Mainz_Endbericht
RAHMENBEDINGUNGEN UND ANNAHMEN 160 2,5 Wohneinheiten in 10³ Einwohner je Wohneinheit Historie Prognose 2050 140 2,0 120 100 1,5 80 1,0 60 Wohneinheiten gesamt 40 1990 - 2014: + 26 % 2015 - 2050: + 24 % 0,5 Einwohner je Wohneinheit 20 1990 - 2014: - 10 % 2015 - 2050: - 20 % 0 0,0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042 2044 2046 2048 2050 Abbildung 19 Entwicklung der Wohneinheiten in der Stadt Mainz Quelle: [Stala RP 2017c], [Stala RP 2011], [Stala RP 2017c] Fortschreibung und Darstellung IE Leipzig 20 60,0 Wohnfläche in km² Wohnfläche je Ew Historie Prognose 2050 18 50,0 16 14 40,0 12 10 30,0 8 Wohnflächen gesamt 20,0 6 1990 - 2014: + 33 % 2015 - 2050: + 19 % 4 Wohnflächen je EW 10,0 1990 - 2014: + 17 % 2 2015 - 2050: + 18 % 0 0,0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042 2044 2046 2048 2050 Abbildung 20 Entwicklung der Wohnflächen in der Stadt Mainz Quelle: [Stala RP 2017c], [Stala RP 2011], [Stala RP 2017c] Fortschreibung und Darstellung IE Leipzig „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz 33
RAHMENBEDINGUNGEN UND ANNAHMEN 4.3.2 Wirtschaft Über den Zeitraum von 2000 bis 2014 betrachtet, liegt 01 | Land- und Forstwirtschaft das Bruttoinlandsproduktwachstum (BIP) der Stadt 02 | Verarbeitendes Gewerbe, Bergbau Mainz bei Ø ca. + 0,8 % pro Jahr. Die zukünftige 03 | Wirtschaftsdienstleistungen Entwicklung des BIP wird in Anlehnung an die für 04 | Öffentliche Dienstleistungen Deutschland angenommene Entwicklung [Öko- Gegenüber dem Jahr 2001 erhöhte sich die reale Brut- Institut & Fraunhofer ISI 2015], unter Berücksichti- towertschöpfung im Primär- (01) und Sekundärsektor gung der spezifischen Wirtschaftsstruktur der Stadt (02) um ca. 50 % bis zum Jahr 2014. Maßgeblich für Mainz sowie dem im Vergleich zur gesamtdeutschen diese Entwicklung war dabei das Verarbeitende Ge- Ebene deutlicheren Bevölkerungsrückgang, fortge- werbe. Im Dienstleistungssektor (03, 04) konnten schrieben. hingegen im gleichen Zeitraum deutlich geringere Im bundesdeutschen Klimaschutzszenario 2050 wird Bruttowertschöpfungszuwächse von ca. 12 % ver- für die Projektion des preisbereinigten BIP im Durch- zeichnet werden. schnitt ein Wachstum von 0,78 % pro Jahr für den Die zukünftige Entwicklung der Bruttowertschöpfung Zeitraum 2010 bis 2050 für Deutschland ausgegangen wird in Anlehnung an die für Deutschland angenom- [Öko-Institut & Fraunhofer ISI 2015]. Für die Stadt mene Entwicklung [Öko-Institut & Fraunhofer ISI Mainz wird von einem langfristigen Wachstum des 2015] unter Berücksichtigung der spezifischen Wirt- BIP um jährlich durchschnittlich 0,7 % (preisberei- schaftsstruktur der Stadt Mainz fortgeschrieben. nigt, real) bis zum Jahr 2050 ausgegangen (vgl. Ab- bildung 21). Es wird nicht davon ausgegangen, dass sich die Wirt- schaftsstruktur der Stadt Mainz grundlegend verän- Hinter der gesamtwirtschaftlichen Entwicklung, aus- dern wird. Die Wirtschaftsdienstleistungen (04) wer- gedrückt in Form des Bruttoinlandsproduktes, verber- den weiterhin den dominierenden Wirtschaftsbereich gen sich unterschiedliche Veränderungen in den ein- darstellen. Weiterhin wird angenommen, dass sich der zelnen Branchen. Diese Veränderungen lassen sich Trend zur Dienstleistungs- und Wissensgesellschaft anhand der realen Bruttowertschöpfung, d.h. preis- weiter verfestigt und sich dem-entsprechend die Be- bereinigt mit Basis 2010, anhand der folgenden Wirt- deutung der Wirtschaftsdienst-leistungen erhöht (vgl. schaftsbereiche bzw. Sektoren charakterisieren: Tabelle 6). 34 „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz
RAHMENBEDINGUNGEN UND ANNAHMEN 14 30% Bruttoinlandsprodukt (real) in Mrd. Euro Historie Szenarien 2050 12 25% Ø BIP-Wachstum: + 0,7 %/a 10 20% Bruttoinlandsprodukt real - Vorjahresvergleich in Prozent 8 15% 6 10% 4 5% 2 0% Ø hist. BIP-Wachstum: + 0,8 %/a 0 -5% 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042 2044 2046 2048 2050 Abbildung 21 Historie und Projektion des Bruttoinlandsprodukt (real) Quelle: [Stadt Mainz 2016b] [Stala RP 2017b] [Stala RP 2017a] [Stala RP 2015], [vgrdl 2017] Fortschreibung und Darstellung IE Leipzig Tabelle 6 Historie und Projektion der Bruttowertschöpfung nach Sektoren (preisbereinigt, Basis 2010) Quelle: [Stala RP 2017a], [Stala RP 2015], [Öko-Institut & Fraunhofer ISI 2015], Fortschreibung und Darstellung IE Leipzig Bruttowertschöpfungreal in Mrd. Euro 2001 2014 2020 2030 2040 2050 01 | Land- und Forstwirtschaft 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 02 | Verarbeitendes Gewerbe, Bergbau 0,9 1,4 1,5 1,6 1,8 1,9 03 | Wirtschaftsdienstleistungen 4,9 5,6 6,0 6,4 6,9 7,3 04 | Öffentliche Dienstleistungen 2,5 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 Mainz Gesamt 8,3 9,7 10,3 11,1 11,9 12,6 Öffentliche Dienstleistungen (05), welche vor allem die Anzahl der Erwerbstätigen relativ konstant blei- Leistungen des Bundeslandes Rheinland-Pfalz bein- ben, wobei – in Anlehnung an die Einwohnerentwick- halten, werden ebenfalls ansteigen. Die Zahl der Er- lung – die Zahl der Erwerbstätigen zunächst mittel- werbstätigen in der Stadt Mainz steigt seit 2000 kon- fristig steigen und anschließend leicht sinken wird tinuierlich an und erhöhte sich um 11 % (+ ca. 15.000 (vgl. Abbildung 22). Erwerbstätige). Langfristig, bis 2050 betrachtet, wird „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz 35
RAHMENBEDINGUNGEN UND ANNAHMEN 180 2014 (%) Erwerbstätige 160 154 156 156 154 153 138 7,2% 47,8% 42,0% 140 120 06 | Öffentliche Dienstleistungen 0% 20% 40% 60% 80% 100% 100 05 | Wirtschafts- dienstleistungen 80 04 | Baugewerbe 60 2050 (%) 03 | Energie, Wasser, Entsorgung 40 02 | Verarbeitendes Gewerbe, Bergbau 6,7% 49,0% 41,6% 20 01 | Land- und Forstwirtschaft 0 2000 2014 2020 2030 2040 2050 0% 20% 40% 60% 80% 100% Ende 01 0| Land- und Forstwirtschaft 02 | Verarbeitendes Gewerbe, Bergbau 03 | Energie, Wasser, Entsorgung nergi eeins 0 atz in TJ/a 04 | 1990 Baugewerbe1995 2000 2005 05 | Wirtschaftsdienstleistungen 2010 2015 2020 2025 06 | Öffentliche 2030 Dienstleistungen 2035 2040 Abbildung 22 Historie und Projektion der Zahl der Erwerbstätigen nach Sektoren Quelle: [Stadt Mainz 2016b], [Stala RP 2017a], [Öko-Institut & Fraunhofer ISI 2015], Fortschreibung und Darstellung IE Leipzig Mit der Projektion der zukünftigen Entwicklung von Im Zeitraum 2014 bis 2050 zeigen sich ein leichter Anstieg der Einwohner sowie eine steigende Entwick- Bevölkerung lung der Wohneinheiten und der Wohnflächen. Die Bruttoinlandsprodukt zukünftige Steigerung des Bruttoinlandsproduktes bis Erwerbstätigen zum Jahr 2050 wird leicht geringer als noch im Zeit- Wohnflächen raum 1990 bis 2014 ausfallen. Da die zukünftig zu Wohnungseinheiten erwartenden Produktivitätsfortschritte voraussichtlich sind die wesentlichen sozioökonomischen Rahmen- etwas höher ausfallen werden als die Wachstumsraten bedingungen definiert, die einen relevanten Einfluss des Bruttoinlandsproduktes (real), werden die Er- auf den künftigen Energieverbrauch bzw. die THG- werbstätigenzahlen entsprechend der Bevölkerungs- Emissionen der Stadt Mainz haben. Abbildung 23 entwicklung kaum steigen. zeigt den indizierten Verlauf dieser Entwicklungs- größen im Zeitraum 1990/2000 bis 2050 im Ver- gleich. 36 „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz
RAHMENBEDINGUNGEN UND ANNAHMEN 140 INDEX (2014 = 100) Historie Szenarien 2050 120 100 80 Einwohner Wohnflächen 60 1990 - 2014: + 14 % 1990 - 2014: + 33 % 2015 - 2050: +1% 2015 - 2050: + 19 % 40 BIP real Wohnungseinheiten 2000 - 2014: + 12 % 1990 - 2014: + 26 % 2015 - 2050: + 27 % 2015 - 2050: + 24 % 20 Erwerbstätige 2000 - 2014: + 11 % 2015 - 2050: + 0,4 % 0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042 2044 2046 2048 2050 End 0 010| Einwohner 02 | Bruttoinlandsprodukt (real) 03 | Erwerbstätige 04 | Wohnflächen 05 | Wohnungseinheiten ene rgie eins atz 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 in TJ/a Abbildung 23 Index zu den sozioökonomischen Rahmenbedingungen im Überblick (2014 = 100) Quelle: Fortschreibung und Darstellung IE Leipzig „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz 37
ENERGIEERZEUGUNG UND -VERSORGUNG BIS 2050 5 Energieerzeugung und -versorgung bis 2050 In diesem Kapitel wird der in Mainz vorliegende Kraftwerkspark zur Vor-Ort-Erzeugung von Strom und Fernwärme dargestellt und darauf basierend die daraus abgeleiteten THG- Emissionen gemäß einem Trend- und MASTERPLAN-Szenario gemäß der ausgearbeiteten Strategien und Maßnahmen dargestellt. Diese dienen als Grundlage zur Ermittlung der ge- samten THG-Emissionen in den zuvor dargestellten Endenergiesektoren bei dem Endenergie- verbrauch von Strom und Fernwärme. 5.1 Ausgangslage 5.1.1 Stromversorgung Die wichtigsten Stromerzeugungsanlagen der Lan- Dampfkraftwerk (GuD) mit einer elektrischen Leis- deshauptstadt Mainz stellen seit dem hier betrachteten tung von rd. 420 MW in Betrieb genommen. Basisjahr 1990 folgende Kraftwerke dar [KMW Müllheizkraftwerk: Das neben der GuD-Anlage 2002], [KMW 2015], [KMW 2016]: stationierte Müllheizkraftwerk ging im Jahr 2004 ans Netz und liefert seinen aus Abfallverbrennung Kraftwerk 1: Es handelt sich dabei um ein im Jahr erzeugten Dampf an die KMW. Der Dampf wird – 1958 ans Netz gegangenes Steinkohlekraftwerk, be- je nach Optimierungsweg – zur Stromer-zeugung stehend aus drei nacheinander in Betrieb genomme- oder Fernwärmeversorgung genutzt. nen Kohleblöcken, mit einer elektrischen Leistung von 300 MW. Dieses wurde im Jahr 2000 abgeris- sen und durch ein GuD-Kraftwerk ersetzt. Kraftwerk 2: Darüber hinaus existiert am Standort Ingelheimer Aue ein 1977 fertiggestellter gas- oder ölbefeuerter Kombiblock (vgl. Abbildung 24) wel- cher allerdings vorläufig stillgelegt ist. Das „Kraft- werk 2“ mit einer elektrischen Leistung von 370 MW ist als systemrelevantes Kraftwerk ausgewie- sen und dient als Kaltreserve der Bundesnetzagentur (BNetzA) zum optionalen Einsatz bei Engpässen in der deutschen Stromerzeugung. Kraftwerk 3: Nach dem Abriss des Kohlekraftwer- kes (Kraftwerk 1) wurde auf der Ingelheimer Aue ein als modernstes der Welt geltendes Gas- und Abbildung 24 Kraftwerk 2 der KMW Quelle: [KMW 2016] 38 „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz
ENERGIEERZEUGUNG UND -VERSORGUNG BIS 2050 Bei dem Müllheizkraftwerk (MHKW) der Entsor- in beiden Fällen um Anlagen auf Basis von Kraft- gungsgesellschaft Mainz mbH (EGM) sowie dem Wärme-Kopplung (KWK), so dass diese nachfolgend Gas- und Dampfturbinenkraftwerk (GuD) der Kraft- bei der Wärmeversorgung behandelt werden. werke Mainz-Wiesbaden AG (KMW) handelt es sich 5.1.2 Gasversorgung Das Gasversorgungsgebiet wird ebenfalls von der Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Der Wasser- Stadtwerke Mainz Netze GmbH betrieben und weist stoff soll anschließend energetisch genutzt werden. im Jahr 2015 folgende Leitungslängen auf [KMW Der Standort des eigens dafür geplanten „Energiepark 2015]: Mainz“ wurde wegen der Verfügbarkeit von EEG- Hochdruckleitungen (HD): 153,8 km Anlagen sowie von Strom- und Gasnetzen ausge- Mitteldruckleitungen (MD): 48,5 km wählt. Es handelt sich dabei um ein Forschungspro- Niederdruckleitungen (ND): 743,3 km jekt und umfasst Investitionen von ca. 17 Mio. €, welche zur Hälfte vom BMWi im Rahmen der „För- Energiepark Mainz derinitiative Energiespeicher“ getragen werden. Der Elektrolyseur kann eine elektrische Leistung von Im Juli 2015 haben die Mainzer Stadtwerke, Linde 6 MW aufnehmen, wobei drei Elektrolyseeinheiten in Group und Siemens unter wissenschaftlicher Beglei- einer größeren Elektrolysehalle betrieben werden. tung der Hochschule RheinMain als Partner im Main- Während der entstehende Sauerstoff an die Umge- zer Stadtteil Hechtsheim eine Power-to-Gas-Anlage in bung abgegeben wird, wird der „grüne Wasserstoff“ Betrieb genommen (vgl. Abbildung 25). Überschüssi- sowohl an Industrieverbraucher als auch an Wasser- ger Strom aus den benachbarten Windenergieanlagen stoff-Tankstellen geliefert [EPM 2016]. soll genutzt werden, um mittels Elektrolyse Wasser in „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz 39
ENERGIEERZEUGUNG UND -VERSORGUNG BIS 2050 Abbildung 25 Kreislauf Energiepark Mainz Quelle: [EPM 2016] 5.1.3 Wärmeversorgung In der Landeshauptstadt Mainz ist seit dem Jahr 2003 hauptstadt Mainz sowie die Lieferung von Prozess- ein Müllheizkraftwerk (MHKW) der Entsorgungs- dampf für Industriebetriebe in der Grundlast sicherge- gesellschaft Mainz mbH (EGM) in Betrieb, welches stellt. seinen bei der Müllverbrennung entstehenden Dampf an die Kraftwerke Mainz-Wiesbaden AG (KMW) EGM-Müllheizkraftwerk abgibt, wodurch es zu einer erheblichen Einsparung Das im Industriegebiet Ingelheimer Aue stationierte von Primärenergie in Form von Erdgas kommt und MHKW verfügt über drei Verbrennungslinien (die damit einhergehend der CO2-Ausstoß reduziert wird. dritte wurde im Jahr 2008 in Betrieb genommen) und Somit werden die Fernwärmeversorgung der Landes- weist eine Verbrennungsleistung von ca. 340.000 t 40 „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz
ENERGIEERZEUGUNG UND -VERSORGUNG BIS 2050 Abfall pro Jahr auf. Es befindet sich direkt am Stand- Müllbunker installierte Krananlage sorgt für eine ort der KMW, um die konsequente Einbindung der homogene Durchmischung und konstante Verbren- zuvor genannten Infrastruktur und der sich daraus nung des Abfalls, während die Absaugung der Ver- ergebenden Synergieeffekte nutzen zu können [EGM brennungsluft einen Unterdruck erzeugt und damit 2016]. Das Schema der Abfallverwertung ist in Ab- das Austreten von Geruchsemissionen verhindert bildung 26 dargestellt. [EGM 2016]. Das Abfallaufkommen und die damit verbundene betriebswirtschaftlich notwendige Anlagenauslastung erfolgt durch Entsorgungs- und Auslastungsverträge mit folgenden Institutionen [EGM 2016]: Stadt Mainz Landkreis Mainz-Bingen Donnersbergkreis REMONDIS GmbH & Co. KG Bei der Abfallverbrennung verliert der Abfall – je nach Zusammensetzung – durchschnittlich 90 % sei- nes Volumens und ca. 70 % seines Gewichtes, wodurch auch die zu deponierenden Abfallmengen mit den darin enthaltenen Schadstoffen entsprechend der Vorgaben der TA Siedlungsabfall verringert wer- den. Die zurückbleibende inerte Schlacke sowie die bei der Abgasreinigung abgetrennten Verbrennungsrückstän- de werden in dafür zu gelassene Aufbereitungs- und Abbildung 26 Abfallverwertung im MHKW Mainz Quelle: [EGM 2016] Verwertungsanlagen weitergeleitet und kommen wieder als Rohstoff für den Deponiebau, der Eisen- Die thermische Abfallbehandlung beginnt mit der hütten-Industrie oder in Salzbergwerken zum Einsatz. Aufgabe der Restabfälle auf Verbrennungsroste über Die Abfallannahme erfolgt in einer Entladehalle über Aufgabeschächte der drei Verbrennungslinien mittels sieben Abkippstellen in den Müllbunker. Der mit Dosierstößeln. Die vorhandenen Gasbrenner werden Müllfahrzeugen angelieferte Sperrmüll wird separat in zum Vorheizen des Verbrennungsraums auf eine einer Rotorschere zerkleinert und über ein Förderband Mindestverbrennungstemperatur von 850 °C an- und ebenfalls in den Müllbunker gegeben. Bioabfall wird danach wieder abgeschaltet, da der Abfall einen ho- hingegen über Abwurfschächte in Großpressbehälter hen Heizwert aufweist und ohne weitere Zufuhr von gefüllt und der Wiederverwertung zugeführt. Eine im Primärenergie selbstgängig verbrennt. Die für die Abfallverbrennung erforderliche Verbrennungsluft „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz 41
ENERGIEERZEUGUNG UND -VERSORGUNG BIS 2050 wird über dem Abfallbunker angesaugt, über Wärme- werke Mainz-Wiesbaden GmbH (KMW), welches als tauscher vorgewärmt und in den Feuerraum eingebla- eines der effizientesten GuD-Kraftwerke der Welt sen, sodass sich eine Verbrennungstemperatur ober- gilt. Es arbeitet ebenfalls mittels Kraft-Wärme- halb 1.000 °C einstellt. Die ca. 1 Stunde auf dem Kopplung (KWK) und weist wegen der gekoppelten Verbrennungsrost verbliebenen Verbrennungsrück- Strom-, Fernwärme- und Prozessdampferzeugung stände gelangen über einen Nassentschlacker in den einen Gesamt-Brennstoffnutzungsgrad von rund 80 % Schlackebunker und werden anschließend extern in auf. Der vergleichsweise niedrige – von EEB ENER- einer Schlackenaufbereitungsanlage in mehreren KO im Jahr 2014 zertifizierte – Primärenergiefaktor Verfahrensschritten aufbereitet. der Fernwärme von fP = 0,32 ergibt sich vor allem auch durch die (bereits erläuterte) Kopplung mit dem KMW-GuD-Kraftwerk MHKW Mainz gemäß dem in Abbildung 27 aufge- Am Standort Ingelheimer Aue befindet sich auch das zeigten Anlagenschema. Das Kraftwerk umfasst die in seit 2001 in Betrieb auf Erdgasbasis befindliche GuD- Tabelle 7 aufgeführten Anlagen mit den entsprechen- Kraftwerk (auch „Kraftwerk 3“ genannt) der Kraft- den Kenndaten [KMW 2016]. Abbildung 27 Anlagenschema des GuD-Kraftwerks in Mainz Quelle: [KMW 2002] 42 „Masterplan 100 % Klimaschutz“ für die Landeshauptstadt Mainz
