Tolle_KWK_ab_20_MW_TG
Dieses Dokument ist Teil der Anfrage „KWK-Studien zum Hamburger Energiebedarf“
Zu | DR. TOLLE —aB_ ENERGIE & UMWELT Frele und Hansestadt Hamburg Böuhtrue Tür Stadteniwicklunn und Unmwelt CONSULTING Ermittlung der KWK-Potentiale Hamburg 2008 mit einer Feuerungswärmeleistung größer 20 MW Zusammenfassender Endbericht erstellt durch Dr.-Ing. Arnold Tolle am 01.09.2009 Dr. Tolle Energie & Umwelt Consulting Geibelstr. 46 b 22303 Hamburg Tel. 040 - 69 21 37 90 Fax: 040 - 69 21 37 99 eMail: arnold@tolle.de Web: www.tolle.de
jr KWK-Potentiale Hamburg 2008 a‘ DR. TOLLE —_—2. FWL > 20 MW N ENERGIE & UMWELT a emnegueunen ZUSaMMEenfassender Endbericht 200909 CONSULTING INHALT 1 ZIELSETZUNG ...ocnnnsanunsssanenunnnnnnnnnnnsnannusanssansnnnsnannnnnnansnunsnonnessansensnnnsnssannnanonennsanenasnnen 5 1.1. Vorgehensweise ......uusnuuunnnnnanannnnnnnnonennnnenanonnnnonnnnnnnnonennnonannnnnennnonensannnnnnnerrennnenn 5 1.2 Zusammenfassender Endbericht.....nernereernersnerosnnnennnornnonnsnsenenensenensnsonnrnnnnennnnen 5 2 GRUNDLAGEN. zensnnnessnssonnsennnsnnnnnsnnnsnnensnesnensnnnsnnsnsnsssnerssonnrronntsnnssnennsnnrennnssnosnenntsnsnenenn 6 2.1 KWKund CO,-Reduktion...uuussesesenessesesenenennennnnnnunansnennnennnnnnnnnunnnennnnnnenenenenenenenenen 6 2.1.1 Spezifische Emission: Wärme ........2240200022002002020000r2000nnnnnnnnennsnnnennennnennnnennnnnen 6 2.1.2 Spezifische Emission: Strom ........us2222022220000n200000000nu0nnnnnnonnnnnannnnnennnnsannnnnanssnnnn 6 2.1.3 Hohe Stromkennzahlen für maximale Reduktionen und minimale Kosten ........ 7 2.1.3.1 _ Kohlenstoffgehalt des Brennstoffes .............220.22220002222022000002802000000800000020000 7 2.2 Zur Verfügung gestellte Unterlagen..................222222000220020080n0n0nenonnnnnnnenonntsnnnenonnnnne 8 2.2.1 Theoretische Abschätzung der KWK-Potentiale ..............22...2222220000202@200202002e00r0 8 2.2.2 Auswahl der Anlagen .........220.222002222200002220000000000n00nenunnnonnnenenennunnnnnnnennnanenanene 8 2.2.3 Zusätzliche Anlagenkonzepte ..........n.2242240r222200B000non0nanonnnnnnnonnnnnennnnnnnnnnnennnene 8 2.3 Abwärmepotentidle .............00sen00ersononnnennensnnnnnensnnennunsnenonensnnnsonnnnonnssonnnnnrsnonenenns 9 2.4 Kategorisierung der Projekte..............02e2200200n0nononenonnnnnensnnnnonenonnnsnenenonosonenanenenen 10 2.4.1 Prozeßanlagen mit zentraler Versorgung...........22sr2200nonenenenonenenonenonsnnnenenenens 10 2.4.2 _ Prozeßanlagen mit integrierten KWK-Konzepten............zuuuse0unennennoneanonnnnnennnn 10 2.4.3 _ Standorte mit überwiegendem Raumwärmebedarf..............-.-..2z22424menes0nen 10 2.4.4 Nutzung von Abwärmepotentialen ..........2.00..22000000020000000nennannnaneonnossnononansnane 10 2.4.4.1 Unternehmen mit Abwärmepotential .........2.ss00000002000200000r0n0n0nennnnnenenanen 10 2.4.4.2 Unternehmen mit Wärmebedarf ............2222.002222000200200080n00200000000 000000000000 10 2.4.5 Erhöhung der Stromkennzahl..................220002220002202202002800000n000000200000000000000000 11 - 2.4.5.1 Keine Flußwasserkühlung ..............220.22222200222002000000000000n00000000nnennnannernnnne 11 3 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE ...22222222222s0n02220000n00nonnnnnnannnnnennnnnnnnennnanenunennnnsenanenannn 12 3.1 Kooperationen .....euuesnnnnsnnnnnannenenannnnnnnennnnnnnnnonneennnnnnnnnnennsnnnunensonsnenansnnnennnninsennn 10 3.2 _Zugrunde liegende Benchmarks .............22222042202020000002000220000000800000000000n0000000 0000000 13 3.3 Klassifizierung der Anlagen .........ssusesnnesonenonnonnnennennsnnnannenssensnnnansunnnannanensnnnuner „14 3.3.1 Emissionsminderungen ..........uru22r2220nenennnennnnennnnnännnnnnensnnnnsnonensnonnensonenndonnenn 14 3.3.1.1 Fernwärmekraftwerke............... haunasnsnnnununnnnnnnnenn nn anannnanananansnansnannnennnanane 14 3.3.1.2 Industriekraftwerke .........20202202022220200202002200000000000000n00nannnennnnnanannennnnannnnnnne 15 3.3.2 _ Elektrische Gesamtleistung..............re20ses20n2nenonennenonnnnnnenonnsenennnnnnnnennnnnnenenne 1O 3.3.3 Wirtschaftliche Basisdaten ............0.000040000200022202000000002n000n0000000n0 00000 n0nnnn nun 17 3.3.4 Effizienz des zusätzlichen Brennstoffs ........2...2222022222002200020000000000n0n0n00nnanannnan0n 17 3.3.5 Spezifische CO,-Emissionen.............u.seranensonnnnnnnnennnnnnennennnnnanennnennnene vorssanen 19 3.3.6 Stromgestehungskosten ............un2un20neaneonnnnnnnnnnnonannnnunensnnannnananannnanannnnennnnnnen 20 - 3.3.6.1 _Wärmepreis in Fernwärmekraftwerken .................rees0s00s0mn000snennnnnnenne 20 A MODELLE ..neansunsnensaenonnanzarsennunzornnensuenensnnersnsnsntusnsnrnonnrorsnennoransnrorsentennnestnnrorsneonaennannne 21 5 _ UNTERSUCHUNGEN ZU WEITEREN STANDORTEN ..euucrennnsesonennnnnnnnonnonansnnunsnonsnsnnnunsnonnnsnonanane 22 TO_KWK_HH_ 200909 _Zusammenfassung.doc - Seite 2 von 56
ii KWK-Potentiale Hamburg 2008 DR. TOLLE FWL > 20 MW ENERGIE & UMWELT — a a ua zusammenfassender Endbericht 200909 CONSULTING 6 _ABWÄRMEPOTENTIALEanenessanensenszonsnesonsrannsonsnsnonsnnsnennnsnnnnnsnnnnntnsnnonsnnsnnenonsonrennnsnnsnnsannnene 23 6.1 Quellen ......22usu0200nssonsnenonsunuansnenenonsrannunnnannnsuunnnnnnennunnnnnnunnnannnnnsnnnanasnnunnannnnnnnnnn 23 6.2 Senken ..uenesssssssnnenonnennnnnnnnnonnnnnonennnnnnannennsnnansnnnnnsnnennnnnnnsnunnnnsanennnsnsnnnnannennnsen 23 7 ZUSÄTZLICHE, NICHTMONETÄRE VORTEILE DER VORGESTELLTEN LÖSUNGEN......uz22222242222nannanennen 24 7.1 Hohe Flexibilität: Zusätzliche Wertschöpfung ...............22.2022200002200002200000002000nnnanne 24 7.2 Vorteilhafte Ergänzung regenerativer Energien .......u.nuuu24nnnnnnnannennnnnnennnnnnnnenenne 24 7.3 Einsatz regenerativer Brennstoffe ..........22...222022220020000220000000000000nennnonnnnnnnnnuenennnenn 26 7.3.1 Speicherung und Entladung regenerativer Energien................02022220200- easaannann 26 8 _HEMMNISSE UND VERBESSERUNG DER STRATEGISCHEN KWK-RAHMENBEDINUNGUNGEN ...........- 27 8.1 Ausbau der KWK kein Kerngeschäft der industriellen Betreiber ............................ 27 8.1.1 Lösung Verbundkraftwerke: WIN-WIN-Situation zesessssssnsesneensnnenenennnenannnnenenen 28 8.2 _Wettbewerbssituation zu Groß-Kraftwerken ...........22.r22022200220000200000002n000n0n00nen00n000 29 8.2.1 Wettbewerb zu mit Erdgas betriebenen GuD-Kraftwerken ohne KWK ............ 29 8.2.2 _ Weitbewerb zu Kohlekraftwerken.................22...222022002000000000000000nnnenanannannnane 29 8.3 Volatilität der Brennstoffpreise ..................202222402000220022022000000000000 IEREEERFEFFUEERFRFEERERR 30 8.4 Ökologische Anreizsysteme............nnnnennenesnnnennnnenenensnensnniennennensensnnsnansennne 30 8.4.1 KWK-Geselz..cnanenannsnnnnanananunnnnnunnnannnnnnennnnnnnnensennsnnnnonensannnnnnnsnnnsssonensnennanenn 30 8.4.2 Emissionshandel..................22202020000020000220002000000nn0nnnnanennenenenenensnnenensnonenenanen 30 8.5 _Stromgestehungskosten unter Berücksichtigung ökologischer Anreizsysteme......... 31 8.5.1 _ Zusammengefaßte Betrachtung der Stromgestehungskosten .............22......0... 32 8.6 - Kraft-Wärme-Kopplung mit Kohlekraftwerken ...........2u222220222202000200020002020n20000000000 33 8.6.1 _ KWK mit großem Kohlekraftwerk..............2.u220020222022002200nannnnnnnnnnnnnnennnennnennn 33 8.6.2 __KWK mit kleinerem Kohlekraftwerk..........ure00s02220000000ouonnananenunenananennnnanannnannne 36 8.6.3 Fazit KWK mit Kohle .............2.22402002000002020n20n00R200000200n00n0nnenonnnetonennnnsnnnnernnn nen 36 8.6.4 _ „Befreiung” von Wärme im Emissionshandel................22220222020202000n00020000000002 36 8.7 _ Kostengünstige CO,-Minderung: das Modell „300er- Strom” ......uuuessasenenssnnerenaner 37 8.7.1 Regeln......meesnanssnnssennunnsnensnononennnennnannnensonononennennsnnsnenennansnnnnnsnennsnnnennnensnenen 37 8.7.2 Größenordnung............2220s020002ennnenennnnnnnnennnnunnsennnnnnuensnnnnnnsnenensunsnennnonsnnennn 37 8.7.3 Verfahren „300er-Strom“” oder „niedrigst emittierende Kraftwerke” ................ 38 8.7.4 Vergleich zum Modell „Befreiung von KWK-Anlagen im Emissionshandel” .... 38 8.7.4.1 Ungleiche Behandlung .............222.2200022008020000n0n0n2n0n0nennnnonnnnnenenononenenonene 38 8.7.4.2 _ Effizient und kontraproduktiv....ereseseneneesenene Iaunsnrennsenenssnsnensnnsanenen nansusaenen 38 8.7.4.3 Kosten auch im „Befreiungsmodell”................220..2222222222002000022000200000202000 38 8.7.4.4 Erhöhung der Emissionen, Erhöhung der Kosten ...........2sr2u4nan2norenenannnnnnn 39 8.7.4.5 _Subventionierung von Kohleanlagen ...............2...22222222222000220000200000 00002000 39 8.7.4.6 _Weltbewerbsverzerrungen ........222402220220202002020n0nnnnnnnennnnnnennnnnnnenensnnen nen 39 8.7.4.7 Höhere Kosten im „Befreiungsmodell” ...................22...222400222200022000002200000 39 8.7.5 Hintergrund .....eeeesesssenenoonsennonsnenononunenonsnennonasnunsnsonnennnsnnnennasasnnnnenesnnannnnannane 39 8.7.6 Vorteile des Modells „300er-Strom” ..............22220000000000002nnonennnnnenannannnnnunnnnne 40° 8.7.7. Zusätzliche Regelungen .........22...2022220022000ne0oseonnennnnnenononenonnnenenonsnonenonennennane 40 878 Kompatibilität.........smesensseneserensnersnonnsennansnonennnunnennsnnnnnanenunersnonünnnnnsannnnenenen 40 TO_KWK_HH_ 200909 Zusammenfassung.doc - Seite 3 von 56
N DR. TOLLE ENERGIE & UMWELT KWK-Potentiale Hamburg 2008 FWL > 20 MW ee a ua zusammenfassender Endbericht 200909 CONSULTING 9 ANHANG: GENERELLE INFORMATIONEN ZUR KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG .unusennnnnnnnneneenenanennnnnne 41 9.1 _ Substitutionswirkungsgrad: Berechnung der spezifischen CO,-Emissionen.......... 41 9.2 _KWK ist nicht KWK: Vergleichende Beschreibung der aktuellen, industriellen KWK-Technologien .......22222202002002000022000220000000800 0000 0n00nB0n0n0nen0nnn0nnnnnnnnnnnnnerenenenen 43 9.2.1 Basis für den Vergleich ...........2220.022000220n0020000080n0000022000000000000000000n0n0RRnnnne nase 43 9.2.1.1. Ausgangspunkt: keine KWK.............2uu220n@02nen0nsnnnnennnnnnonnnnonennnensnneennnne 44 9.2.1.2 Dampfturbine ......crerer00osnesononnennonnnennonsnenononananensnnnennnnnsnnanennonanenunanannenen 45 9.2.1.3 Gasturbine ....serseonsenssensensnennenennnnen SEBUTEUFnSLCHEIRLBRAERneTOZBaheEhensıFannesnsansecanenn 46 9.2.1.4 _Gasturbine und Dampfturbine, ungefeuerter Abhitzekessel..................... 47 9.2.1.5 _Gasturbine und Dampfturbine, Zusatzfeuerung...............22220002004200002n00nno 48 9.2.1.6 _Vorschaltgasturbine: Gasturbine und Dampfturbine mit voller Zusatzfeuerung ...uur.020ns0onnssusnensnonsnonsunsnnnensnanesssnnsnsunnensssnensnonsnensonerennnen 49 9.2.2 _ Jährliche Emissionen und Einsparungen an CO,.......222020000020n000nneneonnerennannnen 50 9.2.3 _ Substitutionswirkungsgrad der verschiedenen KWK-Prozesse oder Effizienz des Zusätzlichen Brennstoffs.............00r00000002000r02200n000n0nB0nnnenanennnnnanennnen un 91 9.2.4 _ Stromkennzahl der verschiedenen KWK-Prozesse .......22u202222s002nonnennnonnononunane 52 9.2.5 _ CO,-Reduktionen der verschiedenen KWK-Prozesse ......u22222020e00000nenenonueno000 53 9.2.6 Spezifische CO,-Emissionen der verschiedenen KWK-Prozesse.......20r222ur2en00.» 54 9.2.7 Spezifische CO,-Emissionen verschiedener Kraftwerke.................00000000000000000 55 10 ANHANG „ununnsanesonennannenansnonnnensanennnnunssnnannnannnanssonsnnunnnennrnnnsnnnsnnnsannennntersnnnsnensannrnnnnn 56 10.1 Ergebnistabellen...................20n220n40040n0n0nonnnnnnennnnnnnnnnanonnnnnnnonnnesnsnnnnnanenennnnsnnnen 56 10.2 Dokumentation ..............2240220002200400nn0nannnenennnnnnnnnsennnnsnnnnnnnnennnnnnnnantersnsnsrannannenn 56 TO_KWK_HH_ 200909 Zusammenfassung.doc - Seite 4 von 56
ES KWK-Potentiale Hamburg 2008 DR. TOLLE —B_ FWL > 20 MW ENERGIE & UMWELT Beine immense inne ZUSAMMEenNfassender Endbericht 200909 CONSULTING 1 Zielsetzung Die Folgen des Klimawandels werden gravierende ökonomische und ökologische Ver- änderungen bewirken. Es erscheint daher dringend erforderlich, den globalen Tempe- raturanstieg auf maximal 2° C zu begrenzen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Emissionen von Treibhausgasen in den Industrieländern bis zur Mitte des Jahrhunderts um über 80 % gesenkt werden. Dies kann nur durch ein breites Bündel von Maßnah- men und strukturelle Veränderungen erzielt werden. Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) stellt eine wichtige Säule im Maßnahmenkatalog zur Minderung der CO,-Emissionen dar. Mit gasgefeuerter KWK lassen sich die niedrigsten spezifischen Emissionen in der Stromerzeugung mit fossilen Brennstoffen erzielen. Die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt der Freien und Hansestadt Hamburg hat zwei Studien beauftragt, um die Potentiale zur CO,-Minderung durch KWK in Hamburg zu ermitteln. Dabei deckt eine Studie den Leistungsbereich 1 bis 20 MW ab. Mit der vorliegenden Studie sollen die Potentiale mit einer Feuerungswärmeieistung (FWL) größer 20 MW ermittelt werden. 1.1 Vorgehensweise Die Studie ist wie folgt aufgebaut: «e theoretische Grundlagen e Untersuchung der Voraussetzungen an den jeweiligen Standorten e Besuch / Gespräch mit den Betreibern e Analyse der vorhandenen Daten der Betriebe e Auswertung der vorhandenen Situation e Entwicklung von KWK-Konzepten für die verschiedenen Standorte «e Berechnung und Vergleich der unterschiedlichen Lösungsansätze e Hemmnisse bei der Umsetzung e Vorschläge zur Verbesserung der wirtschaftspolitischen Rahmenbedingungen 1.2 Zusammenfassender Endbericht Mit mehreren Betreibern wurde vereinbart, die zur Verfügung gestellten Daten zunächst nicht zu veröffentlichen. Der vorliegende Bericht faßt daher alle Ergebnisse zusammen. Alle Einzelergebnisse sind in einem vertraulichen Endbericht sowie in Einzeldokumenta- tionen festgehalten. TO_KWK_HH_ 200909 _Zusammenfassung.doc - Seite 5 von 56
= KWK-Potentiale Hamburg 2008 DR. TOLLE FWL > 20 MW — a. ENERGIE & UMWELT zieie und Hansestadt Hamburd zusammenfassender Endbericht 200909 DE CONSULTING 2 Grundlagen Die Vorteile der KWK resultieren aus der thnermodynamisch günstigen, gleichzeitigen Erzeugung von Wärme und Strom. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung in KWK-Anlagen ist deutlich höher als bei allen anderen thermischen Kraftwerken. (s.a. Kap. 3.3.4) Damit fallen auch die spezifischen CO,-Emissionen für die Stromerzeugung in gasgefeuerten KWK Anlagen günstiger aus als bei allen anderen fossilen Kraftwerken. (s.a. Kap. 9.2.7): 2.1 KWK und CO,-Reduktion Eine maximale CO,-Reduktion durch Kraft-Wärme-Kopplung wird erreicht durch: « niedrige spezifische CO,-Emissionen des erzeugten Stroms, z.B. 300 kg/MWh e eine möglichst hohe Stromerzeugung oder auch Stromkennzahl pro KWK-Standort Alle Modelle dieser Studie wurden unter diesen Prämissen entwickelt. 2.1.1 Spezifische Emission: Wärme Als Referenzwert für die Wärme wird dazu eine spezifische Emission von 220 kg CO,/MWh festgesetzt. Dies entspricht der Erzeugung in einem Erdgas- gefeuerten Heizkessel mit einem Nutzungsgrad von 91 %. 2.1.2 Spezifische Emission: Strom In der Stromerzeugung liegt der fossile Kraftwerksmix zwischen 700 und 800 kg/MWh, der Gesamtmix inklusive nuklearer Kraftwerke etwas darunter bei etwa 600 kg/MWh. Die spezifischen Emissionen alter, zu ersetzender Kohlekraftwerke betragen 1000 kg/MWh CO,. Neue Gaskraftwerke werden im Emissionshandel mit 365 kg/MWh bewertet. Alle nachfolgenden, hier neu entwickelten KWK-Kraftwerke weisen, sofern nichts an- ders vermerkt, maximale CO,-Emissionen von 300 kg/MWh auf. TO_KWK_HH_ 200909_Zusammenfassung.doc - Seite 6 von 56
u KWK-Potentiale Hamburg 2008 DR. TOLLE FWL > 20 MW ENERGIE & UMWELT er a a mau zusammenfassender Endbericht 200909 # CONSULTING 2.1.3 Hohe Stromkennzahlen für maximale Reduktionen und minimale Kosten Maximale CO,-Reduktionen erzielen Anlagen, die möglichst hohe Stromkennzahlen und'niedrige spezifische Emissionen aufweisen. Als Stromkennzahl bezeichnet man das Verhältnis des erzeugten Stromes zur erzeugten Nutzwärme. Für die nachfolgenden Standorte in Hamburg werden in dieser Studie entsprechende Modelle erarbeitet und vorgestellt. Für einen definierten Wärmebedarf können Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen mit einer großen Bandbreite in der Stromerzeugung konzipiert werden. Kap. 9.2 im Anhang stellt dazu einen systematischen Vergleich verschiedener Technologien vor. Die Auslegung auf hohe Stromkennzahlen ist zur Minderung der CO,-Emissionen sehr wichtig: Anlagen mit niedriger Stromkennzahl erzielen aufgrund der hohen Zusatzfeuerung und damit hoher Kesselwirkungsgrade zwar oft sehr geringe spezifische Emissionen, wegen der niedrigen Stromkennzahl wird allerdings auch weniger Strom erzeugt. Alte Kraft- werke mit hohen Emissionen können daher nur in geringerem Maße zurückgefahren werden. Damit ist auch das CO,-Minderungspotential geringer. Hohe Stromkennzahlen kompensieren den Nachteil etwas höherer spezifischen Emis- sionen bei weitem: Sie weisen deutlich höhere CO,-Minderungs-Potentiale auf. Höhere Stromkennzahlen und damit elektrische Leistungen haben zudem weitere, positive Nebeneffekte: e die spezifischen Wirkungsgrade der Einzelkomponenten steigen «e die spezifischen Kosten sinken z.B. bei o Investitionskosten o Personalkosten o Wartungskosten. 2.1.3.1 Kohlenstoffgehalt des Brennstoffes Wichtig ist auch der Kohlenstoffgehalt des eingesetzten Brennstoffes. Erdgas besteht fast ausschließlich aus Methan und weist damit deutlich niedrigere spezifische Emissio- nen auf als zum Beispiel Stein- oder Braunkohle. Außerdem steht für Erdgas die Tech- nologie von Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerken zur Verfügung. Diese erzielen deutlich höhere Wirkungsgrade als Dampfturbinenkraftwerke. KWK-Anlagen mit festen Brennstoffen wie Kohle oder Braunkohle, die gleiche oder höhere spezifische CO,-Emissionen als modernste Referenz-Kraftwerke aufweisen, werden im Sinne eines ökonomischen Einsatzes der finanziellen Ressourcen als kontra- produktiv angesehen und nicht in die Betrachtung aufgenommen. (s.a. Kap. 8.6) Letztgenannte Anlagen stehen jedoch im Wettbewerb zu stark CO,-mindernder gasgefeuerter KWK. Daher wird diese Problemstellung noch in einem gesonderten Kapitel analysiert und dargestellt. (s. Kap. 8.2.2) TO_KWK_HH_ 200909 Zusammenfassung.doc - Seite 7 von 56
Ri KWK-Potentiale Hamburg 2008 N DR. TOLLE FWL > 20 MW N ENERGIE & UMWELT | En N a ann stadt Hamburd Zusammenfassender Endbericht 200909 a CONSULTING 2.2 Zur Verfügung gestellte Unterlagen Feverungsanlagen > 20 MW werden durch den Emissionshandel erfaßt. Auszüge aus den Anlagenlisten des Emissionshandels dienten daher in dieser Studie zur Identifizie- rung von Standorten in Hamburg, die eine geeignete Wärmesenke zum Ausbau oder Neubau einer KWK-Anlage erwarten ließen. 2.2.1 Theoretische Abschätzung der KWK-Potentiale Ursprünglich war geplant, im ersten Teil der Studie eine Potentialanalyse auf Basis der vorhandenen Daten vorzunehmen. Dort waren jedoch im wesentlichen nur die für den Emissionshandel relevanten Feuerungswärmeleistungen verzeichnet, während wichtige Auslegungsparameter wie die durchschnittliche Wärmeleistung, Vollastbenutzungsstun- den, Dampfdrücke und Temperaturen fehlten. Eine belastbare theoretische Abschätzung des KWK-Potentials auf dieser Basis erschien damit nicht durchführbar. Um das Ziel dennoch zu erreichen, wurde ein wesentlich aufwendigerer Weg beschritten: Mit allen in Frage kommenden Unternehmen wurden ausführliche Gespräche - in den meisten Fällen vor Ort - geführt und dabei die not- wendigen Daten erhoben. In diesen Gesprächen mit den verantwortlichen Betreibern zeigte sich - wie auch sonst häufig festzustellen -, daß zum Teil andere als die erwarteten Voraussetzungen vorla-. gen. Es konnten dabei aber auch völlig neuartige Lösungsansätze mit hohen CO,- Minderungspotentialen herausgearbeitet und den Betreibern vorgeschlagen werden. 2.2.2 Auswahl der Anlagen Alle über den Emissionshandel erfaßten Anlagen mit einer Feverungswärmeleistung größer 20 MW wurden in einem Auswahlverfahren dahingehend überprüft, ob eine (eventuell zusätzliche) KWK-Anlage im geforderten Leistungsbereich mit höheren, jähr- lichen Volllastbenutzungsstunden mit hoher Wahrscheinlichkeit realisierbar ist. Dies wurde insbesondere bei all den Anlagen angenommen, die einen höheren Prozess- wärmebedarf vermuten ließen, wie z.B. Anlagen der Petrochemie oder Nahrungsmittel- industrie. Aber auch die Standorte der Luftfahrtindustrie wurden näher untersucht, da auch hier neben dem Raumwärmebedarf Prozeßwärme zum Beispiel zur Beheizung von größeren Lackieranlagen vermutet wurde. Anlagen für den reinen Raumwärmebedarf mit zu erwartenden, niedrigen Volllastbenutzungsstunden und vergleichsweise kleinen Leistungen wurden dagegen nicht untersucht. 2.2.3 Zusätzliche Anlagenkonzepte Die beschriebene Vorgehensweise führte dazu, daß neben den vereinbarten und do- kumentierten 10 Anlagenkonzepten (s. Kap. 4) zusätzlich acht weitere Standorte unter- sucht wurden. Dazu wurden z.T. ausführliche interne Berechnungen durchgeführt und Empfehlungen für das weitere Vorgehen erarbeitet. Sie sind in Kap. 5 dokumentiert. TO_KWK_HH_ 200909 _Zusammenfassung.doc - Seite 8 von 56
u KWK-Potentiale Hamburg 2008 DR. TOLLE FWL > 20 MW ENERGIE & UMWELT rt a 0 Zzusammenfassender Endbericht 200909 CONSULTING 2.3 Abwärmepotentiale Die gesamte Energie in Form von Brennstoff oder Strom, die einem Werk zugeführt wird, muß dieses wieder in Form von Abwärme verlassen, solange keine endothermen chemischen Umwandlungsprozesse stattfinden. Abgeführt werden kann die Wärme zum Beispiel über die Gebäudehülle, über Lüftungsverluste, über temperierte Produkte oder über Kühlwasser. Das Kühlwasser wiederum kann seine Wärme entweder direkt an ein Gewässer abgeben, oder es wird in Rückkühlwerken abgekühlt. Werke mit hohem Energiebedarf haben daher auch hohe Abwärmeströme. Fällt Wärme auf einem höheren Temperaturniveau an, so wird sie aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen soweit wie möglich zurückgewonnen und zur Beheizung von Prozessen mit einem niedrigeren Temperaturbedarf eingesetzt. Dies hat zur Folge, daß die restliche Abwärme meist auf einem so niedrigen Temperaturniveau anfällt, daß sie auch für externe Verbraucher nicht mehr nutzbar ist. Thermodynamisch bedeutet das, daß sich die Exergie, oder die Arbeitsfähigkeit der Energie, weitestgehend i in Aner- gie, d.h. Energie auf Umgebungsniveau, umgewandelt hat. Aus diesem Grund sollten auch nur die Abwärmeströme aufgelistet werden, bei denen eine wirtschaftliche Nutzung vermutet werden konnte. Auch frühere Untersuchungen vor Ort in den Unternehmen hatten bereits gezeigt, daß aufgrund der hohen Infrastruk- turkosten zum Beispiel für Wärmeleitungen eine wirtschaftliche Rentabilität nicht gege- ben war. Dennoch wurde das Thema an allen Standorten behandelt. Teilweise konnten so be- reits existierende und interessante Kooperationsmöglichkeiten dokumentiert werden. Zusätzlich konnten wir neue, denkbare Verbundlösungen zwischen geeigneten Partnern vorschlagen. Die Ergebnisse sind in Kap. 6 festgehalten. TO_KWK_HH_ 200909 _Zusammenfassung.doc - Seite 9 von 56
& KWK-Potentiale Hamburg 2008 DR. TOLLE -—i18_ FWL > 20 MW ENERGIE & UMWELT er nu zusammenfassender Endbericht 200909 CONSULTING 2.4 Kategorisierung der Projekte Die untersuchten Standorte kann man in verschiedene Kategorien aufteilen. Diese beschreiben die Voraussetzungen, unter denen maximale KWK-Potentiale und damit Möglichkeiten zur CO,-Reduktion erzielbar sind. 2.4.1 Prozeßanlagen mit zentraler Versorgung Wärme aus einer gemeinsamen Energieversorgungszentrale wird im Allgemeinen durch Prozeßdampf auf verschiedenen Druckstufen über ein Rohrleitungsnetz an die einzelnen Verbrauchern verteilt. Arbeiten diese Verbraucher im Dauerbetrieb, können sehr hohe Benutzungsstunden von teilweise über 8000 h/a erzielt werden. Die KWK Anlage kann dann den gesamten Wärmebedarf abdecken. Dies führt zu entsprechend hohen CO,-Reduktionen. 2.4.2 Prozeßanlagen mit integrierten KWK-Konzepten Hier wird die benötigte Prozeßwärme direkt aus der KWK-Anlage ausgekoppelt. So kann zum Beispiel ein Trockner direkt die Rauchgase einer Gasturbine zum Trocknen eines Produktes nutzen. In einigen der nachfolgenden Standorte ist besonders die Aufheizung verschiedener, interner Raffinerieprodukte auf höhere Temperaturen, als dies mittelbar über Prozeß- dampf möglich wäre, interessant. Damit verbunden sind attraktive CO,- Minderungspotentiale. 2.4.3 Standorte mit überwiegendem Raumwärmebedarf Wird der Wärmebedarf überwiegend durch die Raumwärme bestimmt, ergeben sich nur geringe Vollastbenutzungsstunden von meist unter 2000 h/a. Entsprechend läßt sich nur ein Teil wirtschaftlich zur KWK-Stromerzeugung nutzen. Wird die Wärme über Warmwassernetze verteilt, können bis in den MW-Bereich hinein auch mehrere Gas- motoren eingesetzt werden. 2.4.4 Nutzung von Abwärmepotentialen Für die Nutzung von Abwärme dürfen zwei Partner nicht allzu weit voneinander ent- fernt angesiedelt sein. Alternativ können sie auch durch ein Fernwärmesystem verbun- den werden. Sondernutzungen wie zum Beispiel durch Einsatz von Wärmepumpen wurden im Rahmen dieser Studie nicht behandelt. 2.4.4.1 Unternehmen mit Abwärmepotential Das Temperaturniveau der Abwärme muß höher liegen als das des möglichen Nutzers. Besonders interessant sind dabei Hochtemperaturverfahren wie Hüttenprozesse: Im vorliegenden Fall kommen dazu auch die Ölraffinerien in Frage. 2.4.4.2 Unternehmen mit Wärmebedarf Das Temperaturniveau der Wärme sollte entsprechend niedrig sein. Gut geeignet sind daher z.B. große Tanklager. Auch Standorte mit überwiegendem Raumwärmebedarf oder kommunale Wärmenetze können genutzt werden. Wegen der saisonalen Schwan- kungen können sie aber nur einen Teil der Abwärme nutzen. TO_KWK_HH_ 200909 _Zusammenfassung.doc - Seite 10 von 56
