Kohleverstromung in Deutschland - Veraltet oder zukunftsweisend?

Inhaltsverzeichnis

1. Vorwort

2. Überblick über die Kohleverstromung in Deutschland
2.1 Funktionsweise eines Kohlekraftwerkes
2.2 Neue Technologien
2.3 Kohlevorkommen und Förderung in Deutschland

3. Ökologische Seite der Kohleverstromung in Deutschland
3.1 Vergleich von Kohlekraftwerken mit anderen Primärenergieträgern in Bezug auf die CO2-Bilanz
3.2 Das Integrierte Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung

4. Wirtschaftlichkeit der Kohleverstromung in Deutschland
4.1 Bedarf an neuen Erzeugungskapazitäten
4.2 Strompreisentwimcklung
4.3 Verlässlichkeit des Kohlebezugs
4.4 Ist eine andere Form der Stromerzeugung wirtschaftlicher?

5. Bewertung

6. Fazit

7. Anlagen
7.1 Schaubilder
7.2 Abbildungsverzeichnis
7.3 Literaturverzeichnis
7.4 Abkürzungsverzeichnis

1. Vorwort

Wie geht es weiter mit der Energieversorgung?

Wer soll diese hohen Strompreise noch zahlen?

Oder, wie vor kurzem von einem Kind in einer Werbeanzeige eines großen mit der Farbe Rot arbeitenden Energieversorgers gefragt wurde:

“Reicht der Strom, bis ich groß bin?“

Es vergeht kaum ein Tag, an dem die Presse nicht diese oder ähnliche Fragestellungen aufgreift – und dies mit gutem Recht: In der Tat beeinflussen Sicherheit, Umweltverträglichkeit und Preisgünstigkeit der Stromversorgung nicht nur den Lebensstandard des einzelnen Bürgers, sie sind darüber hinaus Garanten für eine funktionierende Volkswirtschaft und damit für den Wirtschaftsstandort Deutschland unverzichtbar.

Natürlich sind solche Diskussionen leichter zu führen, wenn sich die Argumentation auf den Ebenen „Was hätte man in der Vergangenheit besser machen können?“ und: „ Was müsste man zukünftig ändern?“ also auf dem Standpunkt des „derzeit ohnehin nicht Änderbaren“ abspielt. Doch für die Ausgestaltung der zukünftigen Energieversorgung in Deutschland besteht zum jetzigen Zeitpunkt aktueller Entscheidungszwang. Bis zum Jahr 2012 müssen nämlich 20.000 MW an neuer konventioneller Kraftwerksleistung hinzugebaut werden und bis zum Jahr 2030 muss sogar die Hälfte der bestehenden Kraftwerkskapazität ersetzt worden sein.^[1]

Für diese kurzfristig anstehenden Kraftwerksinvestitionen geht es also um die vorrangig zu beantwortende Frage, wie der Energiemix der Zukunft aussehen wird. Denn Kraftwerksinvestitionen sind langfristig. Wird am tatsächlichen Bedarf vorbei investiert, so ist das einmal getätigte Investment nicht mehr korrigierbar. Die Frage nach dem „zukünftigen“ und darüber hinaus noch „richtigen“ Energiemix ist hoch komplex und weist eine Vielzahl von umwelt-, gesellschafts- und wirtschaftspolitischen Problemstellungen auf. Deshalb soll in dieser Arbeit nur ein Teilaspekt beleuchtet werden, und zwar der der Kohleverstromung. Konkret geht es um die Frage, ob die Kohleverstromung in Deutschland veraltet oder zukunftsweisend ist.

Der Gang der Untersuchung ist wie folgt:

Zunächst wird unter 2. ein Überblick über die Kohleverstromung in Deutschland gegeben. Dabei wird sich zeigen, dass die Technik der Steinkohle- und der Braunkohleverstromung zwar im Wesentlichen vergleichbar ist, ein gravierender Unterschied aber in der Brennstoffbeschaffung besteht.

Die konkrete Frage nach den Zukunftschancen der Kohleverstromung wird unter zwei Aspekten beleuchtet.

Auf Dauer wird und kann sich keine Energie durchsetzen, die im Vergleich zu anderen Energien ökologisch nicht sinnvoll ist. Zu fragen ist insbesondere nach der CO2-Bilanz der Kohleverstromung. In diesem Zusammenhang ist auch der Frage nachzugehen, ob es bereits umweltpolitische Äußerungen oder gar Programme zum zukünftigen Umgang mit der Kohleverstromung gibt. Dieser Gesamtkomplex wird unter 3. abgehandelt.

Die Politik und die Gesellschaft mögen zwar die Spielregeln eines zukünftigen Energiemixes festlegen. Alle vier großen Energieversorger^[2], die wegen ihrer Kapitalausstattung für große Kraftwerksinvestitionen vorrangig in Betracht kommen, sind börsennotierte Unternehmen und vergeben ihr Kapital allein renditeorientiert. Ob das energiepolitisch vorgegebene Umfeld den Raum bietet, um mit Investitionen in der Kohleverstromung die Renditeanforderungen zu erfüllen, ist ein Komplex, der unter 4. beleuchtet wird.

Schließlich wird unter 5. - einerseits abwägend, andererseits zusammenfassend – die Antwort auf die Frage versucht,

ob die Kohleverstromung in Deutschland veraltet oder zukunftsweisend ist .

2. Überblick über die Kohleverstromung in Deutschland

Auch zu Zeiten alternativer Energien spielt die Kohleverstromung in Deutschland eine wichtige Rolle. Bei Betrachtung des Gesamtenergiemixes^[3] wird deutlich, dass 44% der Netto-Stromerzeugung in Deutschland auf Kohlekraftwerke zurückzuführen ist, wobei 23% des Stroms durch Braunkohlekraftwerke und 21% durch Steinkohlekraftwerke erzeugt werden. Dies entspricht einer Gesamt-Netto-Stromerzeugung von ca. 264,5 Mrd. kWh allein durch Kohlekraftwerke. Im Vergleich dazu werden durch Kernenergie 27% und durch erneuerbare Energien 12% des Stroms erzeugt.^[4]

Diese Zahlen zeigen deutlich, dass Kohle zurzeit noch der wichtigste Energielieferant Deutschlands ist, da fast die Hälfte der elektrischen Energie aus diesem Rohstoff gewonnen wird.

2.1 Funktionsweise eines Kohlekraftwerkes

Die Abläufe in Stein- und Braunkohlekraftwerken sind im Wesentlichen vergleichbar. Zuerst wird die Kohle in einer Mühle gemahlen und anschließend getrocknet. Dann wird der Kohlestaub in einen Brennerraum befördert und dort vollständig verbrannt. Mit der dabei entstehenden Wärmeenergie wird in einem Kessel Wasser stark erhitzt. Über Rohre wird der dabei entstehende, unter hohem Druck stehende Wasserdampf zu einer Turbine geleitet, die durch dessen Kraft angetrieben wird. An die Turbine ist ein Generator gekoppelt, der die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Von dort wird der Strom zum Transformator geleitet, der die elektrische Energie in das Stromnetz einspeist. Nachdem der Wasserdampf durch die Turbine geleitet wurde, wird er im Kondensator abgekühlt, kondensiert und wieder in den Kessel geleitet, wo der Kreislauf von neuem beginnt.^[5]

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Steinkohle- und Braunkohlekraftwerken besteht darin, dass in einem Steinkohlekraftwerk ca. 50 Kilogramm Kohle und in einem Braunkohlekraftwerk bis zu 250 Kilogramm Kohle pro Sekunde verbrannt werden.^[6] Dies liegt daran, dass der Heizwert von Braunkohle aufgrund ihres hohen Wassergehalts im Vergleich zu anderen Energieträgern und damit auch zur Steinkohle niedriger ist.^[7] Mithin muss in einem Braunkohlekraftwerk erheblich mehr Brennstoff eingesetzt werden, um die gleiche Menge an Strom wie in einem Steinkohlekraftwerk zu produzieren.

Die modernsten Kohlekraftwerke Deutschlands arbeiten mit einem Wirkungsgrad von bis zu 46%.^[8] Das bedeutet, dass 46% der durch die Kohle erzeugten Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Schaut man sich den Gesamtmix an, so liegt der durchschnittliche Wirkungsgrad für Steinkohlekraftwerke bei nur 38%^[9] und der für Braunkohlekraftwerke bei 34%^[10]. Dabei wird die Braunkohleverstromung aufgrund ihrer Brennstoffspezifika immer bezüglich des Wirkungsgrades einen gewissen Nachteil gegenüber der Steinkohleverstromung haben.

Dieser geringe Wirkungsgrad verbessert sich, wenn mit dem System der Kraft-Wärme-Kopplung gearbeitet werden kann. Dabei wird ein weiterer Teil der Wärmeenergie in ein Fernwärmenetz eingespeist und versorgt somit Haushalte und Indus-trieunternehmen mit Fernwärme.

Ein Fernwärmenetz kann aber nur in der Umgebung eines solchen Kraftwerks bestehen. Nicht möglich ist, die Wärme über lange Strecken zu transportieren, da die Energie verloren ginge. Dies gilt insbesondere zu Zeiten niedriger Umgebungstemperaturen wie im Winter, wenn Fernwärme zumindest in Privathaushalten vorrangig benötigt wird.

2.2 Neue Technologien

Im Bereich der Kohlekraftwerke gab es besonders in letzter Zeit viele Diskussionen über den Einsatz neuer Technologien, da Stromerzeugung durch Kohlekraftwerke die klimaschädlichste Form ist, weil dabei eine große Menge von CO2 freigesetzt wird.

Eine Methode zur Verringerung der Emissionen ist eine Steigerung des Wirkungsgrades von Kohlekraftwerken. Somit muss weniger Kohle verbrannt werden um die gleiche Menge an Energie zu erzeugen. Der Wirkungsgrad konnte auf Grund der Forschung in den letzten Jahren bis auf 46% gesteigert werden. In den kommenden Jahren sind in neuen Anlagen noch höhere Wirkungsgrade zu erwarten.^[11]

So wirbt zum Beispiel der Energiekonzern E.ON damit, 2014 mit einem Kohlekraftwerk, das einen Wirkungsgrad von mindestens 50% hat, ans Netz zu gehen. Diese Anlage müsse einer „Dampftemperatur von 700 °C und einem Druck von 350 Bar standhalten“.^[12] Damit zeigt sich, dass noch viel Forschung und Entwicklung in Materialien investiert werden muss, die diesen Temperaturen auf Dauer standhalten. Ein Wirkungsgrad von 50%, der immer noch als bescheiden zu bezeichnen ist, bedarf also bereits erheblicher Anstrengungen und ist keinesfalls derzeitiger Stand der Technik.

Als Technologie der Zukunft werden die CCS^[13] -Technologien angesehen. Vereinfacht dargestellt wird bei Anwendung dieser Methoden das CO2 abgetrennt und anschließend unterirdisch gespeichert bzw. eingelagert. Der Effekt wäre, dass kein CO2 aus Kohlekraftwerken mehr in die Atmosphäre gelangen würde.^[14]

Die bekannteste und am weitesten entwickelte Technologie ist die CO2-Abtrennung aus dem Rauchgasstrom, auch CO2-Rauchgaswäsche genannt. Hierbei wird das CO2 aus dem Rauchgas, das bei der Verbrennung von Kohle entsteht, mit Hilfe einer chemischen Rauchgaswäsche abgeschieden. Danach wird das Rauchgas von einer alkalischen Lösung absorbiert und wird somit flüssig. Das CO2 kann nun separat herausgefiltert und abgeleitet werden.^[15]

Nach Abscheidung des CO2 gibt es nach heutigen Forschungsergebnissen zwei Möglichkeiten das CO2 zu lagern. Es könnte in erschöpfte Erdgaslagerstätten geleitet werden, die als sicher gelten. Die in Deutschland verfügbaren Speicherkapazitäten könnten Platz für ca. 2180 Millionen Tonnen^[16] CO2 bieten.

Die zweite Möglichkeit bestünde darin, das CO2 in tief liegenden salinären Aquiferen, auch salzwasserführende Gesteinsschichten genannt, zu speichern. Diese Schichten, in die das CO2 injiziert werden würde, befinden sich in einer Tiefe von mehr als 1000 Metern. Ihre Kapazität wird auf ca. 20 Mrd. Tonnen^[17] geschätzt.

[...]

^[1] http:// www.gvst.de/site/steinkohle/klimaschutz_kuenftige_energieversorgung.htm

^[2] RWE, E.ON, EnBW, Vattenfall Europe

^[3] vgl. dazu Abb. 1 unter 7. Anlagen, die eine Übersicht über die Bundesländerspezifischen Energiemixe enthält

4 http://www.strom.de/vdew.nsf/id/DE_Stromerzeugung_stieg_um_26_Prozent/$file/Tabelle%20Energie mix%202006.pdf

^[5] http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlekraftwerk

^[6] http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlekraftwerk

^[7] DEBRIV Bundesverband Braunkohle, S. 9

^[8] BMWi, BMU und BMBF, S.4

^[9] http://www.eon-kraftwerke.com/info/datteln_steinkohle.html

^[10] http://www.zeit.de/2007/39/McKinsey-Report-Klima?page=2

^[11] BMWi, BMU und BMBF, S. 4 f.

^[12] Zitat aus: http://www.eon-energie.com/pages/eea_de/Energiewissen/Innovation/50_Prozent-Kohlekraftwerk/index.htm

^[13] C arbon C apture and S torage (Abtrennung und Speicherung/Ablagerung von Kohlendioxid)

^[14] Vgl. dazu Abb. 2 unter 7. Anlagen in der die CCS-Technologien mit anderen verglichen werden

^[15] BMWi, BMU und BMBF, S. 6 f.

^[16] BMWi, BMU und BMBF, S. 9

^[17] BMWi, BMU und BMBF, S. 10