Kohlekraftwerk

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Ansicht eines Kohlekraftwerkes in Werdohl-Elverlingsen
Entwicklung des Strommixes in Deutschland zwischen 1990-2012[1]

Ein Kohlekraftwerk ist eine spezielle Form des Kraftwerkes. Es hat seinen Namen von der Kohle als hauptsächlichem Brennstoff. Es gibt Kraftwerke für Braunkohle und für Steinkohle. Die Kraftwerkstypen sind speziell für den jeweiligen Einsatzbrennstoff mit seinen verfahrenstechnischen Eigenheiten, seinem Heizwert und seinen Ascheanteilen konzipiert.

In Deutschland wird mit braunkohlegefeuerten Kohlekraftwerken Strom für die Grundlast und mit Steinkohle hauptsächlich für die Mittellast erzeugt. Die prozentualen Anteile an der gesamten Stromerzeugung betragen in Deutschland 19 Prozent für Steinkohle und 25 Prozent für Braunkohle, die Anteile an der gesamten Energie sind geringer. Ein einzelner Kraftwerksblock hat eine typische elektrische Leistung von bis zu 1000 Megawatt; bei der Zusammenschaltung mehrerer Kraftwerksblöcke zu einem Großkraftwerk addieren sich die installierten Leistungen der einzelnen Blöcke. Zum Beispiel werden im Block K des Braunkohlekraftwerks Niederaußem je Stunde rund 850 Tonnen Rohbraunkohle verbrannt, bei einer elektrischen Leistung von 1000 MW.

Inhaltsverzeichnis

Anlagenteile [Bearbeiten]

Stoff- und Energieflüsse eines Kohlekraftwerks

Ein Kohlekraftwerk besitzt folgende typische Anlagenteile:

Prinzipielle Funktionsweise [Bearbeiten]

Elektrische Energieverteilung eines Kohlekraftwerkes
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In einem Kohlekraftwerk gelangt die Braun- bzw. Steinkohle zuerst über die Kohleförderbandanlagen in den Bunkerschwerbau. Dabei passiert die Kohle eine Fremdkörper-Abscheideanlage, die z. B. Xylit aussondert, und einen Brecherturm, der die Kohle zerkleinert. Mittels Zuteiler-Förderbändern wird die Kohle auf die einzelnen Kohlemühlen verteilt. In den Kohlemühlen wird die Kohle gemahlen sowie mit Abgasen aus der Staubfeuerung getrocknet und in den Brennerraum der Staubfeuerung eingeblasen und dort vollständig verbrannt. Bei einem mit Steinkohle gefeuerten Kraftwerk mit einer Nennleistung von 1000 MW und einem Wirkungsgrad von 40%, beträgt die notwendige Menge etwa 90 Kilogramm pro Sekunde, bei einem mit Rohbraunkohle betriebenen Kraftwerk sind bis zu 250 Kilogramm in der Sekunde typisch. Die dadurch frei werdende Wärme wird von einem Wasserrohrkessel aufgenommen und wandelt das eingespeiste Wasser in Wasserdampf um. Der Wasserdampf strömt über Rohrleitungen zur Dampfturbine, in der er einen kleineren Teil seiner Energie durch Entspannung abgibt. Unterhalb der Turbine ist ein Kondensator angeordnet, in dem der Dampf den größten Teil seiner Wärme an das Kühlwasser überträgt. Während dieses Vorganges verflüssigt sich der Dampf durch Kondensation.

Eine Speisewasserpumpe fördert das entstandene flüssige Wasser als Speisewasser erneut in den Wasserrohrkessel, womit der Kreislauf geschlossen wird. Zur Vorwärmung des Speisewassers im Economiser sowie der über den Frischlüfter angesaugten Verbrennungsluft im LUVO, nutzt man die Rauchgase aus dem Brennraum. Optional sind Dampf-Luftvorwärmer vorgeschaltet. Das in der Turbine erzeugte Drehmoment wird an dem angekuppelten Generator zur Energieerzeugung genutzt.

Das im Brennerraum durch Verbrennung entstandene Rauchgas wird einer Entstaubung, einer Rauchgasentschwefelung und einer Rauchgasentstickung unterzogen, bevor es über den Schornstein bzw., bei Bauweise ohne Schornstein, über den Kühlturm das Kraftwerk verlässt. Dieses Verfahren wird im Ganzen Rauchgasreinigung genannt. Das im Kondensator erwärmte Kühlwasser wird im Kühlturm auf die ursprüngliche Temperatur gekühlt, bevor es entweder erneut verwendet oder aber in ein vorhandenes Fließgewässer abgegeben wird. Die Asche des Brennstoffes wird als Schlacke aus dem Brennerraum abgezogen und für die Weiterverwendung als Baustoff vorbereitet. Das gleiche gilt für den in der Rauchgasentschwefelung erzeugten Kraftwerkgips.

Vereinfachtes Diagramm eines Kohlekraftwerkes

Steuerung der Abläufe [Bearbeiten]

Sämtliche im Kohlekraftwerk anfallenden Informationen, wie beispielsweise die Messwerte, werden in der Leitwarte angezeigt und ausgewertet. Die Leitwarte ist ein geschlossener Raum mit Messinstrumenten zur Anzeige der Betriebszustände der einzelnen Kraftwerkskomponenten. Mit Schaltern und anderen Steuerorganen kann das Kraftwerkspersonal in den Betriebsablauf eingreifen. Die Eingriffe werden über digitale Datenübertragung an die zugehörigen Hilfsantriebe übermittelt und bewirken in teilweise großer Entfernung von der Leitwarte beispielsweise das Öffnen oder Schließen einer Armatur oder eine Veränderung der zugeführten Brennstoffmenge.

Anfahrverhalten [Bearbeiten]

Anfahrverhalten eines Kohlekraftwerkes (typisch)
Startart Anfahrzeiten
Kaltstart nach mehr als 48 h Stillstand 400 min
Warmstart nach weniger als 48 h Stillstand 280 min
Heißstart nach weniger als 8 h Stillstand 115 min

Im Unterschied zu den meisten Wasserkraftwerken, bei denen die Leistung bei Bedarf im Sekundenbereich abgerufen werden kann, dauert das Anfahren eines Kohlekraftwerks wesentlich länger. Die nebenstehende Tabelle gibt die dafür üblicherweise notwendige Zeitdauer, abhängig von der vorhergehenden Dauer des Stillstands, wieder. Die angegebenen Zeiten decken das Zünden des ersten Brenners bis zum Erreichen der Volllast ab.

Verbesserung des Wirkungsgrades [Bearbeiten]

Baustelle des Braunkohlekraftwerks mit optimierter Anlagentechnik (BoA) bei Grevenbroich
BoA-Block in Niederaußem im April 2006

Der Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken weltweit betrug 2004 (Zahlenbasis teilweise aus 2002 und früher) im Mittel 31 %, in Deutschland lag er bei 38 %. Vor allem in Ländern wie China (durchschnittlicher Wirkungsgrad 23 %) gibt es große Verbesserungspotenziale.[2]

Zur optimalen Ausnutzung der im Brennstoff gespeicherten Energie und zur Verbesserung des Wirkungsgrades werden im Kohlekraftwerk verschiedene Verfahren eingesetzt. Wie in jedem thermodynamischen Kreisprozess wird angestrebt, dass das Arbeitsmittel (hier: Wasserdampf) mit einer möglichst hohen Temperatur in die Dampfturbine eintritt und diese mit einer möglichst niedrigen Temperatur wieder verlässt. Die hohe Eintrittstemperatur wird durch ein einmaliges Überhitzen des Wasserdampfes erreicht, wobei der Dampf schon nach einem Teil seines Weges durch die Dampfturbine erneut wieder durch den Dampfkessel geleitet wird und ihm weitere Wärmeenergie zugeführt wird. Die Grenze für die höchste Temperatur ist die Hitzebeständigkeit der verwendeten Stähle für die Rohre des Wasserrohrkessels. Die niedrige Austrittstemperatur des Dampfes wird durch einen ausreichend bemessenen Kondensator verwirklicht. Die niedrigstmögliche Temperatur ist die Eintrittstemperatur des Kühlwassers in den Kondensator. Als zusätzliche Maßnahme wird die Berohrung des Kondensators kontinuierlich durch das Kugelumlaufverfahren von Verschmutzungen befreit, da an dieser Stelle Verunreinigungen den gesamten Wirkungsgrad verringern.

Die im Abgas vorhandene, ggf. nutzbare Restwärme hängt von der Rauchgasentschwefelung ab. Durch die meist wässrigen Entschwefelungsverfahren werden die Abgase feucht und kühl, sodass die Ableitung über Schornsteine wegen Versottung problematisch ist. Die Reingase müssten durch (ebenfalls korrosionsanfällige) Wärmetauscher, durch Prozessdampf, Elektrowärme oder Brenner wieder erwärmt werden. Eine kostengünstige Variante stellt das Einleiten der gereinigten Abgase in die Kühltürme dar, sofern vorhanden.

Der derzeitige Stand der Technik beim Wirkungsgrad wird vom Braunkohlekraftwerk mit optimierter Anlagentechnik (BoA) repräsentiert. In Niederaußem ist der erste Block in Betrieb, eine weitere Anlage mit zwei Kraftwerksblöcken im Kraftwerk Neurath von RWE seit 2012. Bei einer installierten Leistung von 2×1100 Megawatt wird hier ein Wirkungsgrad von mehr als 43 % erreicht. Der neue 675 MW Block des Kraftwerks Boxberg von Vattenfall erreicht ebenfalls 43,7 % Wirkungsgrad, was daher momentan als erreichbares Maximum zu sehen ist. Moderne Steinkohlekraftwerke erreichen elektrische Wirkungsgrade von 46 %.[3]

Bezieht man den Energieaufwand für die Brennstoffversorgung mit ein, so sinkt der Wirkungsgrad. Der Energieaufwand kann nicht per se beziffert werden, da er von den Faktoren Gewinnungsart der Kohle (Tagebau oder Tiefbau) und vom zurückzulegenden Transportweg vom Gewinnungsort (Regional oder Übersee) bis zum Kraftwerk abhängig ist.

Eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades (Brennstoffausnutzung) ist durch Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung möglich, wegen der dezentralen Standorte der Kraftwerke in der Nähe der Lagerstätten der Kohle und nicht in der Nähe der Abnehmer der Wärme jedoch gerade bei den Großkraftwerken nicht immer realisierbar. Zudem wird die Wärme in den warmen Jahreszeiten bei den Abnehmern nicht benötigt (bei Nutzung als Heizwärme). Es gibt jedoch Erfahrungen mit mehr als 20 km langen Fernwärmeleitungen des Kernkraftwerks Greifswald. Einige Großkraftwerke des rheinischen Braunkohlereviers würden somit in Reichweite zu potenziellen Abnehmern von Fernwärme liegen.

Umweltauswirkungen [Bearbeiten]

Kohlekraftwerke stehen aus einer Reihe von Gründen in der Kritik von Umweltschützern und Naturschützern sowie weiteren gesellschaftlichen Gruppen.

Auswirkungen auf das Klima [Bearbeiten]

Durch die Verbrennung von Kohle wird pro erzeugter Energieeinheit sehr viel Kohlendioxid freigesetzt. Die zunehmende Emission des Treibhausgases Kohlendioxid seit Beginn der Industriellen Revolution gilt als zentraler Faktor der globalen Erwärmung. Braunkohlekraftwerke stoßen mit 850–1200 g CO2 pro kWh mehr Kohlendioxid aus als Steinkohlekraftwerke mit 750–1100 g CO2 pro kWh.[4] Damit liegt der Ausstoß von Kohlekraftwerken deutlich höher als der der ebenfalls fossil betriebenen GuD-Gaskraftwerke, die 400–550 g emittieren. Bei Einsatz aktueller Technik, wie z. B. im Kraftwerk Irsching, beträgt dieser Ausstoß nur noch gut 330 g CO2 pro kWh.[5] Noch deutlich geringere Emissionen weisen erneuerbare Energien auf: Während Windenergie und Wasserkraft ca. 10–40 g/kWh Kohlendioxidemission haben, liegt der Wert bei Photovoltaik bei 50–100 g/kWh. Bei der Kernenergie liegt er bei 10–30 g/kWh.[4] Von Klimaschützern und Naturschutzorganisationen wie BUND[6], DUH[7], Greenpeace[8] sowie weiteren Umweltschutzorganisationen wird daher der Betrieb, insbesondere aber der Neubau von Kohlekraftwerken kritisiert.

Nach einer Studie der Umweltstiftung WWF befinden sich sechs der zehn am meisten Kohlendioxid produzierenden Kohlekraftwerke der EU in Deutschland.[9] Dabei handelt es sich ausnahmslos um Braunkohlekraftwerke. Allerdings muss darauf hingewiesen werden, dass nur die 30 am meisten Kohlendioxid produzierenden Kraftwerke der EU betrachtet wurden[10], sodass eine Aussage bezüglich der Effizienz nur eingeschränkt möglich ist.

Schadstoffausstoß [Bearbeiten]

Kohlekraftwerke stehen auch aufgrund ihres Schadstoffausstoßes in der Kritik. Auch nach dem Einbau von Filteranlagen in den 1980er Jahren, die den Großteil des Schwefels aus den Abgasen entfernen, stoßen Kohlekraftwerke weiterhin relevante Mengen Schwefeldioxid aus. Der Ausstoß schwefelhaltiger Verbindungen gilt als Hauptauslöser für sauren Regen und die daraus resultierende Problematik bezüglich der Schädigungen von Pflanzen und Bäumen, die als Waldsterben eine breite Öffentlichkeitswirkung erfuhr. Neben Schwefeldioxid gelangen umwelt- und gesundheitsschädliche Stickstoffoxide sowie gesundheitsschädliche Feinstäube, darin enthaltene Schwermetalle und PAK in die Umwelt. In Deutschland trug die Energiewirtschaft 2010 mit 71 % (6,571 Tonnen) zur Gesamt-Quecksilberemission bei.[11]

Durch den Schadstoffausstoß steigt in der Bevölkerung das Risiko für Erkrankungen, speziell der Lunge und des Herzens, aber auch für Folgekrankheiten wie Krebs, wodurch u. a. auch die durchschnittliche Lebenserwartung sinkt. Zugleich führen die Luftbelastungen zu erhöhten Ausgaben für das Gesundheitswesen sowie weiteren wirtschaftlichen Folgekosten, z. B. durch krankheitsbedingt verlorene Arbeitszeit. In der EU betragen diese Kosten laut der Health and Environment Alliance jährlich zwischen 15,5 und 42,8 Mrd. Euro. Die höchsten Folgekosten wiesen polnische Kohlekraftwerke auf, gefolgt von Kraftwerken in Rumänien und Deutschland.[12] Aufgrund der Emissionen von Feinstaub, Cadmium, Quecksilber und anderen Giftstoffen aus deutschen Kohlekraftwerken sterben statistisch gesehen jährlich über 3100 Menschen, so das Ergebnis einer von der Universität Stuttgart im Auftrag von Greenpeace erarbeiteten Studie. [13]

Der BUND beziffert den Schadstoffausstoß des im Bau befindlichen Steinkohlekraftwerkes Moorburg bei Volllast mit je 7850 Tonnen Schwefeldioxid und Stickoxiden sowie 785 Tonnen Feinstaub pro Jahr. Daneben werden bis zu 3,2 Tonnen Blei, 1,2 Tonnen Quecksilber, 1,0 Tonnen Arsen, 0,6 Tonnen Cadmium und 0,6 Tonnen Nickel in die Atmosphäre abgegeben.[14]

Die Schadstoffemissionen aller großen Kohlekraftwerke sind im Europäischen Schadstoffemissionsregister (PRTR) veröffentlicht. Das PRTR 2010 nennt u. a. folgende Emissionen der neun größten Braunkohlekraftwerke und vierzehn größten Steinkohlekraftwerke (Emissionen unterhalb der berichtspflichtigen Mengenschwelle sind mit "<" eingetragen):

Kohlendioxid und Luftschadstoffe der neun größten Braunkohlekraftwerke in Deutschland (PRTR 2010)[15]
Kraftwerk CO2 (Tonnen) NOx/NO2 (Tonnen) SOx/SO2 (Tonnen) Feinstaub (Tonnen) Hg (kg) Cd (kg) Ni (kg) Pb (kg) As (kg) Cr (kg)
Niederaußem 28.100.000 17.900 6.870 386 499 <10 <50 <200 49,9 <100
Jänschwalde* 23.800.000 18.700 21.400 573 592 <10 308 <200 129 <100
Weisweiler 19.900.000 12.700 3.060 456 271 <10 103 <200 67 <100
Neurath 16.900.000 11.700 3.190 251 181 <10 <50 <200 42,2 <100
Boxberg 15.100.000 10.700 7.810 167 226 <10 152 236 <20 <100
Frimmersdorf 14.400.000 9.070 5.620 257 153 <10 <50 <200 35,7 <100
Lippendorf** 12.500.000 8.570 13.800 108 1.160 68 1.960 789 21 466
Schwarze Pumpe 11.200.000 4.610 7.060 <100 243 62,9 <50 369 35,8 224
Schkopau 5.120.000 3.320 4.770 74,6 227 129 <50 <200 <20 <100
Summe ohne "<" 147.020.000 97.270 73.580 2.273 3.552 260 2.523 1.394 381 690
DE Gesamt 2009[16] 801.257.000 1.318.438 434.653 187.033 8.881 4.725 107.039 174.261 5.828 50.031
Anteil an Gesamt 18 % 7,4 % 17 % 1,2 % 40 % 5,5 % 2,4 % 0,8 % 6,5 % 1,4 %
* mit Ersatzbrennstoff-Abfallverbrennung ** mit Klärschlamm-Abfallverbrennung
Kohlendioxid und Luftschadstoffe der vierzehn größten Steinkohlekraftwerke in Deutschland (PRTR 2010)[15]
Kraftwerk CO2 (Tonnen) NOx/NO2 (Tonnen) SOx/SO2 (Tonnen) Feinstaub (Tonnen) Hg (kg) Cd (kg) Ni (kg) Pb (kg) As (kg) Cr (kg)
Scholven 9.390.000 7.090 4.330 244 135 31 86 <200 51 <100
Mannheim 6.510.000 3.550 1.490 148 146 <10 <50 <200 68 <100
Voerde 6.240.000 4.700 2.840 <100 38,3 <10 <50 <200 <20 <100
Staudinger* 4.480.000 2.770 665 69,9 45,6 19,1 131 <200 113 192
Heyden 3.870.000 2.920 1.380 86,7 28,4 <10 <50 <200 <20 <100
Heilbronn 3.240.000 2.160 1.660 <100 34 <10 <50 <200 <20 <100
Werne* 3.140.000 1.900 1.170 <100 11,5 <10 <50 <200 <20 <100
Wilhelmshaven 3.100.000 2.040 1.390 136 29,9 11,7 <50 <200 <20 <100
Bergkamen 3.020.000 2.100 2.040 <100 18,1 <10 <50 <200 <20 <100
Herne 2.480.000 1.790 1.340 <100 30,3 <10 <50 <200 <20 <100
Altbach** 2.220.000 1.350 906 <100 30 <10 <50 <200 <20 <100
Karlsruhe* 2.170.000 1.140 1.080 <100 19 <10 <50 <200 <20 <100
Veltheim** 1.740.000 1.290 400 52,6 10,1 22,4 <50 <200 156 <100
Bexbach 1.300.000 910 746 <100 <10 <10 <50 <200 <20 <100
Summe ohne "<" 52.900.000 35.710 21.437 737 576 84 217 0 388 192
DE Gesamt 2009[16] 801.257.000 1.318.438 434.653 187.033 8.881 4.725 107.039 174.261 5.828 50.031
Anteil an Gesamt 6,6 % 2,7 % 4,9 % 0,4 % 6,5 % 1,8 % 0,2 % 0,0 % 6,7 % 0,4 %
* mit Erdgasanteil, ** mit Öl- und Erdgasanteil

Erwärmung von Flüssen [Bearbeiten]

Kohlekraftwerke müssen, wie alle Wärmekraftwerke, eine große Menge Abwärme an die Umgebung abgeben. Wenn die Kühlung nicht über einen Kühlturm sondern durch Direktkühlung mit Flusswasser erfolgt, dann führt die Abwärmeeinleitung zu einer Erwärmung des Gewässers. Von Umweltschutzorganisationen wird dabei befürchtet, dass es durch den bei der Erwärmung sinkenden Sauerstoffgehalt der Flüsse zur Veränderung der Flussfauna bis hin zu einem Absterben derselben kommt.[17] Um dies zu verhindern, ist die maximale Erwärmung der Flüsse behördlich festgelegt. Wird die Grenztemperatur überschritten, muss die Kraftwerksleistung gedrosselt werden oder das Kraftwerk ganz vom Netz genommen werden.

Radioaktive Emissionen [Bearbeiten]

Kohle enthält fast immer auch Spuren der radioaktiven Elemente Uran, Thorium und Radium. Der Gehalt liegt je nach Lagerstätte zwischen wenigen ppm und 80 ppm.[18] Da weltweit etwa 7.800 Millionen Tonnen Kohle pro Jahr in Kohlekraftwerken verbrannt wird, schätzt man den Gesamtausstoß auf 10.000 Tonnen Uran und 25.000 t Thorium, der zum großen Teil in der Asche enthalten ist. Die Asche von europäischer Kohle enthält etwa 80–135 ppm Uran. Zwischen 1960 und 1970 wurde in den USA etwa 1100 Tonnen Uran aus Kohleasche gewonnen. 2007 beauftragte die chinesische National Nuclear Corp die kanadische Firma Sparton Resources, in Zusammenarbeit mit dem Beijing No.5 Testing Institute Versuche durchzuführen, Uran aus der Asche des Kohlekraftwerks Xiaolongtang in der Provinz Yunnan zu gewinnen.[19] Der Urangehalt der Asche liegt mit durchschnittlich 210 ppm Uran (0,021 %U) über dem Urangehalt mancher Uranerze.

Brennstoffversorgung [Bearbeiten]

Mountaintop removal mining in West Virginia, USA
Tagebau Hambach

Während Steinkohle untertägig und im Tagebau gefördert wird, erfolgt der Abbau von Braunkohle üblicherweise im Tagebau. Bei der Förderung kommt es zum Teil zu gravierenden Eingriffen in die Kulturlandschaft sowie zu massiven ökologischen Problemen. So kann der im Untertagebau betriebene Steinkohlebergbau große Bergschäden auslösen. Hierzu zählen beispielsweise Schäden an Gebäuden und sonstiger Infrastruktur durch Bodensenkungen sowie Veränderungen in der Hydrologie, deren Ausgleich sogenannte Ewigkeitskosten nach sich zieht. Diese betragen laut einem Gutachten der Wirtschaftsprüfungsgesellschaft KPMG im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums alleine für den deutschen Steinkohlebergbau mindestens 12,5 bis 13,1 Milliarden Euro, wovon 5 Milliarden Euro nur auf die Grubenwasserhaltung entfallen.[20]

Wo Steinkohle relativ nahe an der Oberfläche ansteht, kann Steinkohle auch im Tagebau abgebaut werden. Ein Beispiel hierfür ist die Mine El Cerrejón in Kolumbien, mit einer Fläche von 690 km² eine der größten Steinkohleminen der Welt. In den USA setzt man dagegen auf das Mountaintop removal mining, bei dem zunächst Bergkuppen abgetragen werden und die Steinkohle anschließend im Tagebau gewonnen wird. Dafür wurden in den Appalachen auf einer Fläche von 5.700 km² etwa 500 Bergkuppen abgetragen.[21]

Da Rohbraunkohle durch den hohen Wassergehalt ein eher regionaler Energieträger ist kann relativ einfach eine Energiebilanz von Rohstoffförderung und Energieerzeugung aufgestellt werden. Im Rheinischen Braunkohlerevier müssen für den Tagebaubetrieb (Schaufelradbagger, Bandförderanlagen, elektrische Güterbahnen, Absetzer, Grundwasserhaltung) z. B. 530 Megawatt [22] elektrischer Leistung vorgehalten werden. Das sind ca. 5% der installierten elektrischen Leistung des im Rheinischen Braunkohlerevier vorhandenen Kraftwerkparks. Das Lausitzer Braunkohlerevier hat in seinen Tagebauen im Jahr 2012 ca. 2,5% des im Revier aus Braunkohle erzeugten Stroms für den Tagebaubetrieb verbraucht.[23] Setzen Kraftwerke andere Energieträger ein, z. B. Steinkohle oder Erdgas, ist die Bilanzierung auf Grund der verschiedenen Gewinnungs- und Aufbereitungsarten, Transportstufen und Entfernungen, die diese Energieträger durchlaufen, weitaus schwieriger.

Der Abbau von Braunkohle im Tagebau ist mit einem immensen Flächenverbrauch verbunden (siehe auch: Liste deutscher Braunkohletagebaue). So wurden z. B. alleine im Rheinischen Braunkohlerevier bis ins Jahr 2006 296 Quadratkilometer Fläche abgebaggert.[24] Insgesamt beträgt der Flächenverbrauch aller deutschen Braunkohletagebauten ca. 2400 km²[25], was rund der vierfachen Fläche des Bodensees bzw. nahezu der Fläche des Saarlandes enspricht. Damit einher gingen und gehen großflächige Umsiedlungen für die Bevölkerung (siehe auch: Liste abgebaggerter Ortschaften). Nach Schätzungen des BUND-NRW werden alleine im Zeitraum 1950-2045 45.000 Menschen im Rheinischen Braunkohlerevier umgesiedelt werden, falls die bisher genehmigten Tagebaue vollständig ausgekohlt werden.[26] Unter anderem aufgrund der sozialen Komponenten, die mit einer Umsiedlung einhergehen, z. B. dem Auseinanderreißen von Ortsgemeinschaften, dem Verlust der Heimat usw., stoßen Braunkohletagebaue innerhalb der Bevölkerung auf starke Kritik[27][28], was sich u. a. in der Gründung von Bürgerinitiativen gegen die Neuausweisung von Braunkohletagebauen äußert.[29] Überdies wird von Kritikern moniert, dass Braunkohletagebaue massiv in die Umwelt eingriffen, dem Tourismus sowie der Naherholungsfunktion der Landschaft schadeten sowie zu großen Wertverlusten an Gebäuden und Grundstücken führten.[30] Auch seien Anwohner einer großen Staubbelastung ausgesetzt, die sich in gesundheitlichen Problem äußere.[31]

Finanzielle Folgekosten der Umweltverschmutzung [Bearbeiten]

Im November 2011 veröffentlichte die Europäische Umweltagentur eine Studie, in der die Kosten der industriell verursachten Umweltverschmutzung durch die im Europäischen Schadstoffemissionsregister (EPER) registrierten Industrieanlagen untersucht wurden. Dabei handelt es sich um Externe Kosten, die nicht durch den Verursacher, in diesem Fall die Industrie, getragen werden. In der Studie wurden die Kosten dieser Umweltverschmutzung EU-weit auf mindestens 102 bis 169 Mrd. Euro für das Jahr 2009 beziffert, wobei ein großer Teil der verursachten Kosten auf die Energiegewinnung durch Kohlekraftwerke (insbesondere Braunkohlekraftwerke) entfiel. Mit verursachten Kosten von 1,55 Mrd. Euro 2009 rangiert das polnische Braunkohlekraftwerk Bełchatów auf Platz 1 der Industrieanlagen mit den höchsten Folgekosten. Auf den ersten 10 Plätzen sind ausschließlich Kohlekraftwerke zu finden, darunter mit den Kraftwerken Jänschwalde (Platz 3 mit 1,23 Mrd. Euro), Niederaußem (Platz 4), Weisweiler (Platz 7), Neurath (Platz 8) und Frimmersdorf (Platz 9 mit 742 Mio. Euro) alleine fünf deutsche Braunkohlekraftwerke.[32][33][34]

CO2-Abscheidung [Bearbeiten]

→ Hauptartikel: CO2-Abscheidung und -Speicherung

Die technologische Weiterentwicklung der Kohlekraftwerke wird sich in den nächsten Jahrzehnten an ihrem Ausstoß von Kohlenstoffdioxid orientieren. Gegenwärtig beträgt der CO2-Ausstoß bei Steinkohleverstromung ca. 950 g/kWh und bei Braunkohleverstromung ca. 1150 g/kWh. Derzeit sind diverse Anlagen in der Versuchsphase, in denen eine Entfernung dieses Treibhausgases aus dem Rauchgas in der Erprobung ist. Drei Prinzipien der CO2-Abtrennung werden diskutiert:

  1. Pre Combustion: Abscheidung der kohlenstoffhaltigen Bestandteile des Brennstoffes vor der Verbrennung,
  2. Post Combustion: Abtrennung des Kohlenstoffdioxids aus dem Rauchgas nach der Verbrennung,
  3. Oxyfuel-Prozess: Verbrennung des Brennstoffes in reiner Sauerstoffatmosphäre und Verflüssigung des entstehenden Kohlenstoffdioxids.
Pilotanlage auf dem Gelände von Kraftwerk Schwarze Pumpe

Alle diese Verfahren beinhalten einen erheblichen Eigenbedarf innerhalb des Gesamtprozesses der Stromerzeugung. Modellrechnungen gehen von einem Wirkungsgradverlust von 10 bis 15 Prozentpunkten bei einem durchschnittlichen Kohlekraftwerk aus.

Die beim Prozess der CO2-Abtrennung gewonnenen Stoffe wie flüssiges Kohlenstoffdioxid oder der reine Kohlenstoff können an anderer Stelle verwendet werden. Geplant ist beispielsweise, das Kohlenstoffdioxid in der Erdölförderung zur Erhöhung der Lagerstättenausbeute in den Untergrund zu verpressen. Diese Lagerung von Kohlenstoffdioxid ist jedoch umstritten, da Katastrophen befürchtet werden, falls große Mengen Kohlenstoffdioxid plötzlich austreten (siehe auch: Nyos-See). Zudem werden auch eine Gefahr für das Grundwasser und eine verstärkte Erdbebentätigkeit in den betroffenen Gebieten befürchtet.

Seit September 2008 betreibt die Vattenfall Europe Technology Research GmbH eine erste Pilotanlage auf Basis des Oxyfuel-Prozesses. Sie ist auf dem Gelände des Kraftwerkes Schwarze Pumpe entstanden und hat eine Leistung von 30 Megawatt (thermisch).[35]

Kosten für Kohlekraftwerksneubauten [Bearbeiten]

In der folgenden Tabelle sind Daten zur Kostenstruktur eines Kraftwerkneubaus für Steinkohle aufgelistet. Hierbei ist zu beachten, dass sich die Kosten seit dem Jahr 2003 teilweise deutlich erhöht haben. Für den Kraftwerksneubau in Herne wurde beispielsweise ein spezifischer Anlagenpreis von 2133 Euro je Kilowatt installierter Leistung zugrunde gelegt.[36]

Kostenstruktur und weitere Kenndaten eines modernen Kohlekraftwerkes für Steinkohle (Stand 2003)[37]
Kostenkategorie Einheit Betrag
Installierte Bruttoleistung MW 600
Spezifischer Anlagenpreis €/kW (brutto) 798
Absoluter Anlagenpreis Mio. € 478,8
Elektrischer Eigenbedarf % der Bruttoleistung 7,4
Elektrischer Eigenbedarf MW 44,4
Instandhaltung %/Jahr 1,5
Bedienungspersonal Personen 70
Personalkosten je Beschäftigtem Euro/Jahr 70000
Hilfs- und Betriebsstoffe Euro/MWh 1,00
Brennstoffpreis 1) Euro/t SKE 106,01
Brennstoffkosten 1) Cent/kWh 3,3
Stromgestehungskosten 1) Cent/kWh ≈5,2 ohne CO2-Abgabe
1) Stand 2. Quartal 2008, ohne Steinkohlesubventionen

Eine von der WestLB finanzierte Studie von 2009 kommt zu dem Schluss, dass neue Kohlekraftwerke unter den neuen Bedingungen des Emissionshandels und des Ausbaus der Erneuerbaren Energien nur noch selten wirtschaftlich rentabel sind: „Unter den heutigen Rahmenbedingungen am deutschen Strommarkt rechnen sich Investitionen in fossile Großkraftwerke oft nicht mehr. ... Ein Ausbau der Erneuerbaren Energien hat eine Strompreis senkende Wirkung an der Strombörse. Dies führt zu einer Verschlechterung der Rendite von allen Kraftwerken, die sich am Strommarkt behaupten müssen. (…) Die vermehrte Investition der großen Stromversorger in Erneuerbare Energien ist (...) als wirtschaftlich richtiger Schritt zu werten.“[38]

„Kraftwerksprojekte fallen wie Dominosteine“, überschreibt das Handelsblatt einen Bericht über zahlreiche zurückgezogene Planungen neuer Kohlekraftwerke in Deutschland. Binnen 12 Monaten seien sieben Großprojekte abgesagt worden. Grund seien „immer wieder Proteste von Bürgern vor Ort“. Doch spielten auch wirtschaftliche Faktoren eine Rolle: „Angesichts des rasant wachsenden Anteils erneuerbarer Energien, deren Stromerzeugung stark schwankt, wird es immer schwieriger, ein Kohlekraftwerk über lange Zeiträume im Volllastbetrieb zu fahren. Das macht den Betrieb weniger wirtschaftlich“, konstatiert das Handelsblatt. Zudem lassen steigende Kosten für den Kraftwerksneubau, den Brennstoff Kohle und für Emissionszertifikate die Rentabilität neuer Kohlekraftwerke ebenso schrumpfen wie die Aussicht auf längere Laufzeiten der Atomkraftwerke.[39] Der dänische Energiekonzern DONG investiert deshalb am Standort Deutschland statt in Kohlemeiler künftig lieber in Gaskraftwerke, berichtet die Financial Times Deutschland. Sie seien als flexibler Ausgleich für schwankende Strommengen aus Wind und Sonne die beste Alternative und emittierten zudem wesentlich weniger Kohlendioxid als Kohlekraftwerke.[40]

Das Büro für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag warnt in einem Bericht für den Forschungsausschuss vor Investitionen in neue Kohlekraftwerke und bezeichnet diese als „stranded investment“. Neben dem ökonomischen Aspekt seien Kohlekraftwerke kontraproduktiv für den Klimaschutz und hinderlich für den weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien, da Kohlekraftwerke Schwankungen von Solar- und Windstrom auf Grund ihrer Trägheit kaum ausgleichen können.[41]

Siehe auch [Bearbeiten]

Literatur [Bearbeiten]

  •  STEAG Aktiengesellschaft Essen (Hrsg.): Strom aus Steinkohle. Stand der Kraftwerkstechnik. Springer-Verlag GmbH, Berlin 1988, ISBN 3-540-50134-7.
  • Ernst Riensche, Sebastian Schiebahn, Li Zhao, Detlef Stolten: Kohlendioxid-Abtrennung aus Kohlekraftwerken - Aus der Erde in die Erde. In: Physik in unserer Zeit 43(4), S. 190–197 (2012), ISSN 0031-9252

Weblinks [Bearbeiten]

 Commons: Kohlekraftwerke – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise [Bearbeiten]

  1. ↑ Stromerzeugung nach Energieträgern von 1990 bis 2012 (in TWh) Deutschland insgesamt. Internetseite der AG Energiebilanzen. Abgerufen am 18. Oktober 2012.
  2. ↑ H. D. Schilling: Wie haben sich die Wirkungsgrade der Kohlekraftwerke entwickelt und was ist künftig zu erwarten? (PDF; 56 kB), energiefakten.de, 20. Februar 2004
  3. ↑ energiespektrum: Effiziente Kohleverstromung, eingefügt 23.Februar 2012
  4. ↑ a b CO2-Emissionen der Stromerzeugung-Ein ganzheitlicher Vergleich verschiedener Techniken. (PDF; 1,7 MB) Fachzeitschrift BWK Bd. 59 (2007) Nr. 10, abgerufen am 16. Mai 2012
  5. ↑ Gas und Dampfturbinenkraftwerk Irsching bietet bisher unerreichte Effizienz. In: VDI Nachrichten, abgerufen am 10. Juni 2011.
  6. ↑ Kohlekraftwerke und CCS im Energiekonzept der Bundesregierung (PDF; 58 kB). Abgerufen am 17. Juni 2011.
  7. ↑ Keine neuen Kohlekraftwerke Abgerufen am 17. Juni
  8. ↑ Mogelpackung CO2 Speicherung (PDF; 1,6 MB). Abgerufen am 17. Juni 2011.
  9. ↑ Tagesschau (ARD): Deutsche Kraftwerke unter den schädlichsten der EU (Die ursprüngliche Seite ist nicht mehr abrufbar.) → Erläuterung, 9. Mai 2007
  10. ↑ WWF: Tatorte des Klimawandels, 10. Mai 2007
  11. ↑ Emissionsentwicklung 1990 - 2010, Schwermetalle Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen seit 1990, Umweltbundesamt (Excel-Tabelle), 2012
  12. ↑ The unpaid health bill. How coal power plants make us sick (PDF; 5,1 MB). Internetseite der Health and Environment Alliance. Abgerufen am 9. März 2013.
  13. ↑ Greenpeace: 3.100 Todesfälle durch Deutschlands schädlichste Kohlekraftwerke, 2013
  14. ↑ Hamburg Moorburg - Das Aus für den Klimaschutz? (PDF; 971 kB). Abgerufen am 17. Juni 2011.
  15. ↑ a b PRTR - Europäisches Emissionsregister
  16. ↑ a b Emissionsentwicklung 1990 - 2010, klassische Luftschadstoffe, Schwermetalle Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen seit 1990, Umweltbundesamt (Excel-Tabelle), 2012
  17. ↑ Kraftwerk Moorburg gefährdet die Elbe. Abgerufen am 17. Juni 2011.
  18. ↑ Naturally-Occurring Radioactive Materials
  19. ↑ Radioactivity in Coal Ash (World Nuclear Association)
  20. ↑ KPMG-Studie: Ewigkeitskosten der Kohle betragen 13 Milliarden Euro – Unwägbare Risiken für Trinkwasser, Pressemitteilung Wirtschaftswoche, 14. Dezember 2006, abgerufen am 20. Juni 2011
  21. ↑ Weg mit den Bergen. In: Die Zeit, 18. Oktober 2007. Abgerufen am 16. Mai 2012.
  22. ↑ RWE investiert in flexible Kraftwerke. In: Neuß-Grevenbroicher Zeitung, 11. Oktober 2012. Abgerufen am 11. Oktober 2012.
  23. ↑ Lausitzer Rundschau, Ausgabe Cottbus, 62. Jahrgang, Nr. 65, 18.03.2013, S. 3
  24. ↑ Braunkohle und Rekultivierung. Website des BUND Nordrhein-Westfalen. Abgerufen am 20. Juni 2011.
  25. ↑ Braunkohle im Visier der Umweltschützer. Goethe-Institut. Abgerufen am 9. Mai 2013.
  26. ↑ Umsiedlungen im Rheinland. Website des BUND Nordrhein-Westfalen. Abgerufen am 20. Juni 2011.
  27. ↑ Bürger protestieren gegen neuen Vattenfall-Tagebau Welzow II . In: Freie Presse, 14. April 2011. Abgerufen am 20. Juni 2011.
  28. ↑ Kritik an Vattenfall-Plan für Tagebau. In: Potsdamer Neueste Nachrichten, 18. Dezember 2008. Abgerufen am 20. Juni 2011.
  29. ↑ Links zu einigen braunkohlekritischen Organisation und Gruppen auf dem Weblog Braunkohleausstieg, abgerufen am 10. März 2012. Abgerufen am 20. Juni 2011.
  30. ↑ GRÜNE LIGA kritisiert Vattenfall-Tagebaue Cottbus-Nord und Jänschwalde. In: Niederlausitz aktuell, 6. Juni 2008. Abgerufen am 20. Juni 2011.
  31. ↑ Feinstaub: Mess-Stellen gefordert. In: NGZ-Online, 28. Mai. 2011. Abgerufen am 20. Juni 2011.
  32. ↑ Revealing the costs of air pollution from industrial facilities in Europe . European Environment Agency (EEA). Abgerufen am 29. November 2011.
  33. ↑ „Revealing the costs of air pollution from industrial facilities in Europe“ (Offenlegung der Kosten der Luftverschmutzung aus Industrieanlagen in Europa) — eine Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger. European Environment Agency (EEA). Abgerufen am 29. November 2011.
  34. ↑ ENERGIE: Teure Braunkohlekraftwerke. Jänschwalde ist der drittgrößte Luftverschmutzer Europas und verursachte 2009 einen Schaden von 1,23 Milliarden Euro. In: Märkische Allgemeine, 25. November 2011. Abgerufen am 29. November 2011.
  35. ↑ CCS – eine Technologie für den Klimaschutz. Website von Vattenfall. Abgerufen am 29. November 2011.
  36. ↑ Der Westen: Gericht weist Klage gegen Kraftwerk in Herne ab, 9. Dezember 2009
  37. ↑ VGB PowerTech e. V., Essen: Konzeptstudie Referenzkraftwerk Nordrhein-Westfalen, 19. November 2003
  38. ↑ Climate Mainstreaming: Deutsche Stromversorger - In der CO2-Falle? Ein neues Spiel hat begonnen
  39. ↑ Handelsblatt: Kraftwerksprojekte fallen wie Dominosteine, 7. Februar 2010
  40. ↑ Financial Times Deutschland: Dong stellt von Kohle auf Gas um, 11. Februar 2010
  41. ↑ TAB-Bericht „Regenerative Energieträger zur Sicherung der Grundlast in der Stromversorgung“, 2012
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