meist KWK-Anlagen zur lokalen Bereitstellung von Nutzenergien im Bereich weniger kWth Feuerungswärmeleistung bis hin zu einigen MWth Feuerungswärmeleistung bezeichnet. Typische Anwendungsfälle von BHKW ist die Energieversorgung von Mehrfamilienhäusern, öffentlichen Verwaltungskomplexen, Krankenhäusern oder kleineren und mittleren Gewerbebetrieben. KWK-Anlagen oberhalb dieser Grenze der Feuerungswärmeleistung werden als Heizkraftwerke bezeichnet. Neben der Nutzung regenerativer Energiequellen stellt die KWK eine Beitrag zur rationellen Energieerzeugung dar. Die Abbildung 1 zeigt dies schematisch anhand eines Motor-BHKW. Durch die Verwendung von KWK-Anlagen wird die Ausnutzung des Brennstoffes wesentlich verbessert. Werden im obenstehenden Beispiel bei der reinen Stromerzeugung nur 36 % des eingesetzten Brennstoffes in Nutzenergie umgewandelt, so sind dies bei einer gemeinsamen Nutzung von Wärme und Strom für den vorliegenden Fall bereits über 76 %. Der thermodynamische Gesamtwirkungsgrad der Anlage steigt deutlich. Der Wirkungsgrad h ist ein Maß für die Umwandlung der im Brennstoff enthaltenen Energie in nutzbare Energie. Der Wirkungsgrad kann in realen Systemen nie 1 erreichen. Schriftenreihe der TLL 47 7/1999
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