2. Kapitel
Stromerzeugungstechnologien
Stromerzeugungstechnologien
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Cartes-fiches
Haupt-KW-Typen
Wärme KW (Dampf, GasTurb, KWK)
Wasser-KW
Wind-KW
Wärme KW- Kohle KW
hohe Leistungskosten
geringe bis mittlere Arbeitskosten
hohe CO2-Kosten (BK>SK)
typische Leistung pro Block 1.100 MW
BK-KW <-> SK-KW
BK: Grundlast - abbaunahe Erzeugung - 43 %
SK: Mittellast - vermehrt Importkohle - 46 %
Dampfkraftprozess
Kessel - Turbine - Kondensator - Pumpe
Kreisprozess
nutzt flüsslige und gasförmige Phase eines Fluids als Arbeitsmedium
"äußere" Verbrennung -> Wärmeübertragung ohne Stoffübertragung
Varianten des Kühlkreislaufs
- Trockenkühlturm
- Nasskühlturm (Weisweiler)
- Flusskühlung
- Luftkondensator
Primärmaßnahmen zur Minderung von Emissionen
Brennstoffbehandlung
Modifizierung der Verbrennungsführung
Sekundärmaßnahmen
Reinigung der Rauchgase nach Verbrennung
SO2-Minderung
primär: Kohleveredlung - Wirbelschichtfeuerung- Kalkeinblasung
sekundär: Kalkwäsche - NH3- Wäscher
Beispiel Entstickung
primär: Absenken Feuerraumtemp.
-> O2- Reduktion
-> gestufte Verbrennung
-> lamda senken
sekundär: Katalysatoren nach Kessel
Steigerung Gesamtwirkungsgrad bei Wärme KW
- neue Hochtemperaturwerkstoffe
- Materialbeschichtungen
- Mehrstufenprozesse
- Erhöhung Frischdampftemp
- vorgeschaltete BK Trocknung durch Heißdampf (BoA)
GuD-KW (m. Kohlevergasung) 2-4% weniger Wirkungsgrad gg Erdgas
+ (dennoch) hoher Wirkungsgrad
+ wenig Emission
+ hohe Brennstoffflexibilität
+ Potential zu CO2-Abscheidung + SynGas-Herstellung
- Investitonskosten
CO2-Abscheidung : Varianten
Post-Combustion (Rauchgasreinigung nach Kessel -> Absorber + Lösungsmittel bindet CO2)
Oxy Fuel: in Kessel kommen nur O2 + Kohle (Luftzerlegungsanlage nötig) -> kein CO2 mehr im Rauchgas
-> je geringer die spez. CO2-Emissionen, desto besser der Wirkungsgrad
CO2 Transport
Tankwagen
Tankerschiff
Tankwaggon
Pipeline
CO2-Speicherung - Herausforderungen
- Auffinden geeigneter LAgerstätten (Kapazität, Tiefe > 1.000)
- Langzeitsicherheit des Speichers
- Akzeptanz
CO2-Speicherung : Möglichkeiten
ausgeförderte Öl/Gas-Felder
Salzwasserführende Gesteinsschichten
Gasturbinen KW - Varianten: offener GT-Prozess
kein Phasenwechsel des Arbeitsmediums (z.B. Luft)
innere Verbrennung
ca. 340 MWel
39% Wirkungsgrad
Spitzenlast
Gasturbinen KW - Varianten: GuD-Prozess
Kombination von Dampf und Gasprozess bei unterschiedlicher Dampf- zu Gastemperatur
- 880 MWel
- 60% Wirkungsgrad
- Mittel+Spitzenlast
2/3 der Leistung entstammt Gasturbine
Kern KW Varianten (D)
Druckwasse Reaktor (1.400 MW el)
Siedewasser Reaktor (1.350 MW el)
Wirkungsgrad je 36 %
Eigenschaften KernKW
hohe Investkosten
niedrige Arbeitskosten -> Grundlast
keine CO2-Emission
Brennstoffe: Uran, Plutonium
Kühlmittel: Wasser, Schwerwasser)
Moderator: Wasser / Graphit
Druckwasser-Reaktor
Druck im Kern > Siededruck -> kein Phasenwechsel (flüssig)
Turbinendampf wird in WT im Sekundärkreislauf erzeugt
+ : keine Kontanimation Sek-Kreislauf
- : größerer apparativer Aufwand
Siede-Wasser-Reaktor
Reaktorbehälter = Dampferzeuger
2/3 mit Wasser gefüllt, 1/3 Dampfabscheider
Kühlwasser steht unter höherem Druck als Dampf, bei Leck kein Austritt
Sicherheit Kern-KW (D)
deutlich höhere Sicherheitsbestimmungen als in Japan
besonders 3. und 4. KW-Generation (weniger Abfall)
räumliche Trennung der 4 fach redundanten Systeme
doppelwandige Container
verlängerte Karenzzeiten
CO 2 -Emission nach Brennstoff:
BK
SK
Öl
Gas
1) 0,4
2) 0,33
3) 0,29
4) 0,21
kg CO2 je KWh
Schadstoffabtrennung in fossilen KW
E-Filter -> Staub
Rachgasentschwefelungsanlage -> SO2
Verbrennugnsführung -> NOx / CO
Neubau von Wärme KW - Ziele
strategisch/technologisch: - Technologieführerschaft
- optimales KW-Portfolio
- Integration von Nachhaltigkeit und Umweltzielen
Wirtschaftlichkeitsziele:
- Minimierung Total Life Cycle Costs
- Anlagenfelxibilität
- Risikominimierung
gesetzl. Auflagen:
- Genehmigungsauflagen
- Akzeptanz
Einflussfaktoren Neubau:
- Marktentwicklung/Position (eigene)
- Entwicklung Strompreis/Verbrauch
- Verfügbarkeit + Preis (Brennstoffe)
- pol.Randbedinungen
Aufgaben Bauherr
Festlegung Konzept
Angebote einholen/vergleichen
Finanzierung sichern
Aufträge erteilen/abwickeln
Inbetriebnahme überwachen + Leistung erbringen
Phasen KW- Neubau
1. Projektentwicklung
2. Projektabwicklung
3. Betrieb
Projektentwicklung
a) Initiierung - Aufzeigen techn. Lösungsmöglichkeiten
- gesetzl. Rahmen / Infrakstrutkur
- wesentlicher Projektrahmen (Leistung/Bauart)
Ergebnis: -> Entscheidung über Aufsetzung Vorprojekt
b) Vorprojekt:
- Kostenvoranschläge einholen
- Festlegung Organisation
- Festlegung techn. Konzept
- Machbarkeitsstudie
Ergebnis: -> Entscheidung über Projektdurchführung
Projektabwicklung
a) Beschaffung: - Angebote auswerten / Bürger + Politik informieren
Ergebnis: -> Abschluss v. Lieferverträgen
b) Genehmigung: - Genehmigung planen, Terminplan
Ergebnis: -> Baubeschluss und Budgetgenehmigung durch Vorstand
c) Bau + Inbetriebnahme: - Bauabwicklung/ Kosten-Terminverfolgung/ Kontrolle + Dokumentation
Ergebnis: -> Inbetriebnahme, Projektbetrieb, Übergabe Anlage
Ziel Inbetriebnahme
Überführung der Anlage von Montagezustand in Dauerbetriebszustand
- Prüfungen, Kontrollen
- Probeläufe / Test von Funktionen
(Ablauf: Loop-Checks - kalte IBN - heiße IBN - Blockoptimierung - Probebetrieb)
Betrieb
Restabwicklung:
- Funktionsüberwachung
- Dokumentation
- Erfahrungsrückfluss
Ergebnis: -> mangelfreie Anlage für wirtschaftl. sicheren Betrieb
Rückbau / Stilllegung Kern KW
Möglichkeiten:
sicherer Einschluss:
spätere Beseitigung (50 a)
+: Dosisreduktion (Zerfall) / Zahlungsfluss verschoben / unabh. von Endlager
- : Personal / Know-How geht verloren
sofortiger Abbau:
unmittelbar nach Nachbetriebsphase (10-15 a)
+: Personal / Know-How verfügbar / höhere Akzeptanz / alternative Verwendung des Standorts
- : frühe Zahlungen / Zwischenlager nötig
Erneuerbare Energien = zeitlich unbegrenzt in konstantem Umfang verfügbar
Vorteile: unerschöpflich / umweltfreundlich (kein Ressourcenverbrauch, kaum Emission, kaum Rückstände) / geringe Arbeitskosten (ET kostenfrei)
Nachteile: unstetig, kaum steuerbar / Erzeugung standortfixiert / hohe Investitionskosten
Windkraftanlagen On / Offshore
-> generell geringe Arbeitskosten / hohe Leistungskosten
Onshore : durchschn. 2 MW Leistung/ 1.600 Volllaststunden
Offshore: durchschn. 5-6 MW Leistung / 3.600 Volllasstunden
Vorteile Offshore:
höhere Geschw.
weniger Turbulenz
höherer Energieertrag
höhere öfftl. Akzeptanz
großes Ausbaupotential
Herausforderugen Offshore
Umgebung(Salz,Sturm) - Entfernung zur Küste (30km) - Wassertiefe (30m) - Logistik - Netzintegration - Instandhaltung
Wasser KW (Vor / Nachteile)
Vorteile: hohe Leistungsdichte, ausgereifte Technik, gute Wirtschaftlichkeit
Nachteile: stark v. Geographie abh.
Wasser KW Varianten
Laufwasser (Flüsse) - geringe Fallhöhe / hoher Durchfluss / Grundlast KW
(Pump-)Speicher - hohe Fallhöhe, Spitzenlast (bei Schwachlast hoch, mit 80% Rückgewinnungsgrad bei Hochlast)
Wasser KW - Turbinentypen
Pelton (hohe Fallhöhe, wenig Durchfluss)
Francis (mittel, mittel)
Kaplan (geringe Fallhöhe, hoher Durchfluss)
