Innovationsbericht der EnBW 2005 Energiezukunft...schneller in erfolgreiche Innovationen umzusetzen....

Technik entwickelnEnergie sparenWissen managenTreibhausgase reduzierenEffizienz erhöhen

Energiewirtschaft umgestalten

EnergiezukunftInnovationsbericht der EnBW 2005

EnergiezukunftInnovationsbericht der EnBW 2005

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Prof. Dr. Utz ClaassenVorsitzender des Vorstands

Liebe Leserinnen und Leser,

die Frage, wie wir auch künftig für unsere Kunden Strom, Gas und Wärme ökonomisch und

ökologisch verantwortungsvoll bereitstellen, steht im Mittelpunkt unserer Überlegungen.

Um den optimalen Energiemix der Zukunft zu finden, braucht die gesamte Energiewirtschaft

Innovationen. Das betrifft technologische Neuerungen ebenso wie ökonomische und soziale

Innovationen, mit denen sich jedes Unternehmen an die veränderten Bedingungen anpassen

muss.

Gegenwärtig ist die Energieeffizienz das Gebot der Stunde: Einsparung von Energie, Verbesse-

rung der Methoden der Energieerzeugung – um Rohstoffe zu schonen, Treibhausgasemissionen

zu verringern und Kosten zu senken. Daran arbeitet die EnBW kontinuierlich.

Um bereit zu sein für den nächsten Schritt in die Zukunft, initiieren wir Pilotprojekte und

beteiligen uns an wichtigen Forschungsvorhaben. Traditionell gehört die EnBW zu den beweg-

lichsten, wettbewerbsfreundlichsten, innovativsten Unternehmen der Energiebranche in

Deutschland. Die EnBW ist ein Unternehmen mit einer starken Veränderungsbereitschaft und

einer großen Veränderungsgeschwindigkeit.

Im Jahre 2004 hat Bundeskanzler Gerhard Schröder die EnBW zum »Partner für Innovation«

für den Themenbereich Energie benannt. Das begreifen wir als Auszeichnung für die bisherigen

Leistungen, aber auch als Ansporn, um als Vordenker und Wegbereiter der Branche auf diesem

Wege weiterzugehen. Unter Führung der EnBW suchen die im »Impulskreis Energie« zusammen-

geschlossenen Firmen, Forschungseinrichtungen und Regierungsstellen nach den Innovationen

in der Energiebranche, die dem Land einen Schub geben und zugleich das Klima schonen.

Mit diesem Bericht legen wir selbst eine Innovation vor, denn er ist in seiner Machart einzigartig.

Zwar stellen wir, was üblich ist, die innovatorischen Leistungen unseres eigenen Unternehmens

vor. Doch – und das ist neu – wir stellen sie in den Rahmen der nationalen und internationalen

Diskussion um notwendige Neuerung der Energiewirtschaft und -technik. Auf diese Weise ist

ein »Reader« entstanden, ein Lesebuch, mit dem sich die Leserin und der Leser auf den neuesten

Stand der Technik bringen kann.

Dieser Bericht ist nicht nur für Fachleute geschrieben, sondern für alle, die sich für den Fortschritt

im Bereich der Energie interessieren. Für private Haushalte ebenso wie für Schulklassen oder

Jugendgruppen. Teilhabe an Wissen liegt im Interesse der EnBW – auch das ist innovatives Denken.

Wir wünschen diesem Bericht eine weite Verbreitung und Ihnen einen Zugewinn an Wissen.

Ihr

Prof. Dr. Utz Claassen

Vorsitzender des Vorstands

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6.

5.

4.

Inhalt

1.2.

3.

Innovationen und Impulse für Deutschland EnBW: Neues denken

Energie sparen Energieeinsparverordnung und Energiebedarfsausweis

Energiesparend bauen und wohnen

Neuentwicklungen

Energetische Altbausanierung

EnBW: Pilotprojekt energieeffiziente Sanierung von Schulgebäuden in Baden-Württemberg

EnBW: Eine Wärmepumpe, die im Sommer kühlt

Wissen managen Wissen teilen – Energie sparen

EnBW: Nummer eins beim Wissensmanagement

Kraftwerke verbessernEffizienz erhöhen

EnBW: Modernste Kraftwerkstechnologie im laufenden Betrieb

EnBW: Forschung und Projekte

Neue Kombinationsprozesse

Kernspaltung und Kernfusion

Kohlendioxid entfernen Abtrennung des Kohlendioxids

Was geschieht mit dem CO2?

Neue Technologien dezentral nutzen Vielfältiges Angebot: Mikrogasturbinen, Stirling-Motoren und Brennstoffzellen

EnBW: Mikrogasturbinen und Stirling-Motoren im Test

EnBW: Pilotprojekte mit der Brennstoffzelle

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11.

Erneuerbare Energien fördern Sonne: Fotovoltaik und Solarthermie

EnBW: Sonne im Netz Solare Nahwärme, Konzentrierte Solarthermie, Aufwindkraftwerke und Dish-Stirling-Systeme

Wasser

EnBW: Wasserkraft am Rhein

Erdwärme: Untiefe und Tiefe Geothermie

Wind: On- und Offshore-Windkraftanlagen

Biomasse und nachwachsende Rohstoffe

EnBW: Biomasseheizkraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung für eine ökonomisch und ökologisch effiziente Energieerzeugung

Energiewirtschaft verwandeln EnBW: Vordenker und Wegbereiter der deutschen Energiewirtschaft

EnBW: Erhöhung der Investitionseffizienz

EnBW: Corporate Social Responsibility

Sterben Großkraftwerke aus? Dezentral gesteuerte Organisationsformen, Marktplatz für dezentrale Energie

EnBW: Pilotprojekt für sich selbst steuernde Stromnetze der Zukunft

EnBW: Pilotversuch Wärme-Contracting

Forschung und Projekte

Mit Geduld und Wasserstoff in die Zukunft Wasserstoff produzieren, erzeugen lassen, speichern

EnBW: Wasserstofftankstelle in Stuttgart

Forschung und Projekte

EnBW: Energiestädte der ZukunftEnBW: Ein starker Impuls für kompetente Partner

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>> Kurzfristig >> Mittelfristig (2005 – 2010) >> Langfristig (2010+)

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Satellitenaufnahme: Deutschland, Berlin

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1.Innovationen und Impulse für Deutschland

Der Bundeskanzler hat im Jahr 2004 die EnBW zum »Partner für Innovation« für den BereichEnergie ernannt. Seitdem arbeitet die EnBW mit viel Einsatz und Ehrgeiz in dieser wohl umfassendsten Fortschrittsinitiative in der Geschichte der Bundesrepublik. Der EnBW gehtes dabei nicht in erster Linie um die Interessen des eigenen Unternehmens, sondern um dieIdentifizierung und Hebung von Innovationspotenzialen im Energiesektor insgesamt. Die»Partner für Innovation« wollen konkrete Antworten auf konkrete Fragen erarbeiten: Welchessind die vielversprechenden Zukunftsprojekte? Wo müssen sich Wirtschaft und Wissenschaftstärker vernetzen? Wo muss der Staat die Rahmenbedingungen weiter verbessern? Wobraucht Deutschland mehr Investitionen der Unternehmen? Was muss Deutschland tun, umseine Position im internationalen Wettbewerb auszubauen?


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Impulse initiieren

Die »Partner für Innovation« sollen eine neue Innovationskul-

tur für Deutschland anstoßen, um gute Ideen in Zukunft

schneller in erfolgreiche Innovationen umzusetzen. Im Auf-

trag der Bundesregierung konzipierte die Fraunhofer-Gesell-

schaft eine methodische Basis für die Arbeit der Initiative. Das

moderne Arbeitsmodell setzt auf interdisziplinäre Kooperation.

Netzwerke von Regierung, Industrie und Wissenschaft sollen

die bestmögliche Zusammenarbeit erreichen. Das Innovations-

büro koordiniert die Weiterentwicklung und Umsetzung der

Initiative.

Das Rückgrat der Initiative bilden die 13 Fachgruppen: In den

so genannten Impuls- und Arbeitskreisen bearbeiten die Partner

mit jeweils zehn bis 15 weiteren Unternehmen und Institutionen

die einzelnen Innovationsfelder. Sie erarbeiten in Themen-

feldern wie »vernetzte Welten«, »Gesundheit«, »Mobilität und

Logistik« oder »Energie« Pionieraktivitäten und Handlungs-

empfehlungen, mit denen sie beispielhafte Innovationen

fördern wollen. Über 200 namhafte Unternehmen, Verbände,

Institutionen bündeln so ihre Innovationskraft, um Deutsch-

lands Potenziale weiter auszuschöpfen.

Dabei versteht die Initiative ihre Arbeit im Zusammenhang

und in Ergänzung mit existierenden Programmen und Maß-

nahmen zur Innovationsförderung. Auf Basis der Ergebnisse

aus den Impuls- und Arbeitskreisen werden die Partner 2005

eine Innovationsagenda verabschieden. Sie beinhaltet konkrete

Ideen und Handlungsempfehlungen für Wirtschaft, Politik,

Wissenschaft und Gesellschaft, wie das Innovationspotenzial

in Deutschland künftig besser ausgeschöpft werden kann.

Impulskreis Energie

Der Impulskreis Energie ist bei der EnBW angesiedelt: Bundes-

kanzler Gerhard Schröder übertrug dem EnBW-Vorsitzenden

Prof. Dr. Utz Claassen die Innovationspartnerschaft für den

Themenbereich Energie. Jürgen Hogrefe leitet den Impulskreis

als Generalbevollmächtigter der EnBW. Als innovationsfreudi-

ges Unternehmen, das sich die Ausschöpfung seiner Innova-

tionspotenziale auf allen Ebenen zum Ziel gesetzt hat, hat die

EnBW außerdem einen internen Arbeitskreis Innovation ins

Leben gerufen, um Synergien zwischen Impulskreis und dem

Unternehmen zu nutzen und auszubauen.

Technologische Einzelinnovationen allein werden dabei

nicht in der Lage sein, unsere Energieprobleme zu lösen. Die

wirtschaftliche und strukturelle Entwicklung unserer Energie-

wirtschaft – und damit die Wettbewerbsfähigkeit unserer

Volkswirtschaft – hängen nicht nur von der Innovation der

Technologien und Produkte, sondern auch von der Innovation

der Prozesse und Strukturen ab.

Wie sollen wir den auszutauschenden Kraftwerkspark

und die Leistung unserer Atomkraftwerke ersetzen? Welches

Angebot machen wir für den prognostizierten Energiebedarf

der Wachstumsmärkte? Der Impulskreis Energie hat sich der

Beantwortung dieser und anderer Fragen angenommen,

die in den Augen der Experten mit dazu beitragen können, die

notwendigen Innovationsschübe zu initiieren, auf die die deut-

sche Energiewirtschaft angewiesen ist. Der Impulskreis Energie

hat knapp zwei Dutzend Pilotprojekte entwickelt und disku-

tiert. Hier stellen wir vier davon vor. <<

Innovationsstärke ist der Schlüssel

zu hoher Wettbewerbsfähigkeit.

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Fazit:EnyCity – Kompetenzen auf hohem Niveau vernetzen

Jeder Vorsprung in der Energieeffizienz bedeutet einen Wettbewerbs-vorteil für Deutschland, nicht nur innerhalb unseres Landes: UnsereEnergiekonzepte sollen darüber hinaus international wettbewerbsfähigsein und weltweit exportiert werden. Solch internationale Ausstrahlungs-kraft kann unser Projekt »EnyCity« entwickeln: Mit dieser »Energiestadtder Zukunft« demonstrieren wir intelligente ganzheitliche Stadtver-sorgungskonzepte, in denen unser technologisches und prozesstechni-sches Know-how im Energiesektor steckt.

Dazu allerdings bedarf es einer ganz neuen Dimension kreativer undkooperativer Zusammenarbeit. Das Projekt baut auf vorhandenem Know-how und auf der Innovationskompetenz der einzelnen Partner auf undmuss diese Fähigkeiten in einer komplexen Systemorganisation bündeln.Ein Konsortium aus Industriepartnern, Finanzpartnern und Wissen-schaftlern muss sich zu diesem Projekt verpflichten. Die Regierung unddie Kommunen sollen die politischen und rechtlichen Rahmenbedin-gungen schaffen.

Die EnBW ist damit auch hier Vordenker und Wegbereiter an der Schnitt-stelle von Ökonomie und Ökologie im Energiebereich. Mit der gebün-delten Kompetenz der Kraftwerksbauer und der Energielieferanten, derIngenieure und der Wissenschaftler zeigen wir das Potenzial auf, das»Smart Energy« aus Deutschland bieten kann. >> Kapitel 11: »EnBW: Energiestädte der Zukunft«


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Leuchtturmprojekt 1: Energieeffiziente SchuleVon den etwa 18.000 Schulhäusern inDeutschland müssen etwa 5.000 in dennächsten zehn Jahren saniert werden – der Impulskreis Energie schlägt unterFederführung der EnBW vor, diese Schulen energieeffizient zu sanieren, um Schülern und Eltern eine Vision derNiedrigenergiegebäude der Zukunft zuvermitteln. Der Energieverbrauch der öffentlichen Gebäude soll um etwa 20 %gesenkt werden.

Das Schulhaus als Science-Centre unddie Schule als Life-Science-Centre sollendurch die direkte Anschauung ein Vorbildfür energiesparendes Bauen werden. Dazu wird eine Informations- und Kom-munikationsplattform für Kommunen,Lehrer, Schüler und Eltern aufgebaut.Die EnBW hat beschlossen, die Sanierungvon drei Schulen in Baden-Württembergfinanziell zu fördern. >> Kapitel 2: »Energie sparen«

Leuchtturmprojekt 2: Preissignal an der SteckdoseSpülmaschine oder Wäschetrocknerschalten sich durch ein Signal von derSteckdose erst dann ein, wenn der Strombesonders günstig ist. Eine Anlage zurdezentralen Stromerzeugung speist Stromin dem Moment ein, wenn dieser geradeknapp ist und so besonders teuer ver-kauft werden kann – vom Projekt »Preis-signal an der Steckdose« profitierenStromverbraucher und -erzeuger gleicher-maßen. Durch neueste Zählertechnologiensowie Informations- und Kommunika-tionstechniken soll es in Zukunft möglichsein, Angebot und Nachfrage durch Preis-anreize gesamtwirtschaftlich optimalaufeinander abzustimmen. Für 2006 ist einerstes Pilotvorhaben in einem Testmarktin Baden-Württemberg geplant.>> Kapitel 9: »Sterben Großkraftwerke aus?«

Energieeffiziente Schule Transformatorenanlage

EnBW: Neues denken

Büro Wirtschaft, Politik und Gesellschaft:Stephanie Schäfer, Konrad Bauer, Bianca Lange, Mirko Krück, Manfred-Volker Haberzettel, Dr. Dietrich Birk, Constanze Winter, Jürgen Hogrefe, Katharina Wawera-Adam, Markus Fettig, Catja Christina Nädele, Katharina Schnabel, Almut Stollberg (von links nach rechts)

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Leuchtturmprojekt 4: Solare Nahwärme In der Bundesrepublik gibt es bereitsüber sechs Millionen Quadratmeter Solar-kollektorenfläche, Deutschland ist welt-weit führend bei der Entwicklung innova-tiver Techniken für die Gewinnung solarerNahwärme. Das Projekt »Hirtenwiesen«bei Crailsheim in Baden-Württembergwurde als eines der vier »Leuchtturm-projekte« ausgewählt, da hier mit einemneu entwickelten saisonalen Wärmespei-cher solar erzeugte Nahwärme unabhän-gig von Sonnenstunden oder Jahreszeitennutzbar gemacht werden soll.Kapitel 7: »Erneuerbare Energien fördern«

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Leuchtturmprojekt 3: Energietische – lernende NetzwerkeIn vielen kleinen und mittleren Unter-nehmen wird dem effizienten Energie-management nur eine untergeordneteRolle zugewiesen – oft fehlen die Kapazi-täten, um den Energieverbrauch zu kontrollieren und sich über Neuerungenzu informieren. Rentable Potenziale zurEffizienzsteigerung sind aber durchausvorhanden, die »Energietische« sollen helfen, diese auch zu erschließen: fach-kundig angeleitete lernende lokale Netz-werke für kleine und mittlere Unterneh-men, in denen vorbildliche Verfahren vermittelt werden, die zur rationellerenNutzung von Energie führen. Die »Energie-tische« reduzieren zum einen die »Lern-kosten« für die Know-how-Vermittlung.Zum anderen können die Unternehmen ihre Energiekosten um etwa zehn Prozentsenken, prognostizieren die Fachleute.Notwendig ist die Überbrückung der »dreiWelten« (Kommune, Industrie, Privat-haushalte). Bei einem solchen Netzwerk,das sich über Energietechniken und effi-ziente Lösungen austauscht, werden dieTransaktionskosten von energietechni-schen Investitionen erheblich gesenkt undeine schnellere Verbreitung neuer Energie-techniken wird erreicht.Kapitel 3: »Wissen managen«

Wärmespeicher für solar erzeugte Nahwärme in Friedrichshafen

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Satellitenaufnahme: Ecuador, Quito

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2.Energie sparen

In Deutschland wird etwa ein Drittel des Primärenergieverbrauchs zum Heizen verbraucht. Ältere, zentral beheizte Gebäude verbrauchen sogar mehr als 300 kWh Heizenergie pro Quadratmeter und Jahr. Bauweise und Energiemanagement unserer Gebäude bieten ein ge-waltiges Potenzial, die Ursachen für den größten privaten Endenergieverbrauch zu beseitigen,vor allem bei der Sanierung von älteren Gebäuden.

Gebäude-Energieklassen Laut Energieeinsparverordnung müssen Neubauten in Zu-

kunft zumindest dem Standard des »Niedrigenergiehauses«

entsprechen. Aber dieser Richtwert wird bei Neubauten häufig

schon übertroffen. Die Tabelle zeigt unterschiedliche Energie-

klassen nach ihrem jährlichen Heizwärmebedarf in Kilowatt-

stunden pro Quadratmeter und Jahr [kWh/(m2a)]. Je besser der

Standard, desto niedriger der Energiebedarf. 10 kWh Energie

kommen ungefähr einem Verbrauch von einem Liter Heizöl

oder einem Kubikmeter Erdgas gleich.

Energiesparend bauen und wohnen

Bei der Planung und dem Bau eines energieeffizienten Hauses

werden vor allem drei Ziele verfolgt: Bau- und Anlagentechnik

sollen Wärmeverluste minimieren, zweitens soll eine möglichst

effiziente Technik zur Wärmeerzeugung eingesetzt werden und

drittens sollen erneuerbare Energien bevorzugt genutzt werden.

Bauweise Je kleiner das Verhältnis von der Oberfläche zu beheiztem

Volumen ist, desto kompakter und damit sparsamer ist das

Haus. Bei Neubauten spielt die geografische Ausrichtung

für eine maximale solare Wärmegewinnung eine große

Rolle, Öffnungen in der Nordfassade sollten möglichst vermie-

den werden. Die Dämmung der Außenwände ist das wirksamste

Mittel zum Energiesparen – sofern die Kältebrücken an

Fenstern und Balkonen vermieden werden. Darf jedoch die

Fassade eines Gebäudes zum Beispiel aus Denkmalschutz-

gründen nicht verändert werden oder soll ein Keller ausge-

baut werden, kann auch eine Innendämmung angebracht

werden. Das Institut für Bauklimatik der TU Dresden hat die

Wirksamkeit einer kapillaraktiven Innendämmung für die

Regulierung der Feuchte der Außenwand erprobt. Durch Kapil-

larrohrmatten kann die Temperatur der Heiz- und Kühlflächen


Energieeinsparverordnung und Energiebedarfsausweis

Mit der Energieeinsparverordnung vom 01.02.2002 (EnEV)

und ihrer Ergänzung vom November 2004 wurde eine öffent-

lich-rechtliche Vorgabe für den Energieverbrauch von Gebäu-

den festgelegt. Die Verordnung zielt in erster Linie auf die

Verringerung der klimaschädlichen CO2-Emissionen, daher

wird der jährliche Primärenergiebedarf insgesamt betrachtet.

Bewertet wird der Energieaufwand für Heizungs-, Warm-

wasser- und Lüftungsanlagen, zusätzlich muss ein Grenzwert

für den spezifischen Transmissionswärmeverlust der Gebäude-

hülle eingehalten werden. Daraus leiten sich spezifische Vorga-

ben für die Bauausführung ab. Mit der Verordnung wird der

Energiebedarfsausweis eingeführt, der als Qualitätsnachweis

für Behörden, Hausbesitzer und Mieter dient. Dieser Ausweis

wird für alle Neubauten und auch für Bestandsbauten zur

Pflicht werden. www.enev.de

Feldversuch Energiepass Zur Vorbereitung der vom Bund geplanten gesetzlichen Rege-

lungen hat die Deutsche Energie-Agentur (dena) zusammen

mit Partnern in ganz Deutschland, darunter auch der EnBW als

einziges Energieversorgungsunternehmen, einen Feldversuch

zur Einführung eines Energiepasses durchgeführt. Ausgestellt

wurde der Pass von zertifizierten Gebäudeenergieberatern,

mit denen die EnBW über den baden-württembergischen

Handwerkstag auch hinsichtlich der Energieeinsparverord-

nung zusammenarbeitet. Mit dem freiwilligen Energiepass der

dena sollen Hausbesitzer und Mieter bequem den Energie-

bedarf von Häusern vergleichen können.

Der Pass zeigt den Primärenergieverbrauch des Gebäudes an

und weist auf Einsparpotenziale hin. Ergebnisse der Aus-

wertung werden voraussichtlich im Frühjahr 2005 vorliegen.

Erste Zwischenresultate zeigen eine sehr gute Akzeptanz des

Energiepasses: 80 % der Selbstnutzer und privaten Vermieter

würden den Pass empfehlen. Die detaillierten Erkenntnisse

aus dem Feldversuch sollen der Bundesregierung zur Umsetz-

ung der EU-Gebäuderichtlinie dienen. www.gebaeudeenergiepass.de

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Laut Energieeinsparverordnung sollen

Neubauten in Zukunft zumindest dem

Standard des »Niedrigenergiehauses«

entsprechen.

Energieklasse Heizwärmebedarf in Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr [kWh/(m2a)]

Bestandsgebäude 80 – 300 kWh/(m2a), je nach Wärmedämmung

Niedrigenergiehaus bis 75 kWh/(m2a)

3-Liter-Haus etwa 30 kWh/(m2a)

Passivhaus bis 15 kWh/(m2a) insgesamt

Nullheizenergiehaus 0 kWh/(m2a); Verbrauch Elektrizität unter 20 kWh/(m2a)

Nullenergiehaus Energieausgleich (Elektrizität, Gas, Öl …) in der Jahresbilanz

Plusenergiehaus Im Gebäude wird mehr Energie erzeugt als verbraucht

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Wärmepumpe

Erwärmte Außenluft

Wärme ausGrundwasserErdwärme

Wasserspeicher

Wärmepumpe

WärmepumpeFür das energieeffiziente Bauen und Sanieren spielt die

Wärmepumpe eine entscheidende Rolle. Das bekannte Konzept,

mit dem man die in der Erde und im Grundwasser vorhandene

Wärme auf eine höhere Temperatur »pumpt«, wird heute für

energieeffiziente Gebäude in Kombination mit den neuen

Lüftungsanlagen realisiert. Etwa ein Viertel der Energie muss

dabei als Strom für den Antrieb zugeführt werden.

Beispiele für Neuentwicklungen

Latentwärmespeicher im Wohnungsbau nutzenDurch die Wärmestrahlung der Sonne bildet sich in einer

Hauswand nicht nur an wolkenlosen Tagen eine Wärmewelle

aus. Damit diese Wärme auch abends im Hausinneren zur

Verfügung steht, muss sie gespeichert werden. Möglich wird

das durch latente Wärmespeicher. Spezielle Moleküle in

Mikrokapseln können die Sonnenenergie für die Phasenum-

wandlung von fest nach flüssig verwenden. Beim umgekehrten

Prozess, der Umwandlung von flüssig nach fest, wird diese

Wärme wieder frei.

Typische Latentwärmespeicher sind Paraffine oder Salz-

hydrate, diese Substanzen können in Kunststoffe eingekapselt

werden, allerdings erhöhen sie die Brandgefahr und sind

schlecht mit Putz zu kombinieren. Zum Beispiel hat das Insti-

tut für Reine und Angewandte Chemie der Universität Olden-

burg Mikrokapseln entwickelt, die sich problemlos mit Putz

verarbeiten lassen und BASF bietet einen Putz mit mikrover-

kapselten Wachskügelchen an.

http://fb9-tc2.chemie.uni-oldenburg.de und www.basf.com

Ein Teil der auftreffenden Sonnenenergie wird durch die

Phasenumwandlung gespeichert. Wenn die Außentempera-

turen fallen, wird dieser Prozess umgekehrt und die Latent-

wärme wird freigesetzt. >>

nahe der Raumtemperatur reguliert werden. Dadurch werden

Verluste bei der Erzeugung, Speicherung und Verteilung

verringert. Außerdem kann die Abwärme zur Heizung genutzt

werden. Bei der Altbausanierung ermöglichen Kapillarrohr-

matten aufgrund ihrer geringen Bauhöhe die Installation von

Fußbodenheizungen oder können unauffällig als Wandheizun-

gen eingesetzt werden. www.enob.info

Luftdichte Gebäudehülle Eine weitgehend luftdichte Gebäudehülle erfüllt mehrere Funk-

tionen: Sie vermeidet Lüftungswärmeverluste an Undichtig-

keiten in der Gebäudehülle und verhindert außerdem Tauwasser

in der Konstruktion und kalte Fußböden im Erdgeschoss, noch

dazu ist sie schalldämmend. Wärmedämmung beruht auf dem

Einschluss von Luft in Hohlräumen des Dämmmaterials. Wenn

aber das Dämmmaterial undicht ist, verliert es seine Wirkung.

Geprüft wird die Luftdichtigkeit des Hauses durch den so

genannten Blower-Door-Test: Ein Ventilator erzeugt eine

Druckdifferenz und misst den resultierenden Luftvolumen-

strom, indem er den Unterschied zwischen Unterdruck und

Überdruck ermittelt. Alle vorhandenen Zwangsöffnungen wie

Kamin etc. müssen vorher luftdicht verschlossen werden.

Haustechnik Dazu gehören eine Lüftungsanlage mit hocheffizienter Wärme-

rückgewinnung und Luftvorkonditionierung mit Erdwärme-

tauscher. Mindestens 75 % der Wärme werden aus der Abluft

über einen Wärmeübertrager der Frischluft wieder zugeführt.

Bei einem Passivhaus gibt es sogar überhaupt keine separate

Heizung, die Zuluft wird über das Lüftungssystem erwärmt.

Solarkollektoren oder Wärmepumpen liefern die Energie für

die Warmwasserversorgung. Im Haushalt werden hocheffiziente

Stromspargeräte (Kühlschrank, Herd, Tiefkühltruhe, Lampen

und Waschmaschine) eingesetzt.


20

>> Simulationsrechnungen haben ergeben, dass bereits eine

vier Zentimeter starke Schicht mit Mikrokapseln ausrei-

chen würde, um etwa abends eine Temperaturerhöhung um

7 °C an der Innenwand zu erreichen.

Gegenüber der klassischen Wärmedämmung ist keine

Versiegelung der Wand notwendig. Sie bleibt auch durch-

lässig für Wasserdampf, was die Schimmelbildung im Wohn-

bereich unterdrückt. Die Hausfassade kann erhalten bleiben,

weil keine zusätzlichen Schichten aufgebracht werden müssen,

das ist auch vom Standpunkt des Denkmalschutzes interes-

sant. Das Institut ist an einem Referenzprojekt aus der Bau-

industrie interessiert, um diese Technik anzuwenden und

weiterzuentwickeln.

Vakuumgedämmte Isolationspaneele Werden bei der Isolation der Gebäude Vakuumelemente ein-

gesetzt, so kann damit die Fassadendicke deutlich verringert

werden. Diese noch sehr junge Technologie wird zurzeit noch

erprobt. In den ersten Versuchen hat sich gezeigt, dass die

Paneele für den Betrieb auf der Baustelle noch zu empfindlich

sind, da schon die kleinste Schramme das Vakuum beschädigt

und damit die Isolationseigenschaften zerstört. Daher ist

man zunächst dazu übergegangen, einzelne Fassadenteile fertig

produziert zur Baustelle zu bringen. Für die Raumausnutzung

würde sich der Aufwand lohnen: Bislang ist eine Wärmedäm-

mung für Niedrigenergie- oder Passivhäuser 15 bis 20 Zenti-

meter dick, die Dicke der Vakuumpaneele dagegen beträgt nur

etwa 40 Millimeter.

Bei einer Grundfläche von hundert Quadratmetern lassen

sich durch die dünneren Vakuumpaneele schon etwa sechs

Quadratmeter Wohnfläche dazugewinnen – und das bei jedem

Geschoss. www.bine.info

Selbsttätige Glas- und FenstertechnikFür Passivhäuser taugliche Fenster haben eine gleichmäßige

Oberflächentemperatur, die für behagliches Wohnen sorgt:

Dreifach-Wärmeschutzverglasung und spezielle Fensterrah-

men lassen mehr Sonnenwärme herein als Innenwärme nach

außen, eine geeignete Verschattung verhindert in wärmeren

Jahreszeiten die Überhitzung der Räume.

Spezielle Herausforderungen ergeben sich in Bürogebäuden

mit großflächigen Verglasungen. Hier entsteht an sonnigen

Tagen auch in der Heizperiode häufig ein Wärmeüberschuss.

Außerdem müssen die Arbeitsplätze blendfrei sein. Außen

liegende mechanische Sonnenschutzsysteme sind zwar sehr

wirksam, verändern aber stark die Arbeitsbedingungen, da sie

den Raum verdunkeln und optisch abschließen.

Eine neue Lösung sind hier schaltbare und regelbare Ver-

glasungen, die sich entweder aktiv, also auf Knopfdruck,

regeln lassen oder sich selbsttätig an- oder abschalten. Dage-

gen sind thermotrope Verglasungen (Eintrübung der Scheiben

bei Überschreiten einer Schwellentemperatur), elektrochrome

Verglasungen (Dunkelfärbung der Scheibe durch einen elektri-

schen Strom) oder gaschrome Verglasungen (Abdunklung

durch Kontakt mit einem Gas) in der Lage, großflächige Vergla-

sungen variabel zu regulieren – je nach Strahlungsintensität.

Zum Beispiel das Forschungszentrum Jülich und die Fraunhofer -

Institute für Angewandte Polymerforschung und für Solare

Energiesysteme entwickeln und testen die unterschiedlichen

Ansätze und Modelle. www.enob.info

Ein Pilotprojekt ist die Verglasung mit thermotropen Hydro-

gelscheiben in einem Oberlichtbereich an der Technischen

Universität München. Der selbstregelnde Überhitzungsschutz

für Fenster und Fassaden soll bei niedrigen Außentempera-

turen Sonnenlicht und damit Wärme durchlassen, bei höheren

Temperaturen aber reflektieren. www.bine.info

Größenvergleich: Vakuumgedämmtes Isolationspaneel (vorn) und Faserdämmstoff mit gleicher Dämmleistung

Angenehmes Raumklima durch

moderne Fenster und Fassaden, welche

die Räume vor Überhitzung im Som-

mer und vor Kälte im Winter schützen.

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Thermotrope VerbundscheibenObere Reihe: gesamte Fassade thermotrop belegt (1– 3)Mitte: äußere Elemente der Fensterfassade thermotrop belegtUnten: Verbundscheiben als auskragendes Element

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Energetische Altbausanierung

Verglichen mit dem Heizenergieverbrauch eines Gebäudes aus

den 60er Jahren kommt ein Neubau heute mit 25 bis 40 % der

Heizenergie aus. Aber auch bei bestehenden Gebäuden kann

der Verbrauch durch Sanierungs- und Modernisierungsmaß-

nahmen beim Wärmeschutz und durch neue Heiztechniken

auf etwa die Hälfte reduziert werden. Für die Sanierung beste-

hender Gebäude steht eine Vielzahl von Komponenten bereit,

die sich aus den Erkenntnissen für den Bau von Niedrigenergie-

häusern ableiten.

Auch bei Altbauten ist in erster Linie die Dämmung der

Gebäude relevant. Durch innovative Fassadensysteme, trans-

parente Wärmedämmung, hochwertige Verglasung und effi-

zienten Sonnenschutz kann zunächst der Austausch mit der

Außentemperatur begrenzt werden.

Mit Blockheizkraftwerken und Wärmepumpen wird dann

der Wärmebedarf entweder als Koppelprodukt aus der Strom-

erzeugung oder direkt aus der Erde gespeist. Die Konzepte der

Lüftungstechnik mit Wärmerückgewinnung wie bei Niedrig-

energie- oder Passivhäusern können je nach Umfang des

Umbaus auch in Altbauten angewendet werden. Durch Solar-

thermie kann das Wasser erwärmt werden und durch innovative

Regeltechnik, Tageslichtlenkung und stromsparende Beleuch-

tung wird der Stromverbrauch gesenkt.

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Vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit wird eine

Vielzahl von Maßnahmen zur Sanierung des Gebäudebestands

gefördert. www.ensan.enob.info und www.zukunft-haus.info

Die internationale Energie-Agentur (IEA) unterstützt mit

dem Forschungsprojekt »Retrofitting in Educational Buil-

dings« den weltweiten Erfahrungsaustausch und Wissenstrans-

fer bei der energieeffizienten Sanierung von Schulgebäuden.

Mit dem internationalen Projekt, das unter deutscher Leitung

durchgeführt wird, sollen nationale Arbeiten ergänzt werden.

www.annex36.de und www.ibp.fhg.de <<


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Mit intelligenter Sanierung zum energieeffizienten SchulgebäudeVon den etwa 18.000 Schulhäusern inDeutschland müssen etwa 5.000 in dennächsten zehn Jahren saniert werden – eine gute Gelegenheit, diese Schulen zuDemonstrationszwecken energieeffizientzu sanieren, um Schülern und Eltern eineVision der Niedrigenergiegebäude derZukunft zu vermitteln.

Der Impulskreis Energie hat daraus un-ter Federführung von Prof. Hauser, dem Direktor des Fraunhofer-Instituts fürBauphysik, ein bundesweites Projekt ent-wickelt, mit dem gezeigt werden soll,was technisch, aber auch wirtschaftlichin diesem Bereich zurzeit möglich ist.

3-Liter-Schulen senken den Heizenergie-bedarf in den Schulgebäuden auf ein Äqui-valent von drei Liter Heizölbedarf pro Jahrund Quadratmeter, was sehr effizientenEinfamilienhäusern entspricht und für sogroße und weitläufige Gebäude wie Schu-len eine echte Herausforderung darstellt.

Auch hier ist der Investitionsbedarf nichtzu unterschätzen. Ziel des Impulskreisesist es, mindestens eine 3-Liter-Schulepro Bundesland zu errichten. Best-Prac-tice-Schulen sollen über Contracting-modelle Energieeinsparungen von bis zu22 % wirtschaftlich realisieren und so das Thema Energieeffizienz populär machen.

Angedacht ist hier eine Beteiligung vielerEnergieversorger, um Schulsanierungenin möglichst allen Stadt- und Landkreisendurchzuführen. Die EnBW schreitet mitder energieeffizienten Schulsanierung inBaden-Württemberg voran.

An die verschiedenen Energieeffizienz-maßnahmen koppeln sich weitere Vorteile:So kann für die Schüler das eigene Schul-gebäude in den Lehrplan übernommenwerden: Das Schulhaus als Science-Centreund die Schule als Life-Science-Centrekönnen durch die direkte Anschauungdas Denken verändern.

Hans Lang Energieeffiziente Schulgebäude

EnBW: Pilotprojekt energieeffiziente Sanierung von Schulgebäuden in Baden-Württemberg

Durch dieses Vorbild können auch Privat-haushalte zum energiesparenden Bauenmotiviert werden: Wenn die Energiever-bräuche für öffentliche Gebäude bekanntgemacht werden, so fördert diese Trans-parenz auch die Akzeptanz für solche Maß-nahmen in der Bevölkerung.

Durch den Aufbau einer Plattform für Information und Kommunikation könnenKommunen, Lehrer, Schüler und Elternihre Erfahrungen weitertragen. Für klei-nere und mittlere Unternehmen in denRegionen entstehen Synergieeffekte beiEnergie- und Kosteneffizienz, einerseitsfür den energieeffizienten Bau der eige-nen Büro- und Produktionsgebäude, an-dererseits im Know-how-Aufbau durchdie Sanierung der Schulen in der eigenenRegion.

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Hotel Colosseo im Europa-Park

Hotel Colosseo im Europa-ParkBei der Planung der Energieversorgungdes »Erlebnishotels Colosseo« im Europa-Park in Rust bei Freiburg wurdeauf Anregung der EnBW eine Wärme-pumpe integriert, die die Energie desGrundwassers sowohl zum Heizen wieauch zum Kühlen nutzt. Die strombetrie-bene Wärmepumpe mit 400 kW thermi-scher Leistung versorgt das Hotel sowieseine Bade- und Saunalandschaft mitWarmwasser und übernimmt einen Teilder Gebäudeheizung. Die Wärmepumpeentzieht dabei dem zwölf Grad Celsiuskalten Grundwasser die Restwärme underhitzt das Wasser im Heizsystem auf 45 °C. Das Brunnenwasser wird dabei aufsechs Grad abgekühlt. Für Spitzen- undReservezwecke bei der Heizung steht eineErdgasheizung zur Verfügung. Die Wär-mepumpe kann jedoch in ihrer Funktionauch umgekehrt werden, so dass sie imSommer das Hotel klimatisiert. Bei diesemKühlbetrieb wird das Brunnenwasser auf17 °C erwärmt.www.europapark.de

Achim Geigle

EnBW: Eine Wärmepumpe, die im Sommer kühlt


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Fazit: In der Gebäudesanierung steckt ein enormes Energiesparpotenzial

Auch kleine Häuser können zusammen große Mengen Energie ein-sparen. Das Statistische Bundesamt zählt in Deutschland 15,7 Millio-nen Wohngebäude, etwa zwei Drittel davon wurden vor 1978 erbaut. Sie entsprechen nicht den heutigen Ansprüchen an Heizungssystemeund Wärmedämmung.

Um hier Einsparungen zu realisieren, müssen vor allem die Möglich-keiten der energieeffizienten Gebäudesanierung bekannt gemacht werden: Viele der Sanierungsmaßnahmen werden von lokalen Hand-werkern durchgeführt; daher ist vor allem die örtliche und regionaleDemonstration energieeffizienter Sanierungsmaßnahmen von großerBedeutung. Je bekannter die Technologien für Niedrigenergie- undPassivhäuser werden und je einfacher die Anwendung der einzelnenKomponenten künftig wird, umso schneller kann der Energieverbrauchin großem Maßstab gesenkt werden.

Bei Neubauten werden immer mehr Energiesparmaßnahmen ange-wandt: Bis 2010 wird jedes fünfte neu gebaute Haus ein Passiv-Hausund jedes dritte ein 3-Liter-Haus sein. Zu diesem Ergebnis kam eineUntersuchung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Zusammenarbeit mit dem Freiburger Büro für Solarmarketing undder Energieagentur Regio Freiburg GmbH. Vor allem wird die Technik derautomatischen Lüftungssysteme, Wärmetauscher und Wärmepumpenauch finanziell immer attraktiver.

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Infrarotaufnahme eines vakuumgedämmten Hauses (rechts) im Vergleich mit einem unge-dämmten Altbau

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Satellitenaufnahme: Ägypten, Kairo

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3.Wissen managen

Wissensmanagement spielt als Innovationsbeschleuniger eine entscheidende Rolle, denn Neuerungen, die nicht eingeführt und verwendet werden, bleiben erfolglos. Wissens-management mit Hilfe von Software zu automatisieren, hat sich bisher als mehr oder weniger wirkungslos erwiesen. Sinnvolle Lösungen stellen daher die Menschen in den Mittel-punkt, initiieren Lernprozesse und organisieren die Kommunikation gezielt entlang der Arbeitsabläufe.


Wissen teilen – Energie sparen

Das vorangegangene Kapitel zeigte unter anderem, dass gerade

bei Maßnahmen zum effizienten Umgang mit unserer Energie

das Teilen von Wissen eine große Rolle spielt. Innovationen im

Energiebereich betreffen daher nicht allein die ökonomischen

und technologischen Aspekte. Von ebenso großer Bedeutung

ist es, die Potenziale zur Effizienzsteigerung und zur CO2-Min-

derung auch breit bekannt zu machen und zur Anwendung zu

bringen. Der Austausch von Know-how und Erfahrungen ist

dafür eine wesentliche Voraussetzung. In der Schweiz und in

einem ersten deutschen Modellversuch in der Region Hohen-

lohe (nordöstlich von Heilbronn) wurden gute Erfahrungen

mit so genannten Energietischen gemacht: Durch diesen In-

formationsaustausch werden die Transaktionskosten von Inves-

titionen stark gesenkt und neue Techniken werden schneller

angewendet, da Nutzen und Dringlichkeit besser erkannt werden.

»Energietische«: regionale Netzwerke bilden Energietische bestehen aus zehn bis 15 Unternehmen bezie-

hungsweise öffentlichen Einrichtungen einer Region, die ge-

meinsam auf freiwilliger Basis ein lernendes Netzwerk bilden.

Gemeinsam werden die spezifischen Voraussetzungen bei

deneinzelnen Teilnehmern analysiert und bewertet, dann setzt

sich die Gruppe ein gemeinsames Ziel für die kommenden vier

bis fünf Jahre. Geleitet wird der Energietisch von einem erfah-

renen Ingenieur.

300 Ansatzpunkte zum EnergiesparenAm Anfang des Projekts erhält jeder teilnehmende Betrieb eine

Initialberatung, in der alle für den Betrieb relevanten Prozesse

und organisatorischen Maßnahmen behandelt werden. Dabei

werden die wesentlichen Energieverbraucher identifiziert und

einer ersten Analyse unterworfen. In Hohenlohe wurden circa

300 Ansatzpunkte für Optimierungsmaßnahmen aufgezeigt.

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Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für die weitere Arbeit

innerhalb der Betriebe und des Energietisches.

Die ersten anderthalb Jahre »Modell Hohenlohe« als regio-

nales lernendes Netzwerk zeigen vielversprechende Ergebnisse:

Strom konnte eingespart und der CO2-Ausstoß verringert

werden. Die beteiligten Unternehmen bewerten den offenen

Erfahrungsaustausch und auch die Initialberatungen zu

Beginn des Energietisches sehr positiv. Auch die Hotline zur

Beratung der kleineren Betriebe ist sehr gut angekommen. Ein

lernendes Netzwerk ist erfolgreich, wenn der Transfer des

gemeinsam erarbeiteten Wissens in die betriebliche Praxis

gelingt. Dazu müssen sowohl die von den Betrieben entsandten

Mitarbeiter als auch die Entscheiderebene der Betriebe

verbindlich eingebunden werden. Und natürlich müssen die

Kosten des Wissensmanagements kleiner sein als die erarbei-

teten Einsparungen.

Konkrete ErfolgeObwohl ein Teil der messbaren Auswirkungen der Verbesse-

rungen erst mit deutlicher Zeitverzögerung eintritt, da die

notwendigen Investitionsentscheidungen in den Betrieben

teilweise noch ausstehen, konnte der Schlussbericht des

Fraunhofer-Instituts für Systemtechnik und Innovationsfor-

schung schon konkrete Fortschritte benennen:

Durch eine flexiblere Anordnung der Kompressoren in einer

Druckluftstation zum Beispiel, die besser auf die im Wochen-

verlauf schwankenden Verbräuche eingehen kann, konnten

wegen der jetzt möglichen übergeordneten Steuerung mittels

eines speziellen Wochenendkompressors etwa 31.000 Kilo-

wattstunden an Strom eingespart werden. >>

Wissensmanagement am BeispielRückbau KernkraftwerkeAm Beispiel des Rückbaus der Kernkraft-werke in Deutschland wird die unmittel-bare Relevanz von Wissensmanagementdeutlich. Mit einem einfachen Abriss istes hier nicht getan, Kernkraftwerke wer-den in ihre Einzelteile zerlegt. Entspre-chend dem Ausmaß ihrer radioaktivenBestrahlung werden diese Einzelteile dekontaminiert, dann verpackt, transpor-tiert und gelagert. Bei einem Kernkraft-werk muss daher für seinen Abbau einebenso detaillierter Ablaufplan festgelegtwerden wie für seinen Bau. Nach demRückbau muss der Standort des ehema-ligen Kraftwerks durchgängig gereinigtsein.

Hier nutzen wir Wissensmanagement an den beiden zentralen Ansatzpunkten:erstens durch die Einbeziehung des Wis-sens und der Erfahrung der Ingenieureund Kraftwerkstechniker, die die Anlageam besten kennen. Ihre reibungslose Zusammenarbeit ist der entscheidendeErfolgsfaktor für einen zügigen und voll-ständigen Rückbau. Zweitens durch denErfahrungsaustausch. Das gesammelteWissen beim Rückbau wird dokumentiertund kommuniziert, so dass Mitarbeiterndieses Wissen beim nächsten Abbau invollem Umfang zur Verfügung steht.

Wissensmanagement in der EnBW Die EnBW hat sich zum Ziel gesetzt, dieNummer eins beim Wissensmanagementzu sein, um die bestmögliche Förderungund Entwicklung der Potenziale ihrerMitarbeiterinnen und Mitarbeiter sicher-zustellen. Dabei ist es nicht nur wichtig,die Erfahrungen derjenigen Mitarbeiterzu bewahren, die in den Ruhestand gehen.Genauso bedeutsam ist es, aktuelle Er-fahrungen zeitnah so zu verarbeiten, dassdas gesamte Unternehmen davon lernenkann.

Angesichts der stetig steigenden strate-gischen und operativen Komplexität wirdWissensmanagement zu einem Schlüssel-faktor für nachhaltigen unternehmerischenErfolg.

Nicht Wissen ist Macht, sondern Wissenteilen ist Macht. Auch die Intelligenz desMenschen hängt nicht nur von seinerererbten Gehirnmasse und den Zellen ab,sondern von deren neuronaler Vernetz-ung. Vereinfacht bedeutet das, dass einGehirn umso leistungsfähiger ist, je mehrSynapsen, also Verbindungsstellen, esaktivieren kann. Im übertragenen Sinnegilt für Unternehmen das Gleiche. Nichtnur das Können der einzelnen Wissens-träger bildet die zentrale Voraussetzungfür Leistungsfähigkeit, sondern derenKommunikation und Kooperation. Wissenund Kommunikation müssen also Handin Hand gehen. Erst die Kombination vonWissen und Kommunikation schafft Kom-petenz. Für ein Unternehmen heißt das,dass es die entsprechende Kultur ent-wickeln muss, in der das Teilen von Wissenzur Selbstverständlichkeit wird. »Wer hat das beste Team?« und »Wessen Teamist am besten vernetzt?« müssen die ent-scheidenden Fragen sein. Nur in einerfreien Atmosphäre können die Mitarbeiterihre Potenziale entfalten. Dazu gehört,dass positive Anreize geschaffen werden,damit objektiv korrekte Informationenunternehmensintern weitergegeben wer-den, um die Arbeitsabläufe zu verbessern.

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EnBW: Nummer eins beim Wissensmanagement

Dagmar Woyde-Köhler Dr. Hans-Josef Zimmer


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Vorbereitung von Training und Seminaren in der EnBW-Akademie

>> In einem Restaurant wurde ein Holzheizkessel ersetzt.

Durch eine moderne Holzheizungsanlage mit einem wärme-

gedämmten Pufferspeicher konnten etwa 80.000 kWh pro

Jahr an Brennholz eingespart werden.

Bei der Kälteversorgung in einem Metall verarbeitenden

Betrieb wurden die Wärmetauscher im Kühlwassersystem aus-

getauscht und korrekt dimensioniert. Die Vermischung der

Kreisläufe und damit die Erhöhung der Vorlauftemperatur

wurden beseitigt. Das Ergebnis ist eine Stromersparnis von etwa

32.000 kWh pro Jahr, die Einsparung an CO2 wird insgesamt

mit etwa 20.000 kg pro Jahr angegeben.

Ein nächster Schritt im Modellversuch Hohenlohe wird die

gemeinsame Beschaffung von Effizienzgütern wie zum Beispiel

Hocheffizienzelektromotoren und Wärmeschutzfenstern sein.

www.modell-hohenlohe.de/Energie_Endb_Proj1.pdf

Wissensmanagement im Unternehmen

Für Unternehmen ist angesichts der wachsenden Komplexität

der Aufgaben ein Wissens- und Innovationsmanagement der

entscheidende strategische Erfolgsfaktor. Das »Vermögen« eines

Unternehmens lässt sich nur zum Teil durch das Anlage- und

Umlaufvermögen der Bilanz beschreiben. Sein immaterieller

Vermögenswert wird durch die Mitarbeiter mit ihrem Wissen,

ihren Fähigkeiten und ihrer Motivation beschrieben sowie durch

die Art und Weise, wie sie kommunizieren und miteinander

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umgehen. Je besser dieses Wissen vernetzt ist und auch ange-

wendet werden kann, umso mehr lässt sich das Vermögen des

Unternehmens steigern. Angesichts der stetig steigenden

strategischen und operativen Komplexität wird Wissensma-

nagement so zu einem Schlüsselfaktor für nachhaltigen unter-

nehmerischen Erfolg.

Wie wird Information zu Wissen?Viele Unternehmen haben sich in der Vergangenheit von der

Idee leiten lassen, das Wissen der Mitarbeiter dokumentieren

zu wollen, um es über komplexe IT-Lösungen allen Mitarbei-

tern zur Verfügung stellen zu können.

Leider hat sich gezeigt, dass technische Systeme zwar in

der Lage sind, Informationen zu kategorisieren und bereitzu-

stellen, dies der Ressource Wissen jedoch noch lange nicht

gerecht wird. Eine Information wird erst dann zu Wissen, wenn

sie in einem konkreten Kontext so interpretiert werden kann,

dass sie zur Lösung einer Aufgabe führt. Eine technologische

Lösung kann die situationsgerechte Interpretation von Infor-

mationen oder etwa die Umsetzung in eine zielgerichtete

Handlung bisher in nur sehr begrenztem Umfang leisten.

Die zentralen Fragestellungen für erfolgreiches Wissensmana-

gement lauten:

>> Welches Wissen ist erforderlich, um die gesteckten Ziele

erreichen zu können?

>> Wie sorgt man dafür, dass das erforderliche Wissen dort

vorhanden ist, wo es auch benötigt wird?

>> Wie sorgt man dafür, dass dieses Wissen zielgerichtet »ge-

teilt« wird?

Führungsaufgabe WissensmanagementUnsere Mitarbeiter stehen im Fokus der Betrachtung und

Wissensmanagement wird zur Führungsaufgabe einer jeden

Führungskraft. Die Führungsaufgabe lässt sich dabei aus der

konkreten Aufgabenstellung ableiten:

Zielbildung: Was sind meine Ziele und was sind davon abgeleitet

meine Wissensziele?

Analyse: Welches Wissen ist zur Zielerreichung erforderlich

und welches Wissen ist bereits vorhanden?

Strategie: Wie kann ich meine Wissenslücke schließen?

Implementierung: Was muss ich konkret tun?

Bewertung: Inwieweit haben die ergriffenen Maßnahmen

mich meinem Ziel näher gebracht?

Die Wissensmanagement-Aktivitäten der EnBW werden sich

daher nicht darauf beschränken, die technologischen und

kulturellen Rahmenbedingungen für einen transparenten und

kooperativen Umgang mit Wissen zu ermöglichen. Unsere

Vorhaben zielen vielmehr darauf, unsere Führungskräfte in

ihrer Führungsaufgabe zu unterstützen. Wir arbeiten an

einem Instrumentarium, mit dem Führungskräfte zielgerichtet

den spezifischen Wissensmanagementbedarf identifizieren,

Transparenz darüber schaffen, welche Aktivitäten die größte

Wirkung entfalten, und die Fortschritte im Wissensmanage-

ment nachvollziehen können. <<

Vorbereitung von Training und Seminaren in der EnBW-Akademie


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Fazit: Wissensmanagement ist eine unerlässliche Grundlage für wirksame Innovationen

Bei allen Innovationen, die zum Einsparen von Energie, zum Steigernder Effizienz und zur Minderung des Ausstoßes von Treibhausgasenführen, ist die schnelle Verbreitung der vorhandenen Verbesserungs-potenziale von neuen Techniken, Technologien und Prozessen im Kleinen wie im Großen unentbehrlich.

Für das Verbessern unseres Energiemanagements ist das Teilen vonWissen der beste Beschleuniger. Es geht schon lange nicht mehr nurdarum, den Wettbewerber zu übertrumpfen, weil man für die gleicheProduktionsmenge weniger Energie verbraucht und damit weniger Kos-ten hat. Es geht gleichzeitig darum, die begrenzten Vorräte auf unsererWelt nicht weiter zu verschwenden.

Beim Wissensmanagement stehen die Menschen im Mittelpunkt; esgibt keine Software, die die Kommunikation und Kooperation der Men-schen bei Problemlösungen ersetzen könnte – weder innerhalb nochaußerhalb von Unternehmen. Die EnBW hat sich daher zum Ziel gesetzt,ihren Teams und Mitarbeitern die notwendigen Freiräume zu schaffenund die passenden Werkzeuge zur Hand zu geben, damit sie ihr Poten-zial ungehindert entfalten können.

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Arbeiten am Mast


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Satellitenaufnahme: USA, Dallas Airport

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Die Kenner der Szenarien sind sich einig: Bedarf an und Verbrauch von fossilen Energie-trägern steigen, unsere Vorräte sind endlich, die Umweltbelastung ist zunehmend bedrohlich.Fossile Brennstoffe müssen also – solange sie noch nicht durch andere Energieträger ersetzt werden können – mit höherer Effizienz und niedrigeren Emissionen ausgenutzt werden. Darüberhinaus soll langfristig bei der Energieerzeugung mit fossilen Energieträgern nur sehr wenigKohlendioxid in die Atmosphäre gelangen, Ziel wäre das »Nullemissionskraftwerk«.

Kraftwerke verbessern


Effizienz erhöhen

Innovationen bei konventionellen Kraftwerken erhalten nicht

zuletzt vor dem Hintergrund der zu ersetzenden Kraftwerks-

kapazität in Deutschland eine große Bedeutung. Die Schließung

veralteter Kraftwerke und die Stilllegung der Kernkraftwerke in

Deutschland führen dazu, dass der Bedarf an zusätzlichen und

Ersatzkapazitäten in den nächsten Jahren ungefähr 40.000 MW

betragen wird. Der in ganz Europa entstehende Bedarf wird auf

200.000 MW geschätzt. Weltweit wird der Energiebedarf

gleichzeitig massiv anwachsen: Die internationale Energie-

Agentur rechnet in den nächsten beiden Jahrzehnten mit einer

Steigerung des weltweiten Elektrizitätsbedarfs um 70 %. Die

fossilen Energieträger Kohle und Gas tragen zu etwa 60 % zur

Stromerzeugung in Deutschland bei. In absehbarer Zeit führt

kein Weg an den fossilen Energieträgern vorbei. Daher konzen-

trieren sich Innovationen im Bereich der konventionellen

Kraftwerke vor allem auf die Effizienzsteigerung der Kraftwerke

und die Reduzierung ihrer Kohlendioxidemissionen. Außer-

dem verlangen der nationale, aber auch der internationale

Wettbewerb niedrige spezifische Stromerzeugungskosten und

somit eine höhere Wirtschaftlichkeit neuer Anlagen.

Auf den Erfolgen können wir uns nicht ausruhenEnde des 19. Jahrhunderts brauchte man für die Erzeugung

einer Kilowattstunde Strom noch etwa zwölf Kilogramm Stein-

kohle, dies entsprach einer Emission von etwa 37 kg CO2 pro Kilo-

wattstunde. Der Wirkungsgrad der Kraftwerke, also das Verhält-

nis produzierter Strommenge zu eingesetzter Energiemenge,

konnte seither kontinuierlich verbessert werden: Heute braucht

man für die Erzeugung einer Kilowattstunde Strom weniger als

300 g Steinkohle, die Kohlendioxidemissionen sinken damit auf

etwa 800 g je Kilowattstunde.

Aber angesichts des massiv gestiegenen Verbrauchs reicht

das noch nicht aus, die Bedingungen aus dem Kioto-Protokoll

zu erfüllen: Ressourcenschonung, das heißt, Wirkungsgrad-

steigerung und Schadstoffminderung ist vorrangige Innova-

tionsaufgaben. Die Abtrennung und die Lagerung des CO2 sind

dabei jeweils eigenständige Forschungsgebiete. Um die Effi-

zienz eines Kraftwerks zu erhöhen, müssen vor allem die

Dampfparameter Temperatur und Druck erhöht werden. Das

stellt hohe Anforderungen an die Werkstoffe.

In Frage kommen moderne Stahlsorten mit Zusätzen von Chrom,

Molybdän und Titan; Nickel und Kobalt für hochwarmfeste

Stähle. Aber auch bei der Niederdruckturbine geht es um

Spitzenbelastungen: Die Schaufeln drehen sich mit doppelter

Schallgeschwindigkeit, dabei wirken große Fliehkräfte. Die For-

schung arbeitet daher an speziellen Titanlegierungen.

Zurzeit liegt der durchschnittliche Wirkungsgrad von Kon-

densationskraftwerken in Deutschland bei etwa 38 %. Ein um

ein Prozent angehobener Wirkungsgrad würde pro Jahr bei

einem üblichen Steinkohlekraftwerk ca. 16.000 t Kohle ein-

sparen und die CO2-Emissionen um 43.000 t reduzieren.

Eine weitere Erhöhung der Dampfparameter auf 700 °C

und 350 bar Druck könnte einen Wirkungsgrad von 50 % errei-

chen. Allerdings warnen die Experten vor zu viel Optimismus,

denn die kostengünstigen Werkstoffe, die solchen Parametern

dauerhaft widerstehen können, müssen erst noch entwickelt

und erprobt werden.

KohleDie meisten Dampfkraftwerke werden mit Stein- oder Braun-

kohle betrieben und können heute Wirkungsgrade von bis

zu 46 % bei Steinkohle und über 43 % bei Braunkohle erreichen.

Der Dampf wird aus zuvor gereinigtem und entsalztem

Wasser erzeugt, dabei nimmt die Temperatur des Dampfes

stark zu, sein spezifisches Volumen stark ab. Eine weitere An-

hebung der Prozessparameter Temperatur und Druck bedarf

daher neuer und stärker belastbarer Werkstoffe für die Bauteile.

Für die Braunkohle werden außerdem bessere Kohletrocknungs-

technologien entwickelt.

Von den so erarbeiteten Fortschritten bei der Kohlever-

brennung erwartet man in den nächsten zehn bis 15 Jahren für

Großkraftwerke Wirkungsgrade von über 50 % und mehr. >>

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Die internationale Energie-Agentur

rechnet in den nächsten beiden Jahr-

zehnten mit einer Steigerung des welt-

weiten Elektrizitätsbedarfs um 70 %.

Modernste Kraftwerkstechnologie imlaufenden BetriebEines der heute modernsten Steinkohle-kraftwerke Deutschlands betreibt dieEnBW bei Stuttgart. Das Heizkraftwerk 2in Altbach/Deizisau nahm 1997 seinenBetrieb auf und erzeugt Strom und Fern-wärme. Seine fortschrittliche Kraftwerks-technik bei der Dampferzeugung und inden Bereichen Kraft-Wärme-Kopplung,Entstickung und Entschwefelung erhöhtden Wirkungsgrad der eingesetztenEnergieträger und vermindert gleichzeitigdie Schadstoffemissionen. Durch eineVerbundschaltung sind die Wasser- undDampfseite des kohlebefeuerten Haupt-kessels und des Abhitzekessels mit vorgeschalteter Gasturbine zusammen-geführt.

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Prof. Dr.-Ing. Thomas HartkopfVorstand Technik

Karlsruher RheinhafenkraftwerkIm Karlsruher Rheinhafen betreibt die EnBW ein hocheffizientes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk mit einem Wirkungsgrad von über 57 %.

Kraftwerk Altbach/DeizisauIn der Nähe von Stuttgart betreibt die EnBW mit dem Block HKW 2 des Kraftwerks Altbach/Deizisau das zurzeit modernste Steinkohle-kraftwerk Deutschlands.

Die Abgase der Gasturbine werden zumAbhitzekessel geführt und erzeugenDampf, der gemeinsam mit dem Dampfaus dem Hauptkessel die Dampfturbineantreibt. Der Block ist grundlastfähig,kann aber auch in Mindestlast durchge-fahren werden.

Die EnBW verfügt am Standort über zweiHeizkraftwerke auf Kohlebasis mit Kraft-Wärme-Kopplung, einen Gas-Öl-Kombi-block und drei Gasturbinen. Im AltbacherKraftwerk wird der eingesetzte Brennstoffvorbildlich ausgenutzt. Mit dem in denKesseln erzeugten Dampf werden dieDampfturbinen angetrieben. Ein Teil desDampfes wird den Turbinen für Fernwärmeentnommen, auch dadurch steigt derWirkungsgrad eines Kraftwerks.

Die installierte elektrische Nettoleistungam Standort beträgt 1.200 MW, bis 280 MWnutzbare Fernwärmeleistung werdenausgekoppelt.

Im Rahmen der Initiative »Kraftwerkedes 21. Jahrhunderts« entsteht in Zusam-menarbeit mit der Universität Stuttgartfür dieses EnBW-Kraftwerk ein innovativesDiagnosesystem für die Kohlefeuerung,das im laufenden Betrieb Verbesserungenberechnet und an den Prozess zurück-meldet.

EnBW: Modernste Kraftwerkstechnologie im laufenden Betrieb

Bislang konnten derartige Berechnungennur für einzelne Betriebszustände undisoliert vom Prozess durchgeführt werden.Durch das neue Verfahren sollen dieKesselbauteile weniger stark beanspruchtwerden und damit länger halten.

Aber auch im laufenden Betrieb eines effizienten Kraftwerks bemüht sich dieEnBW um den zeitnahen Einsatz inno-vativer Technik: In Kürze sollen an derHoch- und Niederdruckturbine vom Heiz-kraftwerk 1 neue und weiterentwickelteTurbinenschaufeln mit einem höherenWirkungsgrad eingebaut werden. Beigleichem Brennstoffeinsatz werden soein weiterer Leistungszugewinn und zugleich eine Reduzierung des spezifi-schen CO2-Ausstoßes erreicht. Auch imRheinhafen-Dampfkraftwerk Karlsruhesoll die verfügbare Leistung um so ge-nannte »Grüne MW« erhöht werden.


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>> ErdgasMit der Gas- und Dampfturbinentechnik werden heute Wir-

kungsgrade von bis zu 60 % erreicht. Diese Kraftwerke sind

weniger aufwändig zu bauen als Kohlekraftwerke, da sowohl

die Kohlevorbereitung als auch die Rauchgasreinigung ent-

fallen. Erdgas belastet die Atmosphäre weniger als Stein- oder

gar Braunkohle, da Erdgas weniger Kohlenstoff enthält und

somit bei der Verbrennung weniger CO2 freigesetzt wird. Pro

erzeugte Kilowattstunde emittiert ein Gaskraftwerk weniger

als die Hälfte des klimaschädlichen CO2 eines Kohlekraft-

werks. Wie bei allen fossil befeuerten Kraftwerken arbeiten

Wissenschaftler und Techniker daran, auch bei Gaskraftwer-

ken den Druck und die Temperatur weiter zu erhöhen. Das

erfordert, dass Werkstoffe und Brennkammern für stärkere

Belastungen ausgelegt werden müssen.

Erdgas- und Kohle kombinierenGas und Kohle gleichzeitig zu nutzen, ist eine Alternative zur

reinen Kohlefeuerung. Das Kohlekraftwerk wird mit einer

Gasturbine gekoppelt. Das heiße Abgas der Gasturbine er-

zeugt dabei zusätzlichen Dampf für die Dampfturbine des

Kohlekraftwerks. Bei diesen Kombiprozessen auf Kohlebasis

ist es vor allem wichtig, die Brenn- und Rauchgase gasturbinen-

verträglich bereitzustellen.

Mit Kohlekraftwerken, die gemeinsam mit einer Gasturbine

arbeiten sowie mit Dampftemperaturen von 700 °C und

Dampfdrücken von 350 bar, sollen künftig Wirkungsgrade

von über 50 % erreicht werden. Zur Realisierung höherer

Dampftemperaturen wird auch hier an einer weiteren Ver-

besserung der Materialien sowie der Strömung in Turbine

und Rohrleitungen gearbeitet. Im unteren und mittleren

Leistungsbereich stellen Kohlekraftwerke mit Druckwirbel-

schichtfeuerung ein alternatives Konzept dar.

Anlagenkomponente erfolgen. Für die Weiterentwicklung ist

besonders die Produktgasreinigung im Hochtemperatur-

bereich (ca. 400 bis 900 °C) notwendig, dann würden die An-

lagen ein Potenzial für einen Nettowirkungsgrad von 53 – 55 %

aufweisen.

>> Externally Fired Combined Cycle (EFCC), der Gas- und

Dampf-Prozess mit externer Feuerung braucht einen Hoch-

temperaturwärmetauscher, der durch ungereinigte Rauchgase

bei Temperaturen bis zu 1.600 °C nicht zerstört wird. Um die

entsprechende Keramik zu entwickeln, muss allerdings erst die

Grundlagenforschung noch einige offene Fragen beantworten.

Von den beschriebenen Konzepten hat der IGCC-Kohlekombi-

prozess zurzeit die besten Aussichten auf Realisierung. Die

Erkenntnisse aus den Demonstrationskraftwerken weisen auf

eine Anwendbarkeit in Großkraftwerken in den nächsten zehn

bis 15 Jahren hin. Voraussetzung ist, dass der IGCC-Prozess in

einen zuverlässigen Betrieb gehen kann.

Die anderen genannten Techniken, die Druckkohlenstaub-

feuerung, die Druckwirbelschichtbefeuerung und die externe

Feuerung haben noch einen langen Weg bis zur Marktreife vor

sich. Ihre Erfolgsaussichten sind heute noch nicht abschlie-

ßend zu beurteilen.

Hybridprozesse Zu den eher langfristigen Konzepten für emissionsarme fossil

befeuerte Kraftwerke gehören auch die Hybridprozesse. Erd-

gasbefeuerte Kombikraftwerke aus Hochtemperaturbrenn-

stoffzellen (Solid Oxid Fuel Cell, SOFC), Gasturbine und

Dampfkreislauf erreichen theoretisch Wirkungsgrade von

rund 70 %. Neben Erdgas können auch feste Brennstoffe einge-

setzt werden, die aber zuvor in saubere Brenngase umgewandelt

werden müssen. Voraussetzung für den Einsatz von Hochtem-

peraturbrennstoffzellen in Großkraftwerken ist deren Weiter-

entwicklung. Sie sollten unter höherem Druck arbeiten können

und ihre Blockleistung durch das Zusammenschalten von

»Stacks« für größere Leistungseinheiten realisieren. Man ver-

anschlagt etwa 20 Jahre, bis geeignete Brennstoffzellen für

derartige Kraftwerkskonzepte verfügbar sind. >>

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Neue Kombinationsprozesse bei der KohlevergasungDie folgenden Konzepte stecken in der Entwicklungsphase und

könnten teilweise mittelfristig für den zu ersetzenden Kraft-

werkspark in Deutschland zur Verfügung stehen. Man erhofft

sich von diesen Neuerungen hohe Wirkungsgrade und niedrige

Emissionen, dazu gute Möglichkeiten zur CO2-Abscheidung

und eine gewisse Brennstoffflexibilität, da variierende Zu-

sammensetzungen der Importkohle die Parameter für den

Kraftwerksbetrieb verändern. Die Erkenntnisse der Forschungs-

arbeiten müssen auf die unterschiedlichen Verbindungen

anwendbar sein.

>> Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) bedeutet

Kohlevergasung mit integrierter anschließender Verbrennung.

Bei der Kohlevergasung wird gemahlene Kohle mit Wasser-

dampf und Sauerstoff bei Temperaturen von 650 bis 2.000°C

und einem Druck bis 100 bar zu Gas umgewandelt. IGCC-

Anlagen verarbeiten neben Kohle auch Biomasse, Petrolkoks

oder sogar flüssigen Asphalt zu einem wasserstoffreichen

Synthesegas. Schadstoffe wie Schwefel oder Schwermetalle

werden schon vor der Verbrennung gebunden, abgespalten

und können gegebenenfalls als Rohstoff anderweitig einge-

setzt werden. Auch das Kohlendioxid kann vor der Verbrennung

unter Druck relativ leicht abgetrennt werden. Der Wirkungs-

grad von Demonstrationsanlagen liegt heute bei 51 %, kombi-

nierte Gas- und Dampfkraftwerke schaffen 58 %, der Einsatz in

Großkraftwerken wird bis 2015 geplant.

>> Der Gas- und Dampf-Prozess mit Druckkohlenstaubfeue-

rung soll Wirkungsgrade von 53 % und mehr erreichen. Im

Rauchgas der Druckkohlenstaubbefeuerung sind allerdings

viele Stoffe enthalten, die die Turbinenschaufeln durch Erosion

und Korrosion sehr schnell zerstören würden. Zur Weiterent-

wicklung der Druckkohlenstaubbefeuerung müssen Verfahren

erarbeitet werden, mit denen bei sehr hohen Temperaturen bis

zu 1.600 °C Asche- und Alkalibestandteile im Rauchgas fast

vollständig entfernt werden können.

>> Im Gas- und Dampf-Prozess mit Druckwirbelschicht-

feuerung wird die Stein- oder Braunkohle vor der Verbrennung

getrocknet. Die Kohle wird ohne Zwischenschritt direkt

genutzt, indem beide Teilschritte der Kohleumwandlung – erst

die Teilvergasung mit Luft und dann die Restverbrennung

des dabei entstehenden Kokses – in einer gemeinsamen

Parallel zu COMTES700 ist das »Test Rig Esbjerg« im Rahmen des ProjektesAdvanced 700 °C Power Plant (AD700) imJahr 2004 in Betrieb gegangen. Der Dampfwird hier in einer Testschleife auf eineTemperatur von 720 °C erhitzt, um dieWerkstoffe unter anderem auf dem Niveauder zukünftigen Zwischenüberhitzer-Temperaturen untersuchen zu können.Besonderes Augenmerk wird auf Fragender Korrosion und der durch den Dampfverursachten Oxidation gelegt. Das TestRig wird von der EnBW und sechs weitereneuropäischen Energieversorgungsunter-nehmen ohne öffentliche Förderung finan-ziert. Die Ergebnisse werden nach Ab-schluss des Projektes im Jahr 2008 dieAuswertung von COMTES700 unterstützen.

Das Ziel beider Projekte ist der Bau einesmit Steinkohle befeuerten Demonstra-tionskraftwerkes mit ca. 400 MW Leistung,das bei Dampftemperaturen von 700 °C –720 °C und einem Druck von 350 bar einenWirkungsgrad von bis zu 55 % erreichensoll. www.comtes700.org

EnBW: Forschung und Projekte

COMTES700/AD700In diesem von der Europäischen Kom-mission geförderten Projekt wird dasWerkstoffverhalten von Betriebskompo-nenten untersucht. Bei Dampftempera-turen von 700 °C und einem Druck von350 bar ließe sich der durchschnittlicheWirkungsgrad der Kraftwerke in Europavon 36 auf 50 % steigern. COMTES700(Component Test Facility for a 700 °C Power Plant) untersucht den Einsatz mo-derner Werkstoffkomponenten auf Nickel-basis.

Die EnBW unterstützt die Vorbereitungund den Aufbau der Komponenten-Test-anlage im Kraftwerk Scholven. Der Be-trieb soll zügig aufgenommen werden,die Auswertung der Projektergebnisse istfür das Jahr 2009 geplant und man er-wartet wertvolle Ergebnisse für den Bauneuer Kraftwerke. Das Projekt wird ausdem Forschungsfonds für Kohle undStahl der Europäischen Union unterstütztund gemeinschaftlich von einer Gruppeeuropäischer Energieversorgungsunter-nehmen finanziert. Die Gesamtinvestitionbeträgt über 15 Millionen Euro. In deminternationalen Konsortium arbeiten neben der EnBW zahlreiche Stromerzeu-ger und Anlagenhersteller zusammen.Das Projekt wird von VGB PowerTech,dem internationalen Fachverband für dieStrom- und Wärmeerzeugung, koordiniert.


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Dr. Martin Käß

Kraftwerk Altbach/Deizisau

Kraftwerke des 21. Jahrhunderts 12,7 Millionen Euro investieren die Bun-desländer Baden-Württemberg und Bayern zusammen mit führenden Indus-trieunternehmen in die Energie-Grund-lagenforschung. Den Anstoß für diesesForschungsprojekt gab eine gemeinsameStudie über die künftige Energieversor-gung, die empfahl, die Energieforschungbeider Länder zu verstärken und zu ver-netzen. Die Arbeitsgemeinschaft der Baye-rischen Forschungsverbünde (abayfor)und das Deutsche Zentrum für Luft- undRaumfahrt (DLR) für Baden-Württembergkoordinieren die Aktivitäten der zu diesemZweck gegründeten Initiative »Kraftwerkedes 21. Jahrhunderts«.

18 Forschungsinstitute beteiligen sichdabei an rund 40 Projekten. Die Laufzeitist zunächst auf vier Jahre ausgelegt. DieForschungsschwerpunkte in dieser vier-jährigen Phase legen die Beteiligten aufwettbewerbsfähige, mit fossilen Brenn-stoffen betriebene Kraftwerke. Dabei be-trachten die Forschungspartner in denProjekten die Kostenfragen bei Entwick-lung, Bau und Betrieb der Anlage ebensowie einen umweltfreundlichen und zuver-lässigen Betrieb. Der Startschuss ist imJahr 2004 gefallen.

Die EnBW arbeitet unter anderem anProjekten zu »Brennkammern für Gas-turbinen«, »Hochtemperaturkomponentenin Turbomaschinen«, »Kraftwerkssys-temen und Dampferzeugern« und zur»Fluiddynamik in Dampfturbinen« mit.Im Arbeitsfeld »Kraftwerkssysteme undDampferzeuger« arbeitet die EnBWKraftwerke AG gemeinsam mit dem Ins-titut für Verfahrenstechnik und Dampf-kesselwesen der Universität Stuttgart ander Entwicklung eines Simulatorsystemszur Bewertung, Optimierung und zumMonitoring des Feuerungs- und Dampf-erzeugungsprozesses industrieller Kohle-kraftwerke.

Mit demselben Institut der UniversitätStuttgart und gemeinsam mit Alstom wirdim Projekt »Kessellebensdauer« eineGesamtsimulation des Feuerraums undWasser-Dampf-Kreislaufs zur Berechnungder Werkstoffbelastung durch Druck undTemperatur erstellt.

Im Arbeitsfeld »Brennkammern für Gasturbinen« beteiligt sich die EnBWKraftwerke AG gemeinsam mit Esytecund dem Lehrstuhl für Technische Ther-modynamik der Universität Erlangen-Nürnberg an der Entwicklung eines Online-Messsystems. Es soll die Analyse verschiedener Erdgasqualitäten aufKraftwerkstauglichkeit sehr schnell unddirekt vor Ort ermöglichen.

Die EnBW Kraftwerke AG, Alstom unddas Institut für Verbrennungstechnik des DLR wollen die Zuverlässigkeit vonGasturbinenbrennern verbessern. Dazuwird das Zündverhalten von Erdgasenuntersucht. Erkenntnisse sollen sowohlüber die Stabilisierungs- als auch überdie Flammenverlöschungsmechanismen gewonnen werden, um Maßnahmen füreinen stabilen und sicheren Brennerbetriebableiten zu können. www.abayfor.de/kw21

41

Coflame-Brenner: untersucht die Schad-stoffbildung und misst die Abgase verschiedenerBrennstoffe bei unterschiedlichen Drücken

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.dlr.

de


>> CooretecDas Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit hat die Initia-

tive Cooretec ins Leben gerufen, um mit Industrie, Forschung

und Hochschule den aktuellen Stand der Stromerzeugungs-

technologien zusammenzufassen und deren Potenziale zu

bewerten. Der Name leitet sich von CO2-Reduktions-Technolo-

gien in fossil befeuerten Kraftwerken ab. Die Arbeitsgruppen

wurden mit hochrangigen Vertretern aus Forschung und

Industrie besetzt, die Ergebnisse und damit die wichtigsten In-

novationsfelder sind in der umfassenden Studie nachzulesen.

www.cooretec.de.

FENCOIn Europa existieren zahlreiche Energieforschungsprogram-

me, sowohl in den Mitgliedstaaten als auch auf europäischer

Ebene. Deutschland und Großbritannien haben mit Unter-

stützung fünf anderer europäischer Länder FENCO, Fossil

Energy Coalition, eingerichtet, um Forschungsprogramme im

Bereich der kohlenstofffreien Emissionen aus fossilen Brenn-

stoffen zu vernetzen und Synergien zu nutzen.

Ziel ist eine »integrierte europäische und nationale For-

schungs- und Entwicklungsinitiative für Technologien zur

Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen in Anlagen mit

möglichst geringer oder keiner Emission«. FENCO legt den

Grundstein für das ERA-NET zur Koordinierung eines gesamt-

europäischen Ansatzes im Bereich der kohlenstofffreien Emis-

sionen. Damit soll FENCO Europa auf dem internationalen

Markt der Energietechnologien wettbewerbsfähig machen.

FENCO wird koordiniert vom Projektträger Jülich (PTJ) für

das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, andere

Projektpartner sind das UK Department of Trade and Industry

(DTI) und Future Energy Solutions (FES) aus Großbritannien.

www.fenco-era.net

Referenzkraftwerk Nordrhein-WestfalenSeit Februar 2004 existiert eine umfangreiche Konzeptstudie

für das Steinkohlekraftwerk der Zukunft. Die Untersuchung

befasst sich mit den verschiedenen Elementen für einen inno-

vativen Kraftwerksbau, um ein bestmöglich aufeinander

abgestimmtes Gesamtkonzept zu entwickeln. Wirkungsgrad-

steigerung und Senkung der Investitionen bei einer gleich-

zeitigen Entlastung der CO2-Bilanz sollen die technischen,

wirtschaftlichen und umweltpolitischen Aspekte bei Kraft-

werksneubauten integrieren. So soll unter anderem die

Aufstellung der Anlage möglichst kurze Dampfleitungen und

effiziente Energieableitung ermöglichen, Siemens plant eine

neue Turbinen-Technik mit besonders großen Titan-Stahl-

Schaufeln und verschiedenen Kesselmodellen. Das Referenz-

kraftwerk soll einen Wirkungsgrad von bis zu 47 % erreichen.

Wie bei allen Innovationen ist auch hier von großer Bedeu-

tung, diese Anlage wirtschaftlich zu konzipieren. Dabei müs-

sen nicht nur die Investitionen berücksichtigt werden, sondern

auch der Unterhalt, in Abhängigkeit von der langfristigen Ent-

wicklung der Steinkohle-Preise und der Lebensdauer eines

Steinkohlekraftwerks.

Projektpartner in diesem Verbundforschungsprojekt sind

Hersteller, Betreiber und wissenschaftliche Institute mit Sitz

in Nordrhein-Westfalen unter Koordination des VGB Power-

Tech. www.vgb.org <<

42

IGCC-Kraftwerk von Siemens in Spanien, Puertollano

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s AG

Fazit:Nächstes Forschungsziel: das 700 °C-Kraftwerk

Innovationen im Bereich der konventionellen Kraftwerke stellen für uns heute den wichtigsten Bereich der Energieinnovationen dar, da die fossilen Energieträger noch viele Jahre lang den Grundstein für unsere Energieversorgung darstellen werden. In vielen zielführendenund punktgenauen Einzelmaßnahmen wird die Energieerzeugung ausKohle und Gas Stück für Stück verbessert. In welchen Kraftwerkenauch immer der Wirkungsgrad gesteigert werden soll: Stets erfordertdies, die Prozessparameter Druck und Temperatur zu steigern und damit die Anlagenkomponenten zu verbessern. Damit steigen die An-forderungen an die Werkstoffe.

Häufig sind es die anscheinend kleinen Schritte, die den Fortschritt bringen: wenn eine neue Geometrie der Turbinenschaufeln den Wir-kungsgrad eines Gas- und Dampfkraftwerks leicht erhöht. Wenn es gelingt, weniger Kühlluft zu verbrauchen. Wenn ein neu entwickelterWerkstoff sich als resistent gegen aggressive Aschepartikel erweist.Diese vorgeblich kleinen innovativen Schritte sind oft entscheidend fürdie sukzessive Verbesserung der Effizienz unserer Kraftwerke und der verbesserten Umweltverträglichkeit. In den letzten Jahren ist esgelungen, Druck und Temperatur stetig zu erhöhen; so konnte der Wirkungsgrad von Kraftwerken kontinuierlich gesteigert und die Emis-sionen konnten gemindert werden – die Arbeitstemperatur ist bei etwa600 °C angekommen. Allerdings ist nun ein Punkt erreicht, an dem eine weitere schrittweise Temperatursteigerung nicht wirtschaftlichscheint. Nächstes Ziel der Forschungs- und Entwicklungsprojekte istdaher das 700 °C-Kraftwerk.

43


44

Kernspaltung und Kernfusion

Deutschland hat den schrittweisen Ausstieg beschlossen.

Kernkraftwerke scheiden – politisch gewünscht – mittel- und

langfristig zur Energieerzeugung aus. Gleichwohl gibt es im

Bereich der Kernkraft Neuentwicklungen, mit denen die Sicher-

heit sowohl des Reaktorbetriebs als auch der Lagerung des

radioaktiven Abfalls erhöht werden konnte.

Bei den Neuentwicklungen im Bereich der Kernenergie hat

die Sicherheit die höchste Priorität. Es wird die Forderung nach

der inhärenten, also dem System innewohnenden Sicherheit

erhoben. Sodann sind die Ausnutzung des Brennstoffs, hohe

Verfügbarkeit und Lebensdauer und eine weitgehende Stan-

dardisierung der Anlagen wichtig.

Wesentlich für die Sicherheit ist die Kühlung: Sowohl die

Wärme während der Kernspaltung als auch die Nachwärme aus

dem Beta- und Gamma-Zerfall der Spaltprodukte müssen

sicher abgeführt werden. Fällt diese Kühlung aus, so kann dies

im äußerst seltenen Extremfall zur Kernschmelze führen.

Neue Reaktoren verfolgen zwei Ziele: die Kernschmelze auszu-

schließen (so etwa beim Kugelhaufenreaktor) beziehungsweise

maximalen Schutz bei einer eventuellen Kernschmelze aufzu-

bauen (Europäischer Druckwasserreaktor).

Europäischer Druckwasserreaktor (European Pressurized Water Reactor – EPR)Bei einem Druckwasserreaktor wird die Wärme aus der Spalt-

zone durch Wasser abgeführt. Durch den hohen Druck (etwa

160 bar) erreicht das Wasser eine hohe Temperatur, bleibt aber

flüssig – ein Sieden in der Spaltzone wird vermieden. Das

Kühlwasser gibt seine Wärme im Dampferzeuger an den

Sekundärkreislauf ab, wo der Dampf eine Turbine antreibt.

Die Weiterentwicklung der bestehenden Druckwasserreak-

toren, der neue EPR, stellt die wichtigsten Sicherheitsfunktionen

nach den gängigen Prinzipien von Redundanz und Diversität

sicher. Wenn ein redundantes System vollständig ausfallen

würde, gibt es ein anderes System mit diversitärem, also ab-

geändertem Design, das die Funktion übernimmt und dadurch

ermöglicht, den EPR sicher abzufahren und zu kühlen. Die

verschiedenen Varianten der sicherheitsrelevanten Systeme

befinden sich unabhängig voneinander in vier verschiede-

nen Gebäudeteilen.

Der Druckwasserreaktor bezieht das Risiko der Kern-

schmelze in seine Planungen mit ein. In diesem Fall soll ein

spezielles Betonfundament verhindern, dass die Kernschmelze

durch das Gebäude hindurch in den Boden gelangt. Das Doppel-

wandcontainment ist so ausgelegt, dass jede radioaktive

Leckage zuverlässig vor der Abgabe gefiltert wird. Dabei wird

die Radioaktivität in der Umgebung der Anlage so begrenzt,

dass weder eine Evakuierung der Bevölkerung erforderlich ist,

noch die Landwirtschaft in der Umgebung leidet.

Erworbenes Know-how weitergebenGemeinsam mit den anderen großen Energieversorgungsunter-

nehmen in Deutschland haben die Vorgängerunternehmen

der EnBW spezialisierte Ingenieure nach Frankreich gesandt,

um ihre Betriebserfahrungen und ihr Know-how bei der Kon-

zeption des neuen Druckwasserreaktors zur Verfügung zu stellen.

Diese deutsch-französische Zusammenarbeit startete Anfang

der 90er Jahre mit einer Consolidation Phase, in der zunächst

die Grundlagen verglichen wurden, um dann in einer Basic-

Design-Phase das Vorhaben zu konkretisieren. >>

45

G

Primärkreislauf

Reaktorkern

Reaktordruckgefäß

Hauptkühlmittelpumpe

Vorfluter (Fuß)

Kühlturm

Seku

ndär

krei

slau

f

Dampferzeuger Hauptkühlmittel-leitung

Dampfturbine Stromnetz

Kondensator

Generator

Transformator

Druckwasserreaktor


46

>> In Finnland wird der EPR in Olkiluoto gebaut. Der Auftrag

für die schlüsselfertige Errichtung wurde nach einem Parla-

mentsbeschluss vom finnischen Energieversorger Teollisuu-

den Voima Oy (TVO) an ein Konsortium aus der AREVA-Gruppe

und Siemens Power Generation erteilt. Das Konsortium wird

von Framatome ANP, einem Joint Venture von AREVA und

Siemens, geleitet. Framatome ist dabei für die Koordination

des Gesamtprojektes und für den kompletten Nuklearteil

beauftragt. Siemens Power Generation liefert den konventio-

nellen Teil. Geplanter Baubeginn für Olkiluoto 3 ist im Früh-

jahr 2005, für das Jahr 2009 ist der Beginn des kommerziellen

Leistungsbetriebes geplant. Die Investitionen für das Projekt

Olkiluoto 3 betragen laut TVO rund 3 Milliarden Euro. Der EPR

ist auf eine elektrische Leistung von 1.525 MW und eine Lebens-

dauer von 60 Jahren ausgelegt. www.areva.com

Kugelhaufenreaktor: Hochtemperaturreaktor mit kugel-förmigen keramischen BrennelementenDas Konzept für diesen Hochtemperaturreaktor kommt

ursprünglich aus Deutschland und wird nun in China, Süd-

afrika und in den USA weiterentwickelt. Er soll eine

Kernschmelze vollständig ausschließen. Ein wichtiger Vorteil

besteht darin, dass die keramischen Brennelemente im Stör-

fall bis zu 1.600 °C temperaturbeständig sind. Dies liegt nicht

zuletzt an der speziellen Geometrie der uranhaltigen Graphit-

elemente: die kugelförmigen Brennstoffkerne sind sehr klein

(0,5 mm Durchmesser) und mit dichten Schichten aus pyro-

lytischem Graphit und Siliziumcarbid umhüllt, so dass Spalt-

stoffe und Spaltprodukte dreifach eingeschlossen sind. Der

Reaktor wird kontinuierlich mit frischen Brennelementen

beladen, abgebrannte Elemente werden bis zu zehn Mal rezy-

kliert und dann abgezogen. Ein Reaktor mit einer Leistung von

120 MW braucht dabei etwa 400.000 solcher Kugeln. Beim

Atomversuchsreaktor (AVR) in Jülich wurde diese Technik

20 Jahre lang erprobt. Im Bereich des Reaktorkerns werden

hitzebeständige keramische Materialien verwendet. Die Küh-

lung des Reaktors erfolgt durch Helium. Aber auch beim Aus-

fall der Kühlung ist keine Schädigung der Brennelemente

durch Erhöhung der Temperatur möglich, denn die noch weiter

produzierte Wärme wird ausreichend abgeführt. Das staatliche

Unternehmen ESKOM in Südafrika entwickelt den Kugel-

haufenreaktor (100-MW-Block) zur Serienreife weiter.

www.eskom.co.za

Kernkraftwerke der vierten GenerationDas Generation IV International Forum (GIF) entwickelt unter

der Führung der USA die nächste Generation von Kernkraft-

werken. Mitglieder sind Argentinien, Brasilien, Kanada, Frank-

reich, Großbritannien, Japan, Südkorea, Südafrika und die

Schweiz. Für die vierte Generation der Kernkraftwerke stehen

zurzeit sechs Modelle in der engeren Wahl, die die Vorteile des

Europäischen Druckwasserreaktors EPR mit denen des Hoch-

temperaturreaktors verbinden sollen und dabei gleichzeitig

weniger Abfall erzeugen. Außerdem sollen die neuen Technolo-

gien bei terroristischen Angriffen eine höhere Sicherheit bieten

und den Missbrauch von Spaltmaterial für Waffen verhindern.

Die Kernkraftwerke sollen ab 2015 von den zehn Partner-

ländern erprobt werden. Die Schritte zur Entwicklung der neuen

Systeme sind in der »Generation IV Technology Roadmap«

(http://gif.inel.gov/roadmap) beschrieben.

Die meisten der sechs Kernreaktortechnologien verwenden

einen geschlossenen Brennstoffkreislauf, um die Nutzung des

Brennstoffs zu maximieren und um hochradioaktive Abfälle

und deren Endlagerbedarf zu minimieren.

1. Gasgekühlte schnelle Reaktoren sollen wie andere helium-

gekühlte Reaktoren (GFR) 850 °C erreichen. Brennstoff: z. B.

gebrauchtes Uran.

Warte Kernkraftwerk Philippsburg Warte Kernkraftwerk Philippsburg Turbine Kernkraftwerk Philippsburg, Block I (Siedewasserreaktor)

47

2. Bei den bleigekühlten schnellen Reaktoren (LFR) erfolgt die

Kühlung durch flüssiges Blei oder Blei-Wismut. Brennstoff:

brutfähiges Uran oder oder seine Nitride.

3. Natriumgekühlte schnelle Reaktoren (SFR) verfügen über

zwei Kreisläufe, um Reaktionen des Natriums mit dem Wasser

zu vermeiden. Brennstoff: Uran-Plutonium-Mischoxid (MOX).

4. Bei Salzschmelze-Reaktoren (MSR) wird das Uran-Brenn-

material in der Salzschmelze aufgelöst, die durch Graphit-

kern-Kanäle zirkuliert. Brennstoff: gelöstes Thorium und

Uranisotop U-233.

5. Leichtwasserreaktoren mit überkritischen Dampfzuständen

(SCWR) treiben eine Turbine ohne sekundäres Dampf-

system direkt an. Brennstoff: Urandioxid.

6. Bei den Höchsttemperatur-Gasreaktoren (VHTR) kann der

Kern aus prismatischen Blöcken bestehen, aber auch ein

Kugelhaufenreaktor sein.

Kernfusion: Fusionsreaktor (ITER – International Thermo-nuclear Experimental Reactor)Die Kernfusion benötigt eine extrem hohe Temperatur, um

Atomkerne (zum Beispiel die Wasserstoffisotope Deuterium

und Tritium) zu einem Heliumatom zu verschmelzen. Beim

Prozess des Verschmelzens bleibt Masse übrig und diese wird

nach Einsteins Gleichung E = mc2 (E = Energie, m = Masse, c =

Lichtgeschwindigkeit) als kinetische Energie auf die Reaktions-

produkte übertragen. Dabei setzt schon die Fusion kleiner Men-

gen von Deuterium und Tritium gewaltige Energiemengen frei.

Von großem Vorteil ist, dass die Fusion keine Kettenreak-

tion ist. Außerdem ist der Tritium-Bedarf sehr gering und da

man es im Kreislauf verwenden kann, entsteht dabei aus dem

Brennstoff auch kein Abfall.

Aber die enorm hohe Temperatur des Fusionsplasmas (viele

Millionen Grad Celsius) und der unstabile Reaktionsherd

haben die industrielle Verwirklichung eines Fusionsreaktors

bislang verhindert.

Außerdem entsteht während der Kernfusion eine starke

Neutronen-Strahlung – die Materialien für die Gefäßwände,

die dieser Strahlung standhalten können, sind noch nicht ent-

wickelt; darüber hinaus müssen die verstrahlten Gebäudeteile

ebenso wie anderer radioaktiver Abfall entsorgt werden.

EURATOM-ProgrammDie Europäische Union fördert die Fusionsforschung bereits

seit fast 50 Jahren durch das EURATOM-Programm. Der Fusions-

reaktor ITER wurde nach dem Ende des Kalten Krieges

gemeinsam von den Präsidenten Gorbatschow und Reagan

initiiert. Mit ITER soll erstmals eine Fusionsanlage entstehen,

die einen Netto-Energiegewinn erzielt. ITER soll eine sich

selbst erhaltende Fusionsreaktion realisieren und den Brenn-

stoffkreislauf, die Materialien und Systeme untersuchen.

Die 15 EU-Forschungsminister haben sich am 25. November

2004 in Brüssel darauf geeinigt, den experimentellen For-

schungsreaktor im südfranzösischen Cadarache zu bauen.

Kritiker werfen diesem Projekt vor, dass die Investitionen der

französischen Regierung in den Bau des Reaktors in etwa der

gesamten Summe entsprechen, die Frankreich in den letzten

30 Jahren für die Forschung über erneuerbare Energien ausge-

geben hat. Ein weiterer Standort, Rokkashomura in Japan, kon-

kurriert weiterhin mit dem europäischen Standort.

Die Forscher rechnen damit, dass etwa 2014 mit Experi-

menten an ITER begonnen werden kann. Falls diese Experi-

mente positive Ergebnisse liefern, könnte etwa 2030 der Bau

eines Demonstrationskraftwerks folgen. Die Gesamtkosten des

Projektes werden sich voraussichtlich auf 10 Milliarden Euro

über einen Zeitraum von 30 Jahren belaufen. Mit einem funk-

tionierenden Fusionskraftwerk, das elektrischen Strom in das

Netz liefert, kann – unter der Voraussetzung, dass bis dorthin

alle Entwicklungsschritte erfolgreich gegangen werden konn-

ten – frühestens Mitte des Jahrhunderts gerechnet werden.

www.iter.org <<Kugelhaufenreaktor

Brennstoffkugeln des Kugelhaufenreaktors,Ø 60 mm

Dreifach-Beschichtung

Mantelschicht: pyrolytischer Kunststoff

Grenzschicht: Siliziumcarbid

Innere Schicht: pyrolitscher Kohlenstoff

Brennstoffpartikel: Urandioxid, Ø 0,5 mm

Brennstoffpartikel in Graphit-Matrix eingebettet


48

Blick auf Reaktorkern

49

Fazit: International ist der Ausstieg aus der Kernenergiekeine Perspektive

Die EnBW steht zum Atomkonsens. Gleichwohl entbindet uns das nicht von der Verpflichtung, uns mit den möglichen Auswirkungen zubefassen. Fakt ist, dass die deutsche Kernenergiekapazität nicht vollregenerativ ersetzt werden kann. Ein erheblicher Anteil der Ersatz-kapazität wird also aus fossilen Quellen kommen müssen und dadurchzu Mehremissionen von klimaschädlichen Gasen führen.

International haben wir es mit noch ganz anderen Größenordnungenzu tun: Wenn China im Jahr 2015 seinen prognostizierten sechsfachenPro-Kopf-Stromverbrauch (bezogen auf heute) mit einem konventio-nellen Mix produzieren würde, entstünden damit Mehremissionen inder Größenordnung von 3.500 Millionen Tonnen pro Jahr. Auch andereLänder werden einen wachsenden Energiebedarf befriedigen müssen.Um das weltweite Anwachsen der CO2-Belastungen in einem erträg-lichen Rahmen zu halten, dürfen bei Überlegungen für zukünftigeKraftwerksneubauten die nuklearen Energieerzeuger nicht aus ideo-logischen Gründen ausgeschlossen werden.

Alle Forschungsanstrengungen, die die Sicherheit der Kernkraftwerkeund die Lagerung des Spaltmaterials anbelangen, sind daher von großer internationaler Bedeutung. Auch wenn wir uns in Deutschlandgegen den Bau neuer und für das schrittweise Abschalten der beste-henden Kernkraftwerke entschieden haben, so sollten wir uns dochdavor hüten, unsere Kompetenz im Bereich Kernenergie zu reduzieren.


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Satellitenaufnahme: Indien, Neu-Delhi

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5.Kohlendioxid entfernen

Rund 850 Millionen Tonnen Kohlendioxid werden pro Jahr in Deutschland produziert, davonstammen rund 400 Millionen aus Kraftwerken und aus der Industrie. Der erste Schritt, um das CO2-Aufkommen zu vermindern, ist daher die Erhöhung des Wirkungsgrades der Kraft-werke. Diese Verbesserung reicht jedoch auf lange Sicht nicht aus. Zusätzlich soll die CO2-Abscheidung und -Weiterverwertung oder -Speicherung realisiert werden.


Abtrennung des Kohlendioxids

Postcombustion Wie schon der englische Name sagt, werden diese Verfahren

nach der Verbrennung am Rauchgas angewendet. Das Rauch-

gas wird durch ein Lösungsmittel wie etwa Monoethanolamin

geleitet, das CO2 wird dabei gebunden und somit das Abgas ge-

reinigt. Um das CO2 aus der Lösung wieder abzutrennen, muss

die Verbindung erhitzt werden. Die CO2-Abtrennung aus dem

Rauchgas verbraucht dabei Energie und verursacht damit Wir-

kungsgradeinbußen von 10 – 12 %. Zwar ist das Verfahren bisher

nicht wirtschaftlich, aber es bietet den großen Vorteil, dass es

auch in existierenden Kraftwerken angewendet werden kann.

Daher hat die EU Forschungsprogramme für Erdgas, Öl, Braun-

und Steinkohle mit dem Ziel gestartet, mindestens 90 % des

CO2 einzufangen und die Kosten für das Verfahren zu halbieren.

OxyFuelWird das CO2 schon während der Verbrennung mit Sauerstoff

abgetrennt, so müssen die Kosten für die Erzeugung des

Sauerstoffs mit in Betracht gezogen werden. Daher arbeiten

Wissenschaftler zurzeit daran, den Sauerstoff nicht wie bisher

in einem kostspieligen Kälteverfahren zu gewinnen (kryogene

Luftverflüssigung), sondern ihn in neuen Verfahren durch

Hochtemperatur-Membrananlagen bereitzustellen. Aus techni-

scher Sicht noch nicht reif ist das Verfahren, durch die Ver-

brennung mit reinem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angerei-

cherter Luft die NOx-Emissionen zu minimieren, so dass der

restliche Rauchgasstrom vorwiegend aus CO2 und H2O besteht.

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CO2-Lagerung im 1.000 m unter dem Meeresspiegel gelegenen Sleipner-Feld

Die EU hat Programme mit dem Ziel

gestartet, mindestens 90 % des CO2

einzufangen und die Kosten für das

Verfahren zu halbieren.

Bei der anschließenden Auskondensation des Wasserdampfs

aus dem Rauchgas entsteht hochkonzentriertes CO2 , das abge-

schieden, weiterverwertet oder deponiert werden kann. Dieses

Verfahren befindet sich allerdings erst in einer konzeptionellen

Entwicklungsphase. Kostspielig ist zurzeit noch die Bereitstel-

lung des Sauerstoffs.

Precombustion Diese Anwendung erfolgt vor der Verbrennung, aber nach der

Kohlevergasung. Der Prozess befindet sich in einem fort-

geschrittenen Entwicklungsstadium. Durch die Vergasung der

Kohle bei 1.000 °C kann das Kohlendioxid vor der Verbrennung

entfernt werden: Aus Kohle, Sauerstoff und Wasserdampf

entsteht ein synthetisches Gas, aus dem sich dann kon-

zentriertes CO2 abtrennen und entfernen lässt. Auf physikali-

schem Wege kann das Treibhausgas unter Druck von kaltem

Methanol absorbiert und bei Entspannung wieder freigesetzt

werden. Der Wirkungsgrad eines solchen Kraftwerkes sinkt

durch die CO2-Auswaschung um 6 – 8 % auf 42 – 44 %.

US-Clean-Coal Programm/Projekt FutureGen In den USA werden schon seit geraumer Zeit umfangreiche

Programme in Forschung und Entwicklung unterstützt, die

das Ziel des (fast) CO2-freien Kohlekraftwerkes verfolgen. Das

Department of Energy hat im Rahmen des Clean-Energy-

Programms das Sonderprojekt FutureGen gestartet, das auf

den Prototyp einer neuen, industriell verfügbaren Kohlekraft-

werkstechnologie zielt. Basistechnik soll die Kohlevergasung

sein, angestrebt wird ein Wirkungsgrad von 60 % bei einer

CO2-Abscheidung von 90 %. Außer Strom soll auch Wasserstoff

für andere Verwendungen, z. B. für Brennstoffzellen im Straßen-

verkehr, erzeugt werden.

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53

Die Realisierungschancen dieses Projektes werden in Europa

überwiegend kritisch betrachtet, während das Programm von

den USA als Alternative zum Kioto-Protokoll ausgegeben wird.

www.fossil.energy.gov/programs/powersystems/futuregen

Was geschieht mit dem CO2?

Ist das Kohlenstoffdioxid erst einmal abgetrennt, dann stellt

sich die Frage, wo es gelagert werden soll. Allein ein 1.000-

Megawatt-Kohleblock lässt jährlich mehr als acht Millionen

Tonnen CO2 entstehen. Für die Deponierung bieten sich Erdöl-

felder an; in der Endphase ihrer Ausbeutung könnte die Zu-

gabe von CO2 sogar die Fördermenge steigern. Als Alternative

kommen bereits ausgebeutete Erdgaslagerstätten infrage.

Schließlich könnte, rein theoretisch, das abgetrennte CO2 auch

in tiefen Grundwasserleitern, so genannten Aquiferen, gela-

gert werden.

ForschungsprojekteDas EU-Projekt CASTOR (CO2 from Capture and to Storage)

bearbeitet neben der Abscheidung (Sequestrierung) des CO2

von den Rauchgasen auch die Lagerung, deren Leistungs-

fähigkeit, Sicherheit und Umweltauswirkungen. www.co2castor.com

Das Programm ENCAP (Enhanced Capture of CO2) zum Beispiel

hat zum Ziel, bei fossilen Energieträgern mindestens 90 % des

CO2 einzufangen und die Kosten für die Verfahren zu halbieren.

Der Schwerpunkt der Forschung richtet sich auf absorbierende

und durchlässige Membranen, die die Abspaltung von Wasser-

stoff und Kohlendioxid aus dem Synthesegas ermöglichen.

www.co2captureandstorage.info. Der Wasserstoff ist vielseitig

weiterverwertbar. Über die längste Erfahrung verfügt der nor-

wegische Statoil-Konzern, der seit sieben Jahren auf einer

Plattform im Sleipner-Feld das bei der Gasförderung anfallen-

de CO2 abtrennt und es in das 1.000 m unter dem Meeres-

spiegel gelegene Gasfeld zurückpresst. Das Gas kann auch, wie

in Nordamerika derzeit getestet, unter hohem Druck in alte

Erdölfelder gepumpt werden.

In Deutschland sind vor allem Erdgasfelder interessant. Da

das Kohlendioxid ähnliche Eigenschaften wie Erdgas hat,

müsste sich die Lagerung relativ problemlos gestalten lassen.

Außerdem könnte man CO2 auch in den ehemaligen Steinkohle-

zechen lagern. Aber diese Schachtsysteme sind nicht einfach

zu verschließen, da überall Bohrlöcher nach oben führen.

Alternativ könnte man das Kohlendioxid in Kohleflöze pum-

pen, deren Ausbau nicht (mehr) lohnend ist. Die Kohle selbst

würde das Kohlendioxid speichern und gleichzeitig Methan

abgeben. Allerdings muss noch untersucht werden, wie sich

das Kohlendioxid unter diesen Bedingungen zuverlässig ab-

schirmen lässt. Das EU-Projekt CO2SINK untersucht nahe bei

Berlin die Lagerung des CO2 in Aquiferen. In diesen Salzwasser

führenden Gesteinsschichten, wie sie zum Beispiel unter dem

gesamten norddeutschen Becken liegen, dürfte für Deutsch-

land das größte Reservoir zur Verfügung stehen.

www.gfz-potsdam.de und www.co2sink.org <<

Fazit:Die Lagerung des CO2 ist noch zu wenig erforscht

Das Lagern von Kohlendioxid unter der Erde erscheint derzeit nicht als Lösungder Treibhausgasprobleme. Die Hohlräume für eine Lagerung sind begrenztund die Auswirkungen, die das Kohlendioxid bei der Lagerung auf seine Umweltausübt, sind noch nicht ausführlich erforscht. Insgesamt betrachtet, senkt dieCO2-Abscheidung den Wirkungsgrad der Kraftwerke und damit die Ausnutzungder Brennstoffe. Dennoch können die Sequestrierung und Lagerung des Kohlen-dioxids – bei positiven Forschungsergebnissen – einen wichtigen Zwischenschrittauf dem Weg zur langfristigen emissionsfreien Energiewirtschaft darstellen.


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Satellitenaufnahme: USA, New York City

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6.Neue Technologien dezentral nutzen

Die »kleine Kraft-Wärme-Kopplung« wird zunehmend bei der dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung für Wohn- und Gewerbeeinheiten eingesetzt. Die Leistung der Miniblock-heizkraftwerke liegt typischerweise im Kilowattbereich, damit eignen sie sich für den Ein-satz in Mehrfamilienhäusern, Gewerbebetrieben, Schulen, Hotels und Krankenhäusern. Aufgrund ihrer geringen Leistung können sie ins Niederspannungsnetz eingebunden werden.


Vielfältiges Angebot

Miniblockheizkraftwerke sind kompakte, anschlussfertige

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, deren Motor, Generator und

Wärmetauscher jeweils in einem Block montiert sind. Haupt-

prinzip und Voraussetzung für ihre Wirtschaftlichkeit ist dabei

die gleichzeitige Nutzung der dezentral bereitgestellten Elek-

trizität und Wärme. Der Generator erzeugt den Strom und der

Wärmetauscher koppelt die Nutzwärme aus. Als konventionelle

Technologien zur Kraft-Wärme-Kopplung werden insbesondere

der Verbrennungsmotor sowie die Gasturbine eingesetzt, viel-

versprechende Innovationen gibt es bei einer Reihe von kleineren

Geräten.

Stirling-MotorenDurch eine besondere Flexibilität zeichnen sich die Stirling-

Motoren aus: Sie benötigen keinen speziellen Treibstoff, da sie

durch eine externe Wärmequelle angetrieben werden. Diese

Unabhängigkeit eröffnet interessante technologische Poten-

ziale. So existieren bereits Pilotanlagen für Stirling-Motoren,

die im kleinen Leistungsbereich Biomasse nutzen.

Da Stirling-Motoren für variable Leistungen modulierbar

sind, können sie in unterschiedlich großen Wohnanlagen ein-

gesetzt werden. Allerdings müssen die Geräte, um wirtschaft-

lich betrieben werden zu können, wie alle anderen Kraft-

Wärme-Kopplungsanlagen auch möglichst durchgehend

Wärmeenergie abgeben. Daher eignen sie sich am besten für

Anlagen oder Gebäude mit hohem Warmwasserverbrauch wie

Hotels oder für Gewerbebetriebe mit hohem Wärmebedarf.

Stirling-Motoren werden schon jetzt zum Antrieb von

Unterseebooten im Bereich von 75 – 100 kW verwendet.

Mittelfristig gute Chancen ergeben sich für die Kraft-Wärme-

Kopplung. Einige Hersteller entwickeln und testen derzeit

mit Erdgas betriebene Stirling-Motoren für die Strom- und

Wärmeversorgung von Einfamilienhäusern und rechnen mit

einer baldigen Markteinführung. Außerdem laufen zurzeit

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umfangreiche Tests, um einen holzgefeuerten Stirling-Motor

auf den Markt zu bringen. Die Marktchancen beim PKW-

Antrieb dagegen sind eher als gering einzuschätzen.

Mikrogasturbinen Mikrogasturbinen sind etwa 1.000-mal kleiner als die Gastur-

binen einer zentralen Kraft-Wärme-Kopplungsanlage. Sie werden

vor allem im industriellen Bereich eingesetzt, sind aber zuneh-

mend auch zur Erzeugung von Raumwärme interessant. Sie

arbeiten mit den unterschiedlichsten Brennstoffen wie Erdgas,

Biogas, Flüssiggas, Fackelgas und Heizöl. Große Unternehmen

setzen bei der Erzeugung von Wärme und Strom schon lange

auf eigene Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung, für kleine

und mittlere Betriebe rechnete sich dieses Verfahren in der

Regel bislang nicht. Die Mikrogasturbine könnte das ändern.

Bei elektrischen Leistungen von nur 30 bis 200 kW kann

sie auch Prozesswärme erzeugen und als Wärmequelle für

Absorptionskälteanlagen dienen.

Brennstoffzellen Brennstoffzellen nutzen die Energie eines elektrochemischen

Prozesses zur Stromerzeugung. Bei der so genannten kalten

Verbrennung wird aus Wasserstoff elektrische Energie gewon-

nen. Brennstoffzellen können für Leistungsbereiche von wenigen

Watt bis mehreren Megawatt gebaut werden; bei ihrem

Betrieb entstehen keine schädlichen Emissionen. Einige

Brennstoffzellentechnologien stehen bereits an der Schwelle

zur kommerziellen Anwendung. Mit einer breiten Marktein-

führungsphase wird aber frühestens ab 2010 gerechnet.

Schlagzeilen machen zurzeit vor allem die Fortschritte bei

den mobilen Anwendungen der Brennstoffzellen. Laptops oder

Handys sollen in Zukunft ganz einfach betankt werden kön-

nen. Fast alle führenden Automobilhersteller beschäftigen sich

mit der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC)

Stirling-Motor

57

als alternativer Antriebsquelle. Es sind noch mehrere techni-

sche Probleme wie zum Beispiel die Haltbarkeit der Materia-

lien zu lösen. An dieser Aufgabe arbeiten die Forscher des

Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Sinter-

werkstoffe in Dresden. Das Dresdner Team hat das Herz der

SOFC-Brennstoffzelle, die Keramik, so weiterentwickelt, dass

sie weniger Kontaktwiderstände zwischen den einzelnen

Schichten aufweist, die sonst den Stromfluss behindern und

Verluste verursachen.

Brennstoffzellen nutzen die Energie eines

elektrochemischen Prozesses zur Stromer-

zeugung. Aus Wasserstoff wird elektrische

Energie gewonnen.

MiniaturbrennstoffzellenAm schnellsten entwickeln sich zurzeit die mobilen und mini-

aturisierten Anwendungen. So haben amerikanische Wissen-

schaftler eine Minibiobrennstoffzelle weiterentwickelt, die mit

Alkohol statt mit Wasserstoff betrieben wird. Als (biolo-

gische) Katalysatoren fungieren Enzyme. Das System passt

auf einen nur wenige Quadratzentimeter großen Chip. Zwar

ist die Leistung des neuen Prototyps pro Quadratzentimeter

mit 53 Mikroampere bei 0,34 Volt sehr schwach, dennoch

sehen die Wissenschaftler Anwendungen beispielsweise für

Analysegeräte im Miniformat, die auf einem Chip unter-

gebracht sind. Der amerikanisch-israelische Hersteller Medis

will nach einer Information der Initiative Brennstoffzelle 2006

Bad Schönborn bei Karlsruhe, Anlieferung Brennstoffzelle

mit der Massenproduktion von Kleinbrennstoffzellen als Lade-

geräte und Stromquellen für Handys und Kleincomputer

beginnen. www.slu.edu/readstory/newsinfo/2474.

Brennstoffzelle im VerkehrEine Vielzahl von mobilen Anwendungen betrifft den Verkehr:

Bei der Fußball-WM 2006 sollen mit Brennstoffzellen

betriebene Kleinbusse an den drei NRW-Spielorten Gelsen-

kirchen, Dortmund und Köln im Shuttledienst fahren.

Das Bundeskanzleramt verwendet eine A-Klasse »F-Cell«

von DaimlerChrysler im Alltagsbetrieb des Fuhrparks. Die

Brennstoffzellenautos von DaimlerChrysler haben auf einer

spanischen Teststrecke einen Dauertest über 24 Stunden

absolviert. Bei einer durchschnittlichen Geschwindigkeit

von 120 km/h fuhren sie insgesamt 8.500 km und hielten

nur zum Tanken.

Im November 2004 wurde bei einer bestehenden Aral-

Station in Berlin eine zweite Wasserstofftankstelle in Betrieb

genommen. Die Tankstelle ist Teil des Projekts »Clean Energy

Partnership Berlin«. www.cep-berlin.de

Die Stuttgarter Straßenbahnen-Gesellschaft hat seit über

einem Jahr drei Wasserstoff-Busse im Rahmen des europäi-

schen Projektes CUTE (Clean Urban Transport for Europe) in

Betrieb. CUTE sieht den Betrieb von ca. 30 Bussen in den Städten

Amsterdam, Barcelona, Hamburg, London, Luxemburg,

Madrid, Porto, Stockholm und Stuttgart vor. Ein weiteres

Demonstrationsprojekt namens ECTOS läuft in Reykjavík

(Island), wo drei mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energie-

quellen betriebene Busse zirkulieren. www.fuel-cell-bus-club.com <<

Containerfundament für eine Brennstoffzelle Brennstoffzelle im Aufbau Technikraum


58

Typ Brennstoff Leistung Temperatur- Anwendungs-bereich gebiet

DMFC Methanol 1 – 100 W 60 – 130 °C Mobile Klein-Direktmethanol- anwendungen wie brennstoffzelle Laptops und HandysFC: Fuel CellAFC Wasserstoff 20 – 100 kW 70 – 100 °C RaumfahrtAlkalische Brenn- U-BootestoffzellePEMFC Wasserstoff, Bis 250 kW Ca. 80 °C PKWs, Busse, Polymer-Elektrolyt- Methan BlockheizkraftwerkeMembran-BrennstoffzellePAFC Wasserstoff, 200 kW – 10 MW 130 – 220 °C BlockheizkraftwerkePhosphorsaure Methan KleinkraftwerkeBrennstoffzelleMCFC Erdgas, Methan 300 kW – 2 MW 650 °C Blockheizkraftwerke,Schmelzkarbonat- KleinkraftwerkeBrennstoffzelleSOFC Erdgas, Methan, 1 – 1.000 kW 800 – 1.000 °C HausversorgungOxidkeramische Wasserstoff KleinkraftwerkeBrennstoffzelle

Für Blockheizkraftwerke interessante Brennstoffzellen sind vor allem die PEMFC, PAFC, MCFC und SOFC

SOFC Solid Oxide Fuel Cell DMFC Direct Methanol Fuel Cell

Rasterelektronenmikroskopaufnahme der Schichtstrukturen von Brennstoffzellen in Falschfarbendarstellung

Die unterschiedlichen Brennstoffzellentypen im Vergleich

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59

Fazit:Schon heute gibt es ein breites Spektrum von dezentralen Energieerzeugern

Wir müssen uns schon heute auf Chancen vorbereiten, die sich künftigbieten. Brennstoffzellen haben potenziell einen hohen elektrischenNutzungsgrad und niedrige Schadstoff-Emissionen. Aber die Systemesind bisher technisch noch nicht ausgereift und die Investitionskostensind noch sehr hoch. In Verbindung mit der Brennstoffzelle wird Wasser-stoff der ideale Energieträger der Zukunft sein. Wasserstoff tritt jedochin der Natur nur in chemischen Verbindungen auf. Um ihn aus denMolekülen abzuspalten, muss Energie aufgewendet werden. Bisher kannnoch nirgendwo auf der Erde Wasserstoff kostengünstig gewonnenwerden. Er entsteht – wie Elektrizität – erst durch technische Umwand-lung von Primärenergie. Mehr dazu beim Thema Wasserstoff.

Die Brennstoffzelle wird für die Zukunft der Kraft-Wärme-Kopplung eine große Rolle spielen. Daher beteiligt sich die EnBW mit vielen Pilot-projekten und Tests an der Weiterentwicklung dieser vielversprechendenTechnologie. Gleichwohl sollte man den Einbau einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage nicht hinauszögern, weil man auf eine Brennstoffzellen-Anlage hofft. Die heute bereits verfügbaren Technologien auf der Basisvon Verbrennungsmotoren haben einen hohen Gesamtnutzungsgradund sind auch aktuell schon einsetzbar.


60

Dr. Alois Kessler

Mikrogasturbine Stirling-Motor

Stirling-MotorSeit 2003 erprobt die EnBW gemeinsammit der Firma SOLO Stirling-Aggregate in der dezentralen Gebäudeenergiever-sorgung. Nach den bisherigen Erfahrungenschätzen alle Beteiligten den Motor alseine umweltschonende und langfristiginteressante Form der dezentralen Ener-gieversorgung ein. Die Leistung des SOLO Stirling 161 ist modulierbar von 2 – 9,5 kW elektrisch bzw. 8 – 26 kW ther-misch, der elektrische Wirkungsgrad beträgt 24 %, thermisch 65 – 75 %. www.stirling-engine.de

Seit kurzer Zeit arbeitet die EnBW auchmit der Firma Whisper Tech zusammen, die einen Stirling-Motor mit dem NamenWhisperGen anbietet. Die elektrischeLeistung des WhisperGen kann zwischen0,4 und 1,2 kW moduliert werden, wobeidann eine thermische Leistung zwischen4,9 und 8,0 kW zur Verfügung steht. Wieder Name schon sagt, soll sich der Motordurch ein besonders leises Arbeiten aus-zeichnen und eine Brennstoffeffizienz vonüber 90 % erreichen. www.whispergen.com

MikrogasturbineDie EnBW testet die Mikrogasturbinenaktuell an zwei Standorten. Die ersteging im Juni 2003 bei den StadtwerkenDüsseldorf AG in Flingern in Betrieb (100 kW elektrisch, 160 kW thermisch),die zweite wurde Anfang 2005 im Robert-Bosch-Krankenhaus in Stuttgart als Vorschaltturbine installiert. Bei beidenhandelt es sich um Anlagen des Herstel-lers Turbec. Die Leistung der Mikrogas-turbinen von Turbec variiert von 25 bisetwa 100 kW elektrisch und 60 – 160 kWthermisch. Der Wirkungsgrad beträgt 25 – 28 % elektrisch, der thermische Wir-kungsgrad ist abhängig vom Temperatur-niveau des Abgases und erreicht etwa 50%.www.turbec.com und www.enbw.de

EnBW: Mikrogasturbinen und Stirling-Motoren im Test

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Caritas-Pflegeheim Seniorenzentrum in EttlingenIm Caritas-Pflegeheim Seniorenzentrumin Ettlingen soll im Rahmen des landes-weiten EnBW-Projekts ein Brennstoffzel-lenheizgerät von Vaillant in die bestehendeHeizungsanlage integriert werden. DasPEM-Niedertemperatur-Brennstoffzellen-heizsystem wird mit Erdgas betrieben.

Bei einer elektrischen Leistung von 4,5 kWund einer Wärmeleistung von 9,1 kW kannein Gesamtwirkungsgrad von rund 85 %erreicht werden. Die Caritas muss nur fürdie anfallenden Energiekosten aufkommen.Installation, Wartung und Betrieb überneh-men hingegen die Projektpartner Stadt-werke Ettlingen und EnBW.

Hellmuth Frey Markus Edel

Pionierhaushalte in Baden-WürttembergSeit Frühjahr 2001 untersucht die EnBW mit Pionierhaushalten die Haus-strom- und Wärmeversorgung mit derBrennstoffzellentechnologie. Ziel ist es,die Brennstoffzellentechnik in der Haus-energieversorgung zu etablieren und ihrBetriebsverhalten sowie die Anwendungs-freundlichkeit in der Praxis zu untersu-chen. Die EnBW übernimmt die Installa-tion, die Finanzierung, den Betrieb undsämtliche Dienstleistungen im Rahmender Erprobungsphase (s. a. Contracting).

Das erste Brennstoffzellenheizgerät derVorserie wurde im Dezember 2001 instal-liert. Ende 2004 waren es bereits 16 Ge-räte; bis 2006 sollen rund 55 Kunden dieseTechnologie einsetzen. Nach den oxid-keramischen Brennstoffzellenheizgerätender Vorserie wird 2005 das weiterent-wickelte seriennahe Gerät von SulzerHexis ausgeliefert, bevor voraussichtlich2007/2008 die Serienfertigung beginnt.

Michelin-ReifenwerkWeltweit erstmalig wird im Karlsruher Michelin-Reifenwerk mit einer Schmelz-karbonat-Brennstoffzelle (MCFC) Prozess-wärme für die industrielle Fertigung erzeugt und auch hier sind die Erfahrun-gen vielversprechend: Im Karlsruher Michelin-Reifenwerk hat die EnBW Ende2002 die Hochtemperaturbrennstoffzelleinstalliert, die neben Strom und Wärmeauch Prozessdampf für die Vulkanisationvon Reifen erzeugt. Das HotModule wirdim Normalfall mit Erdgas betrieben, kannaber auch mit anderen Brennstoffen arbeiten. Zum Stichtag 31.12.2004 wardiese Brennstoffzelle schon etwa 17.000Stunden in Betrieb und hatte – nach einernotwendigen Veränderung in der Gas-mengenmessung – einen elektrischen Wir-kungsgrad von 46,7 % erreicht.

Das Reifenwerk arbeitet im Dreischicht-betrieb. Das Potenzial der gekoppeltenErzeugung von Wärme und Strom, derKraft-Wärme-Kopplung, kann so optimalgenutzt und die Brennstoffzelle in Grund-last betrieben werden. Die maximaleLeistung der MCFC beträgt 245 kW elek-trisch und 180 kW thermisch.

EnBW: Pilotprojekte mit der Brennstoffzelle


62

Satellitenaufnahme: Argentinien, Buenos Aires

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7.Regenerative Energieträger haben heute einen Anteil von rund 14 % am weltweiten Primärenergieverbrauch. Die Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, in Deutschland denAnteil regenerativer Energien bei der Stromerzeugung bis 2020 auf 20 % zu steigern. Die Sonne ist dabei der wichtigste Energielieferant der Erde: Alle fossilen Energieträger sind letzt-lich gespeicherte Sonnenenergie und auch die regenerativen Energien nutzen die Energie des Sonnenlichts.

Erneuerbare Energien fördern


Sonne

Solartechnologien wie Fotovoltaik und Solarthermie gehen

den direkten Weg und beziehen Wärme oder Strom direkt aus

der Strahlungsenergie der Sonne. Theoretisch steht dabei

mehr Energie zur Verfügung, als weltweit benötigt wird. Es

bleibt jedoch eine Herausforderung, dieses Energiepotenzial

wirtschaftlich im Wettbewerb mit den fossilen Energieträgern

zu nutzen.

Die solare Nahwärmeversorgung mit saisonalem Wärme-

speicher in den Hirtenwiesen bei Crailsheim nahe Stuttgart

wurde als eines der vier »Leuchtturmprojekte« im Rahmen der

»Partner für Innovation« ausgewählt. Kern der Anlage ist ein

neuartiger Hybridspeicher, eine Kombination aus Kurzzeit-

und Langzeitwärmespeicher. Durch die saisonale Speicherung

in Verbindung mit einer Nahwärmeversorgung sollen 50 – 60 %

des Heizenergiebedarfes einer ganzen Wohnsiedlung umwelt-

freundlich durch Solarenergie gedeckt werden. Die besondere

Innovation des Hybridspeichers liegt neben seiner modularen

Ausbaufähigkeit in der Kombination des Heißwasserspeichers

mit einer Wärmepumpe zur Verbesserung der Speicherschich-

tung und der thermischen Ausnutzung des Speichervolumens.

Dies führt zu einer deutlichen Effizienzsteigerung des Spei-

chers. www.stw-crailsheim.de

Saisonale Wärmespeicherung wurde bisher in mehreren

Pilotanlagen unterschiedlicher Konzepte in Deutschland erprobt.

Wegen der hohen spezifischen Speicherkosten ist diese Tech-

nik noch nicht wirtschaftlich. Sie erfordert insbesondere den

Einsatz neuartiger Dämm- und Konstruktionswerkstoffe für

die Speicherung sowie entsprechende Technikkonzepte.

FotovoltaikSolarzellen wandeln gerichtetes und diffuses Sonnenlicht

direkt in elektrischen Strom um. Halbleiter haben die Eigen-

schaft, Ladungsträger unter Lichteinstrahlung zu trennen und

auf diese Weise elektrische Energie zu erzeugen. Fotovoltaik-

anlagen werden bisher vor allem lokal genutzt, um einzelne

Gebäude oder auch Parkscheinautomaten mit Strom zu

versorgen. Aufgrund der hohen Investitionen ist Solarstrom

deutlich teurer als Strom aus anderen regenerativen Energie-

formen. Den Berechnungen der Energie-Enquete-Kommission

zufolge könnten mit Solarzellen auf Dach- und Fassaden-

flächen theoretisch fast 40 % des derzeitigen Strombedarfs

durch Solarstrom ersetzt werden.

Die Anlagengröße kann variieren von wenigen Watt bis

50 kW (Anlagen auf Hausdächern und an Fassaden) bis hin zu

einigen Megawatt (auf großen exponierten Freiflächen). Der

theoretische Maximalwirkungsgrad liegt für die meisten Halb-

leiter zwischen 28 % und 45 %. Die Leistung einer Solarzelle ist

temperaturabhängig.

Das erschlossene Energiepotenzial hängt vor allem von der

nutzbaren Sonnenscheindauer ab. Zusätzlich spielt der Wir-

kungsgrad des verwendeten Halbleitermaterials eine wichtige

Rolle. Kostengünstiges amorphes Silizium erreicht in der Praxis

einen Wirkungsgrad von rund 6 %, polykristallines Silizium bis

zu 14 % und das noch kostspieligere monokristalline Silizium

bis zu 17 %. Neue CIS-Dünnschichtmodule mit einer Kupfer-

Indium-Selen-Beschichtung sollen bei einem geringeren

Material- und Energieaufwand in der Massenfertigung einen

Wirkungsgrad von knapp 13 % erreichen.

SolarkollektorenZur Wärmegewinnung setzen Solarkollektoren Sonnenlicht

mit Hilfe von geschwärzten Absorbern in Wärme um. Die

Absorber werden von einem Transportmedium durchströmt, das

die Wärme zu einem Verbraucher oder einer Wärmepumpe führt.

Solarkollektoren sind häufig zusätzlich verglast, um mit

dieser zusätzlichen Schicht den Wärmeverlust durch Abstrah-

lung zu verringern. Höhere Temperaturdifferenzen und Wir-

kungsgrade werden durch Vakuumröhren erreicht, die neben

Strahlungsverlusten auch den Wärmeverlust durch Leitung

verringern. Wie bei der Fotovoltaik hängt das erschlossene

Energiepotenzial von der nutzbaren Sonnenscheindauer ab.

Solarkollektoren werden vor allem zur lokalen Warm-

wasserbereitung und Gebäudeheizung genutzt. Die Solarbranche

erwartet, dass in Zukunft etwa 4 Millionen m2 Kollektorfläche

pro Jahr zusätzlich installiert werden und sich dieser Wert bis

zum Jahr 2010 auf etwa 10 Millionen m2 pro Jahr steigern könnte.

In Deutschland waren bis Mitte 2004 über 6 Millionen m2

Kollektorfläche installiert. Der Wirkungsgrad von Flachkollek-

toren beträgt 55 %, von Vakuumröhrenkollektoren bis zu 80 %.

Typische Erträge moderner Kollektoren liegen im Bereich von

500 bis 600 kWh pro Quadratmeter und Jahr. www.bsi-solar.de

AufwindkraftwerkeDiese Kraftwerke stellen einen Grenzfall von Sonnen- und

Windenergie dar. Sie nutzen den Auftrieb erwärmter Luft

für die Erzeugung von Strom. Luft wird von der Sonne in

einer großflächigen, transparenten Kuppel erwärmt und

steigt durch einen Kamin nach oben, wobei sie eine Wind-

turbine antreibt.

Aufwindkraftwerke könnten in Afrika und Asien einen

wichtigen Beitrag zur Energieversorgung leisten: Dort sind

Platz und Sonnenlicht im Überfluss vorhanden. Bisher sind

jedoch alle Bauvorhaben in der Dritten Welt an den hohen

Kosten gescheitert. >>

64

65

Schulzentrum in Marbach am NeckarDie mit 50 kW Leistung weltweit größteCIS-Fotovoltaikanlage am Schulzentrumin Marbach am Neckar erzeugt seit Ende2002 erstmals in nennenswerter HöheStrom. Die Solarmodule stammen ausder Pilotfertigung der Würth Solar GmbH& Co. KG, die im Jahr 2000 von der WürthGruppe, der EnBW und dem Zentrum fürSonnenenergie und Wasserstoffforschung(ZSW) in Stuttgart gegründet wurde.

Bei der CIS-Technologie werden Solar-module hergestellt, deren lichtempfind-liche Schicht nur wenige Mikrometer dickist. Diese Schicht besteht aus den Mate-rialien Kupfer, Indium und Selen, die aufeinfaches Fensterglas aufgetragen werden.CIS steht als Abkürzung für diese Elemen-te. Entwickelt wurde die CIS-Dünnschicht-Technologie der Würth Solar GmbH vomInstitut für Physikalische Elektronik der Universität Stuttgart und dem ZSWgemeinsam.

Seit dem Aufkommen der Technik vor zwei Jahrzehnten untersucht die EnBWdas Langzeitverhalten von Fotovoltaik-modulen, um ihre Kunden kompetent zuberaten. Die EnBW betreibt darüber hin-aus 29 eigene Anlagen mit einer Leistungvon 197 kW in ihrem Netz.

Sonnenstrom im Raum OberschwabenDas neue EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) hat einen deutlichen Anstieg derEinspeisung von Sonnenstrom ausgelöst.Insgesamt 13.500 Fotovoltaikanlagen mitrund 87.000 kW Leistung und einer Jah-reserzeugung in der Größenordnung vonrund 80 Millionen kWh speisen Strom insNetz der EnBW. Die EnBW Regional AGhat die Aufgabe, diesen privat erzeugtenSonnenstrom in das öffentliche Netz auf-zunehmen. Allein im Raum Oberschwabenspeisen derzeit 3.673 Anlagen mit etwa25.000 kW Leistung Sonnenstrom in dasNetz der EnBW ein. Aufs Jahr gerechnetsind das knapp 23 Millionen kWh. DieKundenbetreuung umfasst Beratungs-und Dienstleistungen. Bevor eine Anlageans Netz gehen kann, muss geprüft wer-den, ob Rückwirkungen auf das örtlicheStromnetz im Toleranzbereich bleiben.Als der für die Versorgungsqualität ver-antwortliche Netzbetreiber trägt die EnBWSorge dafür, dass der Betrieb einer Foto-voltaikanlage zum Beispiel keine Span-nungsschwankungen verursacht, die beiempfindlichen elektronischen Geräten zu Störungen – auch an Anlagen benach-barter Netzkunden – führen können.

Bernhard Heyder

Uwe Winkler

Solarmodul (halbtransparent) Solarofen der Plataforma Solar de Almería: Das Testpanel spiegelt sich im Parabolspiegel

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EnBW: Sonne im Netz


66

>> Die Technik befindet sich noch im experimentellen Stadi-

um und eignet sich durch die erforderlichen gewaltigen Aus-

maße nur für den Einsatz in Wüstengebieten.

Anfang der 80er Jahre wurde in einem Wüstengebiet bei

Manzanares, Spanien, eine Versuchsanlage mit einer verhält-

nismäßig geringen Leistung von 50 kW errichtet. Im Frühjahr

1989 stürzte der Kamin bei einem Orkan jedoch zusammen

und wurde nicht wieder aufgebaut. Das australische

Energieunternehmen EnviroMission will nun bis 2008 das

erste kommerzielle Aufwindkraftwerk bauen. Ein 200-Mega-

watt-Aufwindkraftwerk mit 5 km Durchmesser soll in Mildura,

rund 500 km nördlich von Melbourne, entstehen.

Für ein Kraftwerk mit 5 MW Leistung benötigt man ein

Kollektordach von 1,1 km Durchmesser und einen Kamin von

445 m Höhe und 27 m Durchmesser. Ein einzelnes Aufwind-

kraftwerk kann bei entsprechender Glasfläche und hohem

Kamin für 100 bis 200 MW ausgelegt werden. Der Wirkungs-

grad wächst mit der Höhe des Kamins.

Dish-Stirling-SystemeVielversprechende Potenziale werden den so genannten Dish-

Stirling-Systemen im Leistungsbereich von 10 kW elektrisch

bis nahezu 10 MW elektrisch für eine solare Stromerzeugung

in Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung prognostiziert.

Dish-Stirling-Systeme werden durch gebündelte Sonnenwärme

angetrieben, so z. B. das Euro-Dish Project der EU auf der Plata-

forma Solar de Almería (PSA) (Spanien). Die Leistung wird mit

5 – 25 kW elektrisch angegeben. Die einzelnen Module können

leicht zu einem Park bis zu einer Größe von 5 – 10 MW zusam-

mengeschlossen werden. Mit einem Wirkungsgrad von 29 %

wird so der bisher höchste Konversionsgrad aller solarthermi-

schen Anlagen angegeben. www.klst.com/projekte/eurodish

Fazit:Sonnenenergie wird man vor allem in sonnigen Ländern

nutzen: Sonnenenergie wird überwiegend für die lokale

Wärmeerzeugung genutzt, die Stromerzeugung durch Fotovol-

taik und konzentrierte Solarthermie bewegt sich weltweit im

Promillebereich. Wegen der hohen Kosten ist Solarstrom

ohne Förderung auch langfristig nicht wettbewerbsfähig.

Die Wirtschaftlichkeit von Sonnenenergie ist orts- und wetter-

abhängig, zudem ist durch die wechselnde Leistung keine

Grundlastfähigkeit gegeben. Wirklich interessante Potenziale

bietet sie vor allem in den sonnenreichen Entwicklungs-

ländern. <<

67

Dish-Stirling-System aus einem Parabolkonzentrator, einem Strahlungs-empfänger (Receiver) und dem Stirling-Motor mit angekoppeltem Generator

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Gezeitenkraftwerke nutzen den Tidenhub, das heißt die Wasser-

standsdifferenz zwischen Ebbe und Flut. Bislang sind jedoch

nur wenige Gezeitenkraftwerke im Einsatz.

Darüber hinaus befindet sich eine neue Technologie in

der Entwicklungsphase, bei der Gezeitenströme oder auch

andere Strömungen durch Rotorsysteme im offenen Meer

genutzt werden.

Bis 2030 rechnet die International Energy Agency, IEA, vor

dem Hintergrund des starken Wachstums anderer regenerati-

ver Energien mit einem rückläufigen Anteil des Wassers an der

Weltstromproduktion. Beim weiteren Ausbau der Wasserkraft

wird darüber hinaus die landschaftsschonende Gestaltung der

Anlagen immer wichtiger. Durch die hohen Wirkungsgrade der

Wasserkraft von bis zu 90 %, eine CO2-freie und grundlastfähige

Energieerzeugung wird diese regenerative Energieform jedoch

auf lange Sicht eine überragende Bedeutung behalten. In den

nächsten 25 Jahren werden bei rund einem Drittel aller derzeit

betriebenen Wasserkraftanlagen die Genehmigungen auslaufen.

Modernisierungen könnten eine zusätzliche Leistung von

ca. 400 – 500 MW und damit eine weitere Stromerzeugung in

Höhe von etwa 2.200 – 2.700 GWh pro Jahr in Deutschland

erschließen. Die EnBW vermeidet mit Strom aus Wasserkraft

jährlich´einen Ausstoß von insgesamt 6,3 Millionen t Kohlen-

dioxid (CO2).

Fazit: Wasserkraft nimmt mit Abstand die Führungsrolle bei den

regenerativen Energien ein. Weltweit werden fast 20 % der

Stromproduktion durch Wasserkraft erzeugt, in einzelnen Län-

dern wie beispielsweise Norwegen und Paraguay sind es fast

100 %. In zahlreichen Regionen ist das Potenzial der Wasser-

kraft dementsprechend schon weitgehend ausgeschöpft, vor

allem in China und Lateinamerika ist dagegen mit weiterem

Wachstum zu rechnen. <<

Wasser

Durch Sonneneinstrahlung verdunstet Wasser, steigt in die

Atmosphäre auf und trifft als Niederschlag auf das Festland.

Dort fließt es, der Schwerkraft folgend, in Gewässern zurück

bis zum Meer, dabei wird potenzielle Energie freigesetzt.

In Deutschland liefern derzeit über 5.000 Wasserkraftan-

lagen unterschiedlicher Größe rund die Hälfte des regenerativ

erzeugten Stroms. Pumpspeicherkraftwerke bieten die einzige

Möglichkeit zur Speicherung elektrischer Energie in größerem

Umfang. Wasserkraft ist für Grund-, Mittel- und Spitzenlast-

kraftwerke einsetzbar. Sie haben eine hohe Ausnutzungsdauer

mit durchschnittlich 6.000 Stunden pro Jahr bei sehr gerin-

gen Emissionen, Windkraft etwa 1.680 Stunden pro Jahr.

Laufwasserkraftwerke sind die häufigste Form der Wasserkraft-

nutzung. Sie nutzen das Gefälle von Wasserläufen, um die

kinetische und potenzielle Energie des Wassers mit Hilfe von

Turbinen in elektrische Energie umzuwandeln.

Speicherkraftwerke finden sich an Seen und Talsperren.

Das Wasser natürlicher Zuflüsse wird in diesen Seen aufgestaut

und bei Bedarf über Rohrleitungen zu einer tiefer gelegenen

Turbine geführt.

Pumpspeicherkraftwerke dienen zum aktiven Lastaus-

gleich im Verbundnetz: Sie verfügen über ein hochgelegenes

Oberbecken und ein deutlich niedriger gelegenes Unter-

becken, die über Rohrleitungen miteinander verbunden sind.

6,3 Millionen t Kohlendioxid (CO2)

weniger durch Wasserkraft.

69

Rheinkraftwerk Rheinfelden In Rheinfelden, an der Grenze zwischenDeutschland und der Schweiz, baut dieEnBW ein neues Wasserkraftwerk. Dieneue Anlage soll über 100 MW Leistungbringen, die jährliche Stromproduktionvon rund 565 Mio. kWh wird genügendStrom zur Versorgung von circa 160. 000Haushalten produzieren. Das jetzigeKraftwerk produziert mit seinen 26 MWStrom nur etwa ein Viertel davon. DasProjekt wird in Etappen realisiert – in einem ersten Schritt wird ein neues Stau-wehr entstehen und das alte Maschinen-haus und der Oberwasserkanal für densicheren Betrieb überarbeitet werden.Bis 2007 soll das neue Stauwehr fertig-gestellt sein, dann kann auch mit demKraftwerksbau begonnen werden, bis 2012wird dann das älteste Flusskraftwerk Europas voraussichtlich ersetzt werdenund gehört dann zu den größten Fluss-kraftwerken Deutschlands.

Gleichzeitig mit dem Neubau werdenökologische Ausgleichsmaßnahmen unter-nommen: So wird der alte Kraftwerks-kanal renaturiert. Beim neuen Kanal wirddie Fisch-Durchgängigkeit durch einenähnlichen Fischaufstieg (Fisch-Pass), wieihn die EnBW schon bei Iffezheim realisierthat, abgesichert. Eine andere Besonder-heit wird der neue, 900 m lange Kanalbieten: Sein sehr ruhiges Wasser wird fürLachse und andere einheimische Fischeideale Laichbedingungen herstellen.

Stauwehr und Krafthaus des neuenKraftwerks sind nicht mehr räumlich getrennt, sondern liegen in einer Achsequer zum Rhein. Statt 20 Francis- undKaplanturbinen werden vier große Kaplan-rohrturbinen eingesetzt, die zudem ausströmungstechnischen Gründen amSchweizer Ufer installiert werden.

Wolfgang Triebel

Baufortschritte am Rheinkraftwerk Rheinfelden

EnBW: Wasserkraft am Rhein


70

71

Erdwärme

Anders als alle übrigen Formen regenerativer Energieerzeu-

gung ist Geothermie von der Sonne unabhängig – ab einer

bestimmten Tiefe wird sie aus dem Erdinnern gespeist. Dort

sind nahezu unerschöpfliche Energiereserven zu finden, da

der Zerfall radioaktiver Atome für hohe Temperaturen in Erd-

mantel und Erdkruste sorgt. Die Schätzungen für die Tempera-

tur im Erdkern betragen bis zu 4.700 °C.

Geothermische Energiegewinnung beschränkt sich bisher

auf Bohrungen mit einigen 1.000 Metern Tiefe. In der Erdkruste

erhöht sich die Temperatur im Mittel um rund 3 °C pro 100 m,

so dass selbst in geringer Tiefe erfolgreich Energie gewonnen

werden kann.

In Deutschland waren 2004 etwa 25 Großanlagen mit einer

Leistung von ca. 100 MWth installiert, das entspricht einer

Jahresenergieerzeugung von 197 GWh thermisch.

Untiefe Geothermie

Oberflächennahe Geothermienutzt die Wärme des Erdreichs im Bereich bis zu 200 m Tiefe.

In der Praxis werden Erdsonden meist bis in eine Tiefe von

100 m eingebracht. Die Bohrungen werden anschließend mit

wärmeleitfähigem Material verfüllt, um die durchbohrten

Erdschichten gegeneinander abzudichten und gleichzeitig für

den Wärmetransport zu sorgen. Ein Wasserkreislauf im Inne-

ren der Sonde transportiert die Erdwärme zur Oberfläche.

Welche Wärmeentzugsleistung dabei erreicht wird, hängt

unter anderem von der Beschaffenheit des Untergrunds ab.

Wassergehalt oder Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit

sorgen für hohe Leistungen, während beispielsweise Ton-

schichten den Wärmeentzug deutlich verringern. In jedem Fall

ist die Temperatur im oberflächennahen Bereich mit 10 bis 12 °C

nicht hoch genug, um sie unmittelbar zu nutzen. Die Erdwärme

muss durch Wärmepumpen auf ein höheres Temperatur-

niveau gebracht werden.

Einsatzgebiete der oberflächennahen Geothermie sind vor

allem die Beheizung, aber auch Kühlung von Gebäuden. Eine

Untersuchung des GeoForschungsZentrums Potsdam ergab,

dass mittels der oberflächennahen Geothermie 28 % des Wärme-

bedarfs gesichert werden können.

2004 wurden mehr als 10.000 erdgekoppelte Wärmepum-

pen neu installiert. In neuen Einfamilienhäusern in Deutsch-

land beträgt die typische Wärmeleistung etwa 8 kW.

Die Kennzahl für den Wirkungsgrad ist hier die Jahres-

arbeitszahl, das Verhältnis der genutzten Energie zur auf-

gewandten Energie. Bei guter Ausführung beträgt sie ca. 4, d. h.,

mit einer Kilowattstunde Strom werden vier Kilowattstunden

Wärme erzeugt. >>

Gebiete mit Potenzial für geothermische Kraftwerke

Aktive Vulkane

Geothermische Kraftwerke

Gebiete mit Potenzial für geothermische Kraftwerke


Tiefe Geothermie

>> Hydrothermale Geothermienutzt heißes Wasser typischerweise aus Tiefen von 1.500 –

3.500 m, dort finden sich besonders tiefliegende Thermal-

wasserströme oder wasserführende Gesteinschichten mit

entsprechend hohen Temperaturen. Das Wasser wird durch

Bohrleitungen an die Oberfläche transportiert, gibt dort seine

Energie in Wärmetauschern an einen Sekundärkreislauf ab

und wird anschließend wieder in die Ausgangstiefe zurück-

gepumpt.

Das Thermalwasser hat in der Regel einen hohen Gehalt

an Salzen, die Rohrleitungen und Wärmetauscher belasten, zu-

dem kann es u. a. durch die Abkühlung zu Ausfällungen kommen.

Leistungsfähigkeit und Lebensdauer hydrothermaler Anlagen

hängen also vor allem von der Erschließung geeigneter Aqui-

fere mit günstigen Wasserzusammensetzungen ab.

Hydrothermale Geothermie wird vor allem zur Erzeugung von

Fernwärme genutzt. Zurzeit werden in Deutschland drei Heiz-

werke unter Nutzung hydrothermaler Ressourcen mit einer

Gesamtleistung von 23 MW thermisch betrieben. Das bundes-

weit erste Kraftwerk zur Erzeugung geothermischen Stroms

befindet sich in Neustadt-Glewe (Mecklenburg-Vorpommern),

seine elektrische Leistung beträgt 230 kW. Der Wirkungsgrad

der Stromerzeugung beträgt derzeit ca. 10 %.

Das Einsatzgebiet des Hot-Dry-Rock-Verfahrens ist – wie

der Name bereits andeutet – die Energiegewinnung aus heißem

Tiefengestein. Hier werden Bohrungen in kristalline Gesteine

in Tiefen von 3.000 – 5.000 m vorgetrieben. Hierfür sind

ebenfalls mindestens zwei Bohrungen nötig, zwischen denen

das Gestein auf der Basis des bestehenden Kluftsystems

hydraulisch geweitet wird. In der ersten Bohrung eingepresstes

Wasser kann auf diese Weise durch das Gestein strömen, Wär-

me bis weit über 100 °C aufnehmen und durch die zweite Boh-

rung zur Oberfläche zurücktransportiert werden. Denkbar ist

eine Nutzung zur Strom- oder Fernwärmeerzeugung.

Hot-Dry-Rock-VerfahrenDas europäische Hot-Dry-Rock-Forschungsprojekt in Soultz-sous-

Forêts im französischen Teil des Oberrheingrabens (Elsass)

liegt im Zentrum der größten Wärmeanomalie in Mitteleuropa.

Im Raum Basel will ein Schweizer Konsortium ein erstes

eigenes Kraftwerk errichten (DEEP HEAT MINING). Mit den

Bohrarbeiten wurde 1999 begonnen.

Auch für Deutschland werden die Weiterentwicklung der

Hot-Dry-Rock-Technologie (HDR) und der vorkommerzielle

Betrieb eines Erdwärmekraftwerks untersucht. Aber hohe

Anfangsinvestitionen und wenig Erfahrung erschweren bisher

den Einsatz dieser Technologie. Es liegt bisher mehr Erfah-

rung bei hydrothermaler Geothermie vor. Hydrothermale

Geothermie erschließt allerdings nur 2 % des Potenzials in

Deutschland. Der größte Teil mit 95 % des Potenzials wird durch

kompakte, nicht wasserhaltige Gesteine repräsentiert, die nur

mit dem Hot-Dry-Rock-Verfahren genutzt werden können.

Wirtschaftlich ist das HDR-Verfahren erst, wenn die bei der

Stromproduktion anfallende Fernwärme genutzt wird. Pers-

pektivisch könnte so die Geothermie an der Stromerzeugung

in Deutschland einen Anteil von zwei Prozent erreichen.

Fazit:Geothermie bietet ein hohes technisches Energiepotenzial

und darüber hinaus den potenziellen Vorteil, eine kontinuier-

liche und damit grundlastfähige Energieversorgung sicherzu-

stellen. In Deutschland liegt das technische Potenzial zur

Stromerzeugung im süd- und mitteldeutschen Kristallin bei

ca. 940 EJ (30.000 GWa). Dies entspricht etwa dem 15-fachen

des Oberrheingrabens, der jedoch deutlich günstigere

geologische Bedingungen aufweist. Mittels Kraft-Wärme-

Kopplungsanlagen könnten zusätzlich 1.400 EJ an thermischer

Energie genutzt werden. Trotzdem wird Geothermie auch

langfristig nur einen begrenzten Beitrag zur Stromerzeugung

liefern. Vor allem die USA, die Philippinen, Indonesien, Island

und Neuseeland und auch eine Reihe mittelamerikanischer

Nationen nutzen geothermische Ressourcen zur Stromerzeu-

gung, teilweise mit einem Anteil von 20 % an der nationalen

Stromerzeugung. Die IEA rechnet bis 2030 weltweit mit einer

Verdreifachung der Geothermienutzung, wobei der Schwer-

punkt allerdings deutlich auf dem Einsatz als Wärmequelle

liegt. <<

72

Das Wasser wird durch Bohrleitungen

an die Oberfläche transportiert, gibt

dort seine Energie in Wärmetauschern

an einen Sekundärkreislauf ab und

wird anschließend wieder in die Aus-

gangstiefe zurückgepumpt.

73

Undurchlässige Deckschicht

Aquifer

0 m

4.000 m

3.000 m

2.000 m

1.000 m

Verbraucher

Verbraucher

Granit

Sedimentgestein

Überhitztes Wasserbzw. WasserdampfWassereinlauf

Wasserzufuhr

Hydrothermale Geothermie

Hot-Dry-Rock-Verfahren

Heißes ThermalwasserAbgekühltes

Wasser

Hydrothermale Geothermie nutzt tiefliegendes heißes Thermalwasser: Das heiße Wasserwird aus dem Aquifer nach oben an den Wärmetauscher gepumpt, abgekühlt und fließt dannzurück in die Erde.

Beim Hot-Dry-Rock-Kraftwerk wird zunächst Wasser in den Fels gepumpt. Im laufendenBetrieb zirkuliert das Wasser in einem geschlossenen Kreislauf: Es strömt durch das heißeGestein und nimmt Wärme auf. Durch die zweite Bohrung wird das heiße Wasser zur Ober-fläche zurücktransportiert, gibt dort Wärme ab und fließt zurück in das heiße Gestein.

0 m

4.000 m

3.000 m

2.000 m

1.000 m

>> Kurzfristig >> Mittelfristig (2005 – 2010) >> Langfristig 2010+

Wind

Auch Windenergie ist letztlich eine Form von Sonnenenergie:

Unterschiedlich starke Sonneneinstrahlung führt zu Luft-

druckunterschieden, die durch Luftströmungen ausgeglichen

werden. Am Äquator und an den Polen bilden sich dabei kon-

stante Strömungssysteme wie beispielsweise die Passatwinde

heraus, mittlere Breiten sind dagegen eher durch wechselnde

Windverhältnisse geprägt.

Eine wirtschaftliche Windkraftnutzung setzt starke,

unverwirbelte Luftströmungen mit möglichst geringen Flauten-

dauern voraus. Optimal finden sich solche Windbedingungen

in den höheren Schichten der Atmosphäre und über den Ozea-

nen, dort ist eine praktische Nutzung jedoch kaum möglich.

Konkret genutzt wird die Windenergie daher vor allem an den

Küsten und in Höhenlagen. Das Windaufkommen ist dort

ausreichend hoch, es muss jedoch bereits mit Flautenphasen

von mehreren Stunden an der Küste und mehrtägigen Flauten

im Binnenland gerechnet werden. Zur Energieerzeugung

werden heute fast durchweg Rotoren nach dem Auftriebs-

prinzip verwendet, die Generatoren an der Mastspitze über

eine horizontale Achse antreiben. Der erzeugte Strom wird in

aller Regel in das Verbundnetz eingespeist.

Offshore-WindkraftanlagenVor allem in Deutschland, das bei der Windenergie eine Vorreiter-

rolle einnehmen will, scheinen die Grenzen des Wachstums

bereits in sichtbare Nähe zu rücken. Nach der Erschließung

des Festlands wird jetzt vor allem die Errichtung von Windparks

74

in Küstengewässern in Angriff genommen. Für die Windkraft-

nutzung auf dem offenen Meer sprechen vor allem eine

hervorragende Windhöffigkeit, hohe Windstärken und eine

weitgehend unverwirbelte Luftströmung – Faktoren, die nicht

nur eine Steigerung der Betriebsstunden pro Jahr, sondern auch

einen deutlich höheren Wirkungsgrad bedeuten. Demgegen-

über sind die Errichtungs-, Wartungs- und Leitungskosten

erheblich höher als bei Anlagen an Land. Offshore-Windparks

setzen daher zuverlässige Anlagen mit besonders hoher Leis-

tung im Bereich mehrerer Megawatt voraus. Zudem müssen

die Belange von Schifffahrt, Fischerei und Verteidigung

berücksichtigt und die ökologische Verträglichkeit der Wind-

parks muss sichergestellt werden.

In Deutschland werden Offshore-Windparks meist vergleichs-

weise küstenfern in der ausschließlichen Wirtschaftszone

(AWZ) projektiert, die sich an die nationale 12-Seemeilen-Zone

anschließt. Die Wassertiefe in den deutschen AWZ der Nord-

und Ostsee beträgt bis zu 30 m. In Europa wurden erste

Anlagen vor allem in den skandinavischen Küstengewässern

der Ostsee realisiert. In Deutschland sind erste Offshore-

Windparks in der Nordsee nach der Genehmigung in der

Realisierungsphase.

Allein mit der Offshore-Windenergienutzung ist mittelfristig

ein Anteil von 15 % am Stromverbrauch in Deutschland er-

reichbar. Aufgrund von großen Schutzgebieten vor der deut-

schen Küste können Offshore-Windparks in der Deutschen Bucht

der Nordsee nur in Wassertiefen bis 40 m und in Entfernungen

Windkraftanlage


zur Küste zwischen 40 und 120 km errichtet werden. So wird

Kriegers Flak nach aktuellem Planungs- und Genehmigungs-

stand der erste deutsche Offshore-Windpark in der deutschen

ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) sein. Er liegt in einem

potenziellen Eignungsgebiet für Windparks, das Bestandteil

der Strategie der Bundesregierung zur Nutzung der Wind-

energie auf See ist. Die Ausweisung des Eignungsgebietes steht

für 2005 zur Entscheidung an.

Die Leistung der installierten Anlagen steigt kontinuierlich

und hat inzwischen den Megawatt-Bereich erreicht. Entspre-

chend steigen auch Masthöhen und Rotordurchmesser.

Derzeit arbeiten Anlagen bis 2 MW, Anlagen bis 5 MW (Nenn-

leistung) sind in der Entwicklungsphase. Die weltweit größte

Windkraftanlage ist in Brunsbüttel in Betrieb (Testphase) – die

REpower 5 M. Am 30.06.2004 waren in Deutschland insgesamt

15.326 MW installiert.

Fazit:

Die IEA rechnet mit einer Verzehnfachung des Windenergie-

anteils an der Weltstromproduktion: von 0,3 % im Jahr 2002

auf 3 % im Jahr 2030. Gegenwärtig konzentriert sich die Wind-

kraftnutzung auf Deutschland, Spanien, die USA und Dänemark.

Das große Potenzial anderer Länder wird erst allmählich

erschlossen. In Deutschland liegt das Wachstumspotenzial

vor allem in der Erschließung des Offshorebereichs.

Eine generelle Schwäche der Windkraft ist allerdings ihre

starke Fluktuation: Windkraft ist daher nur eingeschränkt

planbar und belastet schon auf dem gegenwärtigen Niveau die

Stabilität des Verbundnetzes durch die zeitlich nicht steuer-

bare Einspeisung von Windstrom.

Vor diesem Hintergrund wurde von der Deutschen Ener-

gie-Agentur GmbH (dena) die Studie »Energiewirtschaftliche

Planung für die Netzintegration von Windenergie in Deutsch-

land an Land und offshore bis zum Jahr 2020« (so genannte

dena-Netzstudie) in Auftrag gegeben. Im Laufe der Projekt-

bearbeitung zeigte sich allerdings, dass im Rahmen der Studie

nur Lösungen für die Integration der erneuerbaren Energien in

das bestehende Verbundnetz und den Kraftwerkspark bis zu

einem Anteil von ca. 20 % an der Stromerzeugung erarbeitet

werden können. Grund hierfür ist, dass eine weitere Zunahme

der räumlich konzentrierten Offshore-Windleistung in Nord-

deutschland, wie sie nach 2015 geplant ist, eine aufwändigere

Untersuchung erfordern würde. Die dena-Netzstudie gliedert

sich in drei Teile:

1. Im ersten Teil der Studie werden verschiedene Szenarien des

Windenergieausbaus einander gegenübergestellt. In der zu-

sätzlich vom Deutschen Windenergie-Institut (DEWI) im

Rahmen der dena-Netzstudie erarbeiteten Prognose wird

von einem Anstieg der installierten Windenergieleistung

auf ca. 40 GW bis zum Jahr 2015 (in einem Szenario des

dena-Fachbeirats auf ca. 36 GW) ausgegangen.

75

Windkraftanlage mit horizontaler Achse

Windkraftanlage mit vertikaler Achse

2. Im sich anschließenden zweiten Teil der Studie erfolgt die

Analyse der Auswirkungen des weiteren Ausbaus der Wind-

kraftanlagen auf das Stromnetz. Dabei wird deutlich, dass

für die weitere Integration Ausbaumaßnahmen im Übertra-

gungsnetz notwendig sind. So bedarf es beispielsweise der

Verstärkung vorhandener Stromtrassen und des Baus neuer

Hochspannungstrassen. Außerdem werden Querregler zur

gezielten Steuerung der Lastflüsse sowie weitere Anlagen

zur Bereitstellung von Blindleistung benötigt. Die skizzierten

Ausbaumaßnahmen würden bis 2015 zu kumulierten

Investitionen von ca. 1,1 Mrd. Euro führen, wobei die Inves-

titionen für den Anschluss der Windparks hierbei nicht inte-

griert sind.

3. Der dritte Teil der Studie widmet sich der Analyse der Aus-

wirkungen des weiteren Ausbaus der Windkraftanlagen auf

den Kraftwerkspark. Unter Einsatz von Energiemodellen

werden Auswirkungen auf den Technologiemix, die Strom-

erzeugung, den Brennstoffverbrauch und die CO2-Emissionen

in Deutschland bei unterschiedlichen energie- und umwelt-

politischen Rahmenbedingungen untersucht. Dabei zeigt

sich, dass durch den Ausbau der Windenergie die Struktur

des Kraftwerkssystems in Richtung flexibler Kraftwerke mit

geringeren Kapitalkosten und höheren Brennstoffkosten

verschoben wird. Die Kosteneinsparungen im konventionellen

Kraftwerkspark durch die Stromeinspeisung aus Wind-

energie liegen allerdings in allen Szenarien deutlich unter

den Vergütungen für die Windenergie-Einspeisung. <<

Das weltweit größte Biomassekraftwerk steht in Pietarsaari in

Finnland mit einer Nennleistung von 240 MW elektrisch und

550 MW thermisch.

BiogasBei der Fermentation von Biomasse werden hochmolekulare

organische Substanzen zu Methan abgebaut, das auch der

Energieträger beim Erdgas ist.

Als Biomasse wird in landwirtschaftlichen Biogasanlagen

vor allem Gülle oder Festmist verwendet, gegebenenfalls

ergänzt durch Silage oder Abfälle aus der Lebensmittelindustrie.

Darüber hinaus können Biogasanlagen auch ausschließlich

mit Rüben oder Silagen betrieben werden. Biogas entsteht

darüber hinaus bei der Zersetzung von Abfällen in Mülldeponien

(Deponiegas) oder durch die Fermentation von Abwässern in

Kläranlagen (Faulgas).

Genutzt wird Biogas überwiegend durch Verbrennung in

Blockheizkraftwerken (Kraft-Wärme-Kopplung). Der entstehende

Strom wird dabei meist in das öffentliche Netz eingespeist, die

Wärme wird teilweise für die Biogasproduktion selbst benötigt

und kann darüber hinaus lokal für andere landwirtschaftliche

Nutzungen und die Wohnraumbeheizung eingesetzt werden.

Neben der unmittelbaren Verbrennung vor Ort ist auch die

Einspeisung von Biogas in Erdgasnetze theoretisch möglich.

Dies setzt jedoch eine zusätzliche Reinigung des Biogases auf

das Niveau von Erdgas voraus.

Auch im Gasturbinenprozess eines hocheffizienten Kraft-

werks könnte Biomasse verwendet werden, die allerdings

zunächst in Biogas oder einen synthetischen Brennstoff um-

gewandelt werden muss, bevor sie etwa thermisch genutzt

werden kann. Ein großes Problem dabei ist allerdings die

Variabilität ihrer Zusammensetzung. So schwankt der Methan-

gehalt etwa von Biogas nicht nur von Produktionsort zu

Produktionsort, sondern auch über den Tages- und Jahreslauf.

Biomasse und nachwachsende Rohstoffe

Die energetische Nutzung von Biomasse ist die älteste Form

der Energieerzeugung überhaupt. Jedes Verfeuern von Holz,

anderen pflanzlichen Brennstoffen oder tierischem Mist nutzt

Biomasse als Energiequelle. Hierbei wird im Endeffekt der

Prozess der Photosynthese umgekehrt – organische Stoffe, die

aus Sonnenenergie, CO2 und Wasser entstanden, werden wieder

in Energie, CO2 und Wasser umgesetzt.

Anders als die Verbrennung fossiler Energieträger wird die

Nutzung von Biomasse daher als CO2-neutral angesehen.

Moderne Technologien, von der automatisierten Heizung

mit Holzhackschnitzeln oder Holzpellets bis hin zur Pro-

duktion von Biogas und Biotreibstoffen, nutzen Biomasse weit

effizienter als ein Kaminfeuer.

Die thermische Nutzung von Biomasse verwendet vor allem

Holzhackschnitzel oder Holzpellets, aber auch Stroh oder

andere pflanzliche Stoffe. Die entstehende Energie kann unmit-

telbar zu Heizzwecken genutzt werden, darüber hinaus kann

Biomasse aber auch fossile Brennstoffe in Kraftwerken ersetzen.

Zurzeit sind in Deutschland mehr als 600 Biomassekraft-

werke mit einer Gesamtleistung von 660 MW geplant oder im

Bau. Zum Betrieb all dieser Kraftwerke werden jedoch jährlich

mehr als fünf Millionen Tonnen Altholz benötigt, das ist fast

doppelt so viel, wie zurzeit zur Verfügung stehen.

Nach Schätzungen der internationalen Energie-Agentur

(IEA) lag der Anteil der Biomasse am weltweiten Primärener-

gieverbrauch zuletzt bei elf Prozent. 2002 wurden weltweit

ca. 32 GW in netzgekoppelten Biomassekraftwerken erreicht.

76

Die energetische Nutzung von

Biomasse ist die älteste Form der Energie-

erzeugung überhaupt.

Aufbereitung von Gewerbeabfällen zu Sekundärbrennstoffen


77

Ein höherer Wasserstoffanteil führt zu einer schnelleren

Reaktion und zu größeren laminaren Flammengeschwin-

digkeiten, dagegen verringert ein erhöhter Anteil an nicht

brennbaren Komponenten wie CO2, Stickstoff oder Dampf den

Heizwert des Gemisches erheblich. Ziel ist daher, eine brenn-

stoffflexible und gleichzeitig emissionsarme Verbrennungs-

technik zu entwickeln.

Der Energiegehalt ist direkt vom Methangehalt im Biogas

abhängig. Ein Kubikmeter Methan hat einen Energiegehalt

von knapp zehn Kilowattstunden. Die mittlere elektrische

Leistung bei Biogasneuanlagen liegt derzeit bei ca. 330 kW.

Der Wirkungsgrad von Biogasanlagen kann elektrisch bis 40 %

erreichen, thermisch bis 50 %.

Ein großes Potenzial zur Nutzung des Biogases liegt in

weniger industrialisierten Ländern. Dort werden insbesondere

Kleinanlagen eingesetzt, in China gibt es ungefähr 20 Millio-

nen Kleinanlagen. Nepal ist nach Indien und China inzwischen

das Land mit der größten Erfahrung bei der Nutzung von

Biogas. Die Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit, GTZ,

fördert seit 1980 in einem überregionalen Programm die

Biogastechnologie. Damit kann vor allem der wachsende Ver-

brauch von Brennholz gestoppt werden. Eine attraktive Option

für die Zukunft ist die Nutzung von Biogas in Brennstoffzellen.

Bioalkoholwird durch Vergärung und Destillation von Biomasse gewonnen.

Daher ist er chemisch identisch mit synthetisch hergestellten

Produkten und kann im Nahrungsmittelbereich, in der chemi-

schen Industrie und im Kraftstoffbereich eingesetzt werden.

In Brasilien ist die Beimischung von Alkohol aus aus-

gelaugtem (entzuckertem) Zuckerrohr (Bagasse) längst weit

verbreitet. In Deutschland darf Ottokraftstoffen seit Anfang

2004 bis zu 5 % Ethanol zugesetzt werden. Darüber hinaus

wird Ethanol, weiterverarbeitet zu Ethyl-tertiär-Butyl-Ether,

ETBE, als Oktanzahlverbesserer in Ottokraftstoff verwendet.

In den USA fahren bereits nahezu fünf Prozent der Neuwagen

(von 17 Millionen Autos pro Jahr) mit Ethanol beziehungsweise

Ethanol-Benzin-Mischungen. In Schweden gibt es ebenfalls

bereits gut 200 Tankstellen, an denen neben Biodiesel auch »e85«

(15 % Benzin und 85 % Ethanol) angeboten wird.

Biodieselwird auf chemischem Wege aus Rapsöl und Methanol her-

gestellt (Rapsölmethylester). Er kann unmittelbar als Kraftstoff

verwendet werden, zunehmend wird aber auch konven-

tionellem Dieselkraftstoff Biodiesel zugesetzt. Biodiesel

enthält keine Aromaten wie beispielsweise Benzol, ist bio-

logisch abbaubar und weniger grundwassergefährdend als

konventioneller Dieselkraftstoff.

Die weltweite Produktion im Jahr 2002 wurde auf 1,85 Mrd. l

geschätzt, davon in der EU: 1,32 Mrd. l (Anteil Deutschland:

623 Mio. l).

Nach Angaben des Verbands Deutscher Biodieselhersteller

(VDB) ist der Absatz von Biodiesel im Jahr 2004 im Vergleich

zum Vorjahr etwa um 25 % auf ca. 1,2 Millionen t Biodiesel ge-

stiegen. Der Anteil von Biodiesel am gesamten Dieselmarkt

beträgt damit über 4 %.

Fazit: Biomasse wird ihren Anteil an der Stromerzeugung

stark erhöhen. In den OECD-Ländern werden je nach Bemes-

sungsbasis zwischen 1 % und 3 % der elektrischen Energie aus

Biomasse erzeugt, wobei einzelne Länder wie beispielsweise

Finnland mit 14 % deutlich über diesem Wert liegen. In Ent-

wicklungsländern ist die Nutzung dagegen deutlich weniger

weit verbreitet, obwohl Biomasse weltweit verfügbar ist.

Nach Schätzungen der internationalen Energie-Agentur (IEA)

lag der Anteil der Biomasse am weltweiten Primärenergie-

verbrauch zuletzt bei elf Prozent – allerdings mit leicht

steigender Tendenz. In der EU decken Bioenergieträger etwa

3,5 % des Gesamtenergieverbrauchs. <<

Energiemix der Strombereitstellung 2004(in prozentualen Anteilen)

Kernkraft 39,6Fossil 22,0Erneuerbare Energien | Wasser 15,9Bezug 22,5

Die effiziente Abgasreinigung und der große Anteil an emissionsfreier Stromerzeugung führen bei der EnBW – verglichen mit dem Bundesdurchschnitt– zu deutlich geringeren spezifischen Emissionen.

Dr. Udo Brockmeier

Holz-Heizkraftwerk Leonberg Biomasseheizkraftwerk Ulm


78

Biomasseheizkraftwerk Ulm Die Fernwärme Ulm GmbH (FUG) baut inder Weststadt von Ulm ein modernesBiomasseheizkraftwerk. Mit der Projekt-entwicklung war die EnBW Energy Solu-tions GmbH (ESG) beauftragt.

Der Bau dieses Biomasseheizkraftwerkesbedeutet eine Einsparung von ca. 110.000 tCO2/Jahr bei einem geplanten Einsatzvon ca. 156.000 t Holz/Jahr (18 t/Stunde).Es hilft, die Klimaschutzziele der StadtUlm (Reduzierung der CO2-Emissionenum 50 % bis 2010, bezogen auf das Jahr1987) zu erreichen. Der Verbrauch vonSteinkohle wird von ca. 70.000 t/Jahr aufca. 40.000 t/Jahr verringert.

Die Anlage wird ganzjährig in Kraft-Wärme-Kopplung betrieben. Dadurchwird die eingesetzte Biomasse mit einemBrennstoffausnutzungsgrad von über 75 % ausgenutzt. Sowohl aus ökonomi-scher als auch aus ökologischer Sichtzählt diese Anlage zu den effizientestenBiomasseheizkraftwerken Europas. Dieerste Stromerzeugung nach EEG fand imDezember 2003 statt, das Heizkraftwerkging im September 2004 ans Netz. Feue-rungswärmeleistung: 58 MW thermisch,Betriebsdauer: mindestens 8.000 Stun-den/Jahr. Die Rauchgasreinigung erfolgtüber Schwerkraftabscheidung, DeNOx,Trockensorption und Gewebefilter.

Außerdem ist die EnBW zurzeit am Neu-bau eines Biomassekraftwerks in Pforz-heim beteiligt.

Holz-Heizkraftwerk LeonbergAuch in Leonberg ist im ersten Halbjahr2003 ein Biomasseheizkraftwerk ansNetz gegangen. Der Landkreis möchtedadurch die Heizkosten seiner Einrich-tungen senken. Die Anlage wird von derEnBW Energy Solutions betrieben, mitder ein Wärmelieferungsvertrag über 20Jahre geschlossen wurde. Der Abfallwirt-schaftsbetrieb des Landkreises liefert denBrennstoff, der überwiegend aus Land-schaftspflegeholz besteht. Aus dem Holz-Heizkraftwerk werden das Kreisberufs-schulzentrum, das Kreiskrankenhausund das Nahwärmenetz mit verschiedenenkreiseigenen Gebäuden versorgt. Dieausgekoppelte Fernwärme gelangt überein Netz von 650 m Länge zu den dreiÜbergabestationen. Der Strom wird voll-ständig in das öffentliche Netz einge-speist und gemäß Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet. Mit erdgas- bzw.heizölgefeuerten Kesselanlagen werdenSpitzenlast- und Reservefunktion abge-sichert. Feuerungswärmeleistung Holz-kessel: 4.000 kW, Dampfparameter: 27 barund 370 °C, elektrische Leistung (Kon-densationsbetrieb): 640 kW, thermischeLeistung: 2.500 kW.

EnBW: Biomasseheizkraftwerke mitKraft-Wärme-Kopplung für eineökonomisch und ökologisch effizienteEnergieerzeugung

Fazit: Erneuerbare Energien werden einen wachsenden Stellenwert imEnergiemix der Zukunft erhalten

Unzweifelhaft ist aber auch, dass sich Potenzial und Entwicklungs-perspektive der einzelnen Energieträger deutlich unterscheiden. Jenseitsder globalen Perspektive zeigt sich die Bedeutung des jeweiligenStandortes.

Es ist nicht erstaunlich, dass Sonnenenergie ihr Potenzial vor allem in den sonnenreichen Regionen der Erde entfaltet, Windkraft an den Küsten zu Hause ist und bei der Wasserkraft die Mittelgebirge einendeutlichen Standortvorteil haben. Biomasse und Geothermie könnendagegen fast unabhängig vom Standort effizient betrieben werden. Fürdie EnBW sind dies entscheidende strategische Vorgaben. Die EnBWbetreibt mittlerweile sechzehn Biogas- und Biomasseanlagen mit zu-sammen sieben Megawatt und elf Windenergieanlagen mit zusammenüber zehn Megawatt elektrischer Leistung. Als Unternehmen, das europaweit aktiv, jedoch eindeutig in Baden-Württemberg verwurzelt ist,konzentrieren wir unsere Förderung auf regenerative Energieformen,die ihr Potenzial in der Region entfalten können. So hat die Wasserkraftfür die EnBW eindeutig Vorrang.

79


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Satellitenaufnahme: USA, Kalifornien, City of El Centro

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8.Energiewirtschaft verwandeln

Die Energiewirtschaft ist zum Umdenken aufgefordert, denn Innovation und Wettbewerb gehören untrennbar zusammen; so wie überall sonst gilt das auch für den Strommarkt. DieNeutralisierung der Netze ist die Voraussetzung dafür, generell Wettbewerb in der Strom-wirtschaft zu ermöglichen. Mit den Vorschlägen der EnBW, im neuen EnergiewirtschaftsgesetzAnreize zur Effizienzsteigerung zu verankern, können die Effizienzpotenziale in der Energie-wirtschaft gehoben werden.


Transparente und gerechte Netzentgeltregelung

Im Jahr 2003 war die Situation der liberalisierten Strom- und

Gasmärkte in Deutschland festgefahren. Weder auf dem deut-

schen Strom- noch auf dem Gasmarkt gab es einen funktionie-

renden Wettbewerb. Die Anfangsvorteile des verhandelten

Netzzugangs (schnelle erste Erfahrungen mit liberalisierten

Märkten, eine anfangs unbürokratische Umsetzung und eine

relativ hohe Kundenwechselquote) hatten sich in Nachteile

verwandelt: Vielfältige Wettbewerbsbeschränkungen durch

Netzbetreiber vor allem im Haushaltskundenbereich wirkten

sich negativ auf den Wettbewerb aus. Durchleitungen durch

fremde Netze zu wirtschaftlichen Konditionen waren prak-

tisch nicht möglich. Dies führte dazu, dass zahlreiche neue

Anbieter ihr Engagement auf dem deutschen Markt beendet

haben oder gar nicht erst aktiv wurden. Selbst durch die

starken Verbesserungen, die insbesondere die Verbändever-

einbarung Strom II plus für das Funktionieren eines wettbe-

werbsorientierten deutschen Strommarktes mit sich gebracht

hat, konnte das System des verhandelten Netzzugangs nicht

das nötige Umfeld für wirklichen Wettbewerb schaffen und

die fehlende Aufsicht und Kontrolle durch einen unabhängig

agierenden Regulator ersetzen. Trotzdem wurde von Seiten

des deutschen Gesetzgebers sechs Jahre lang am verhandelten

Netzzugang festgehalten.

Erst die Verabschiedung der EU-Beschleunigungsrichtlinien

Elektrizität und Gas Ende 2003, die in jedem Mitgliedstaat

die Einrichtung einer nationalen Regulierungsbehörde vor-

sehen, gab den entscheidenden Motivationsschub für die

deutsche Gesetzgebung, den immer noch bestehenden Wett-

bewerbsbehinderungen abzuhelfen.

Durch die Umsetzung der EU-Beschleunigungsrichtlinien

steht im deutschen Strom- und Gasmarkt eine zentrale Weichen-

stellung an. Im Rahmen der Novellierung des Energiewirt-

schaftsgesetzes muss der Gesetzgeber die Ziele der Regulierung

82

und die Arbeitsweise und Eingriffstiefe der Regulierungs-

behörde definieren.

In der dadurch im Jahr 2004 angestoßenen Debatte hat

die Mehrzahl der Branche und der Interessenverbände der

Stromwirtschaft zunächst die auf Jahre hinaus bestehende

Zementierung des weitgehend wettbewerbsfreien Status quo

im Netzbereich angestrebt. Die ersten Entwürfe der Bundes-

regierung für ein novelliertes Energiewirtschaftsgesetz folgten

zunächst dieser Sicht. Einige wenige Politiker und die Netz-

nutzer und Industrie forderten eine Fortentwicklung des

Systems der Verbändevereinbarung Strom II plus hin zu mehr

Wettbewerb durch die Erschließung von Effizienzpotenzialen

im Netzbereich.

In diese Diskussion hat sich die EnBW im Herbst 2004 aktiv

eingeschaltet und als bedeutender Marktteilnehmer ein kon-

kretes, wettbewerbsorientiertes Regulierungsmodell vorgelegt.

Bereits zu Beginn der Liberalisierung hat die EnBW durch

die Strommarke »Yello«, aber auch durch ihre gesamte

Geschäftspolitik als »First Mover« für mehr Wettbewerb

gesorgt, aber auch Lehrgeld gezahlt. Die EnBW hat die Schwä-

chen der Verbändevereinbarungen deshalb als erster großer Ver-

sorger in Deutschland früh erkannt. Durch verschiedene Aktivi-

täten wie Workshops, Thesenpapiere und Veranstaltungen hat

die EnBW offensiv dazu beigetragen, dass die Diskussion um

faire Wettbewerbsbedingungen in Deutschland an Fahrt

gewinnt. Im Unterschied zu anderen Wettbewerbern setzte die

EnBW schon sehr früh auf die Chancen des Wettbewerbs und

forderte immer wieder öffentlich und nachdrücklich die

Einsetzung eines handlungsfähigen Regulators. Das von der

EnBW vorgelegte wettbewerbsorientierte Regulierungsmodell

stellt somit die logische Fortsetzung dieses Engagements dar.

Mit ihrem Modell zur Anreizregulierung setzt sie wieder ein-

mal Maßstäbe. <<

Instandhaltung von Freileitungen aus der Luft

83

Büro Wirtschaft, Politik und Gesellschaft:Manfred-Volker Haberzettel, Dr. Dietrich Birk,Constanze Winter, Jürgen Hogrefe (von links nach rechts)

Als größter »Netzeinkäufer« und gleich-zeitig als großer Netzbetreiber ist dieEnBW an einem Ansatz interessiert, derden scheinbaren Widerspruch zwischenWettbewerb und Versorgungssicherheitproduktiv lösen kann und beide Stand-punkte versöhnt. Aus Sicht der EnBW istWettbewerb im deutschen Stromnetzmöglich, ohne den Standortvorteil einersicheren Versorgung aufgeben zu müssen.Vielmehr eröffnet Wettbewerb sogar neueChancen: Durch die Erschließung von Effizienzpotenzialen im Netzbereich sinkenmittelfristig die Energiekosten. Das stärktden Industriestandort Deutschland nach-haltig.

Durch die »Neutralisierung« der Netzewird generell Wettbewerb um den End-kunden in der leitungsgebundenenEnergiewirtschaft ermöglicht. Die Regu-lierungsbehörde kann dazu beitragen, einesolche »Neutralisierung« herbeizuführen.Deswegen ist sie mit ausreichenden Be-fugnissen auszustatten, um auch ex antetätig zu sein.

Durch eine Kombination des Prinzips desNettosubstanzerhalts und des Ansatzeseiner »Yardstick-Competition« entstehtein echter Anreiz-Wettbewerb in einemnatürlichen Monopol.

Das »Yardstick-Competition«-Modell legtdie Netznutzungsentgelte nämlich in Höheder mittleren Netzkosten des Marktes fest.

Dies bedeutet, dass effiziente Anbietergewinnen, weniger effiziente aber zu An-passungen ihrer Kostenstrukturen ge-zwungen werden. Effiziente Netzbetreibererzielen damit einen zusätzlichen Gewinn,der ganz im Sinne der sozialen Markt-und Wettbewerbswirtschaft zwischen Belegschaft, Aktionären und Kunden auf-geteilt werden kann. Gleichzeitig bleibendie hohe Qualität der Versorgungssicher-heit in Deutschland und die erforderlichenInvestitionen in das Netz garantiert. Undvor allem: Innovatorischer Fortschrittwird endlich belohnt.

Mittlerweile besteht breiter Konsens,dass in Deutschland maximal zwei Jahrenach Inkrafttreten des novellierten Ener-giewirtschaftsgesetzes ein System derAnreizregulierung von der Regulierungs-behörde entwickelt und umgesetzt seinwird. Bei dieser Entwicklung wird die Re-gulierungsbehörde von den betroffenenWirtschaftskreisen und der Wissenschaft unterstützt.

EnBW: Vordenker und Wegbereiterder deutschen Energiewirtschaft

»Yardstick-Competition« als Wett-bewerbselement – das EnBW-Modellzur AnreizregulierungGrundidee der »Yardstick-Competition«ist, die regulierten Preise eines Netz-monopolisten nicht direkt auf seinen eige-nen Kosten aufzusetzen, sondern mit den Kosten identischer oder ähnlicher Unter-nehmen zu vergleichen. Auf diese Weisewird eine wettbewerbliche Situation in einansonsten nicht wettbewerbliches Um-feld eingeführt.

Durch die Auswertung der Netzstruktur-daten und der Netzkostenbasen, die dieNetzbetreiber vorab an die Regulierungs-behörde liefern, bildet die Regulierungs-behörde in einem ersten Schritt für jedeneinzelnen Netzbetreiber eine individuellerlaubte Netzkostenbasis. Diese erlaubteNetzkostenbasis wird für fünf Jahre fest-geschrieben. Grundlage ist dabei derVergleich der einzelnen Netzbetreiber, dieder Regulierer mit Hilfe der einzureichen-den Daten vergleichbar rechnet. Die dannerlaubten Netzkosten werden in Höhedes so errechneten Branchendurchschnittsfestgelegt.

Der Netzbetreiber darf somit die Gesamt-einnahmen aus seinem Netzentgelt fürdie Durchleitung nur maximal in Höheder für ihn festgelegten Netzkostenbasisin Rechnung stellen. Damit werden Netz-betreiber, die mit ihrem Entgelt über derNetzkostenbasis liegen, zu Preissenkun-gen gezwungen.

Die Netzkostenbasen bleiben über jeweilsfünf Jahre konstant. So besteht ein posi-tiver Anreiz für Netzbetreiber, ihren Be-trieb effizienter zu gestalten. Können siein den ersten Jahren des Zeitraums in-terne Kostensenkungen erreichen, erzielensie in den letzten Jahren einen kalkulier-baren Gewinn.

Nach Ablauf der fünf Jahre definiert dieRegulierungsbehörde die Kostenbasis er-neut. Im Regelfall wird eine Absenkungstattfinden, da die Netzbetreiber durchden positiven Anreiz ihre realen Netzkostenunter die Netzkostenbasis gesenkt haben,um Gewinn zu erzielen. Der neu entstan-dene Branchendurchschnitt liegt somitunter dem vorherigen Wert und hilft gleich-zeitig, den neuen Grenzwert zu definieren.

84


Die Liberalisierung des Energiemarktesverlangt nicht zuletzt ein Umdenken beider Investitionsplanung: Wirtschaftlichzu arbeiten, heißt für einen Energieversor-ger, Versorgungssicherheit bei günstigenPreisen für die Kunden und gleichzeitigmöglichst hohen Renditen für die Aktio-näre zu gewährleisten. Das Spannungsfeldzwischen Kundenmarkt und Kapitalmarktüberträgt sich auf die betrieblichen Ziel-setzungen, die internen Strukturen undProzesse. Besonders deutlich wird dasbei den Investitionen. Im Energiebereichgeht es, wie überall sonst auch, um Kosten, um Qualität und um Termintreue.Die EnBW arbeitet auch hier mit neuenMethoden.

Dabei ist nicht länger die Frage, was einProdukt kosten wird, sondern die Frage,was ein Produkt kosten darf, entscheidend.Die Analyse führt zu hoher Transparenzder einzelnen Schritte im Produktent-wicklungsprozess: Gemeinkosten werdenvon spezifischen Kosten unterscheidbargemacht, die einzelnen Entwicklungs-und Produktionsschritte werden genauauf ihre Effizienz und damit auf ihr Poten-zial zur Kostenreduzierung hin untersucht.Target Costing wird somit schon in dieEntstehungsphase des Produkts integriert.

Auch bei den Aufwendungen für Innova-tionen der Investitionsgüterindustriegeht es um Qualität, Zeit und Kosten. Ausder Analyse des Target Costing ergibtsich unmittelbar, in welchem Umfang ineine Neuentwicklung investiert werdenkann, damit am Schluss ein attraktivesAngebot entwickelt werden kann, das amMarkt besteht und mit der wirtschaftlichenZielsetzung des Unternehmens überein-stimmt. Die Kostenziele des Kunden sindbestimmend für den Projektumfang, fürden letztendlichen Produktumfang.

Target InvestmentTarget Investment leitet für einzelne Projektteams die richtigen Maßnahmenab. Dabei werden alle relevanten Aspektebetrachtet, um die einzusetzenden Inves-titionsmittel effizient und realistisch zuplanen. Ausgangspunkt ist zunächst derBedarf der einzelnen Produktionsein-heiten. Dazu kommt der zu erzielendeErtrag, d. h., die insgesamt eingesetztenMittel müssen wiedergewonnen werden.Dabei muss gleichzeitig eine angemes-sene Rendite erzielt werden, es muss also eine adäquate Verzinsung der ein-gesetzten Aufwendungen während der Nutzungsdauer gewährleistet sein. Beieinem Kraftwerksprojekt zum Beispielmüssen die geplanten jährlichen Ausgaben– Brennstoffkosten sowie Betriebs- undInstandhaltungskosten des Kraftwerks– in die Berechnungen eingehen.

EnBW: Erhöhung der Investitionseffizienz

In der klassischen Kostenplanung werdenalle durch ein Produkt und seine Entwick-lung verursachten Kosten addiert und er-geben – zusammen mit der Gewinnmarge– den gewünschten Marktpreis. Mit dieserMethode wird der Preis des Produkteserst am Schluss ermittelt und festgelegt,unabhängig davon, ob zu diesem Preisfür dieses Produkt überhaupt ein Marktexistiert.

Target Costing Target Costing dagegen geht umgekehrtvor und ermittelt zunächst, mit welchemPreis das Produkt am Markt überhauptbestehen kann. Von diesem Zielwert auswird festgelegt, was die einzelnen Schritteder Produktentstehung kosten dürfen. DasTarget Costing ist aus der Praxis japani-scher Unternehmen entstanden, die ersteAnwendung fand in den 60er Jahren beiToyota statt und hat das Kostenmanage-ment bei der Produktentwicklung neudefiniert.

Einbau einer neuen Beobachtungsplattform im Stuttgarter Gaskessel mit einer frei hängendenTreppe sowie einer Plattform auf etwa 100 m Höhe

85

Um nun die Kosten zu planen, müssendie für das neue Produkt notwendigenInvestitionen in Euro pro Produkt ausge-drückt werden können. Die Wettbewerbs-analyse muss aussagefähige Benchmark-Ergebnisse liefern. Ergibt sich aus dieserWirtschaftlichkeitsrechnung ein »Target Invest« Betrag, der die erwarteten Inves-titionskosten deckt, kann die Investitionmit dem ermittelten Budget durchgeführtwerden. Liegt das »Target Invest « unter-halb der ermittelten Investitionshöhe, so müssen die Planungsansätze für dieInvestition so lange optimiert werden, bisdas »Target Invest« realisierbar wird. Die-ser Optimierungsvorgang erfordert hohesFachwissen und Kreativität von allen Be-teiligten. Je größer die zu überwindendeDifferenz ist, umso höher ist die Anforde-rung neue und innovative Konzeptionenzu erarbeiten, die die geplante Investitionschließlich ermöglichen.

Aufgaben des ControllingsDabei erhält das Controlling eine wichtigeAufgabe. Controlling sorgt nicht nur fürKosteneffizienz sondern kümmert sichauch um die wirtschaftliche Entwicklungdes Unternehmens. Das Controlling prüftdie Aspekte des geplanten Mitteleinsatzesauf ihre Plausibilität und entwickelt da-raus eine Empfehlung über die absoluteHöhe der Investitionsausgaben. TargetCosting und Target Investment sind unver-zichtbare, langfristig orientierte, strate-gische Management-Tools.

Einbau einer neuen Beobachtungsplattformim Stuttgarter Gaskessel


86

Einbau der Plattform im Stuttgarter Gaskessel

87

Fazit:Versorgungssicherheit muss mit Wirtschaftlichkeit verbunden werden

Effizienz muss sich lohnen: Die Liberalisierung des Energiemarktesführt zu einem Paradigmenwechsel in der Branche. Mit den weg-weisenden, wettbewerbsorientierten Vorschlägen der EnBW und einemneuen Energiewirtschaftsgesetz wird mehr Transparenz und damit größere Fairness in der deutschen Energielandschaft ermöglicht. Unser»Yardstick-Competition«-Modell integriert einen Benchmark-Ansatzzur Bestimmung realistischer Netzkosten. Damit wird jeder Energie-versorger zu Effizienz in den Netzen gezwungen. So entsteht Wettbewerbin den Netzen, die immer noch ein natürliches Monopol darstellen.

Dieser Paradigmenwechsel hat natürlich Konsequenzen auf die Investitionen. Die EnBW stellt mit der Anwendung des »Target-Invest-ment«-Ansatzes sicher, dass die EnBW nur in solche Projekte Kapitalinvestiert, bei denen die gewünschte Wertschöpfung sichergestellt ist.Dabei fließen in die Kalkulation sowohl die Erwartungen an die Erlöseals auch die geplanten Betriebs- und Instandhaltungskosten einesKraftwerks ein. Sie spiegelt die Erwartung in den Markt wider, in demdie Investition im Wettbewerb stehen wird. Mit diesem methodischenAnsatz werden das Wissen und das Innovationspotenzial des Unterneh-mens zur erfolgreichen Steuerung der EnBW-Unternehmensentwick-lung genutzt.

88


Momentaufnahme von der »Tour de Ländle«

Eindrücke vom DTB-Pokal, dem Weltcup fürKunstturner, in Stuttgart

Innovationspreis der deutschen Wirtschaft in der Kategorie Start-up-Unternehmen, gestiftet von der EnBW AG: 2004 wurde die PEMEAS GmbH für eine zuverlässige und kostengünstige Brennstoffzelle ausgezeichnet.

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Corporate Social ResponsibilityEin modernes und innovatives Unter-nehmen gibt sich nicht damit zufrieden,wenn Umsatz, Gewinn und Strategiestimmen. Es erarbeitet darüber hinausWerte, die das ganze Unternehmen prägenund sich idealerweise auf das Denkenund Handeln aller Mitarbeiter auswirken. Aktionäre, Mitarbeiter und die Öffentlich-keit interessieren sich immer mehr fürdas, was wir heute Nachhaltigkeit nennen:eine das gesamte Unternehmen umfas-sende Integrität. Nachhaltigkeit heißt,neben der Sicherung des langfristigenUnternehmenserfolges auch sozial undökologisch verantwortlich zu agieren.Diese Verantwortung ist Teil unseresMarkenleitbildes.

Mit Corporate Social Responsibility neh-men wir die soziale Verantwortung überdie Unternehmensgrenzen hinaus wahr.Das beinhaltet neben der »Pflicht zur Mit-wirkung«, etwa durch soziales oder kari-tatives Engagement, auch das »Recht aufMitgestaltung«. Statt Einzelmaßnahmenzu fördern, arbeiten wir daher nach einemintegrierten Konzept: Unsere Maßnahmenmüssen zu unserer Aufgabe »Energie«und zu den ethisch-moralischen Wertendes Unternehmens passen.

Das Engagement zur Lösung sozialerund gesellschaftlicher Aufgaben, genannt»Corporate Citizenship«, umfasst dabeidie Aufgabenfelder, die dem bürgerschaft-lichen Engagement von Unternehmernund Unternehmen zugerechnet werden:Engagement in Kunst und Kultur, Spon-soring von Sport und Bildung, Mitwirkungauf kommunaler und nationaler Ebeneund politisches und sozialpolitisches En-gagement auf globaler Ebene.

Unser »Corporate Citizenship« legt denSchwerpunkt auf Bildung und Ökologie.Die Auswahl der Maßnahmen ist dabeiein wesentlicher Schritt zu einer gesell-schaftlichen Mitgestaltung. Die EnBW willVordenker sein – auch das ist ein Teil unserer Verantwortung. Vom Sportspon-soring über Kunstförderung bis hin zuraktiven Unterstützung von Wissenschaft,Bildung und Forschung, unter anderemmit dem 2004 erstmals von der EnBW gestifteten Innovationspreis der deutschenWirtschaft für Start-up-Unternehmen,aber auch mit der Stiftung Energiefor-schung und der EnBW-Regenwaldstiftung.

Ausführlich haben wir unsere Förder-maßnahmen im Nachhaltigkeitsberichtdargestellt. Unser Ansatz wird dabei ander Auswahl der Maßnahmen deutlich:Zum Beispiel unterstützen wir mit »Release Stuttgart e. V.« eine Drogen-beratung in der Region. Unsere »Atelier-einblicke« helfen jungen Künstlern beiihrem Karrierestart. Die Fernsehgala»Stars mit Mut«, die »Tour de Ländle«,aber auch das Sponsoring für den Karls-ruher SC und den VfB Stuttgart demons-trieren ein sowohl regionales als auchverantwortungsvolles Engagement.

Auch mit unseren zukünftigen Projektenwerden wir diesen Weg weitergehen:Zum Beispiel mit der Gründung der Stif-tung »Erlebnis Lernen«, unserem Projekt»Energieeffiziente Schule« und der Aus-einandersetzung mit gesellschaftlich undpolitisch relevanten Themen aus demBereich »Ethik und Kapitalismus«. UnsereMitarbeiter sind darüber hinaus aufge-fordert, sich auch außerhalb der Arbeitzu engagieren, so zum Beispiel in derStiftung Lesen. Das gesellschaftliche Engagement gehört zu unserer Firmen-philosophie.

EnBW: Corporate Social Responsibility

91

9.Sterben Großkraftwerke aus?

Werden mehrere dezentrale Energieerzeugungsanlagen zusammengefasst, so spricht man vom virtuellen Kraftwerk. Die Erzeugungsanlagen befinden sich dabei »auf der Kunden-seite des Stromzählers«. In der Regel handelt es sich dabei um Blockheizkraftwerke oder um erneuerbare Energiequellen, ihre Leistung beträgt üblicherweise weniger als 10 Megawatt.Durch dezentrale Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen kann die Energieerzeugung der Groß-kraftwerke sinnvoll ergänzt werden.


BlockheizkraftwerkeEnergie dort zu erzeugen, wo sie gebraucht wird, verringert

nicht nur die Verluste beim Energietransport: Blockheizkraft-

werke mit Kraft-Wärme-Kopplung nutzen die bei der Strom-

erzeugung anfallende Wärme direkt vor Ort und verbessern

damit die Ausnutzung der verwendeten Primärenergie.

Verbrauchernahe Technologien für Wohneinheiten, Industrie-

standorte und Gebäudekomplexe können darüber hinaus

regionale Potenziale von erneuerbaren Energien einbeziehen.

Dezentrale Kleinkraftwerke machen den Verbraucher zum

Erzeuger, sein Blockheizkraftwerk liefert Strom und Wärme.

Die Anlage deckt in der Regel den Energiebedarf des Gebäudes

und ist wärmegeführt. Wird dabei zu viel Strom produziert, so

wird er in das öffentliche Netz eingespeist; wird zu wenig pro-

duziert, bezieht der Verbraucher die Differenz aus dem Netz.

Zentrale Steuerung

Entscheidend für den Erfolg dieses Zusammenschlusses ist

die intelligente Verknüpfung und informationstechnische

Vernetzung der einzelnen Komponenten: Wärme- und Elektri-

zitätsdaten werden kontinuierlich abgeglichen. Alle vorhan-

denen Informationen werden miteinander vernetzt, damit

der Kraftwerkspark den besten Energiemix pünktlich an den

Ort liefert, wo er gebraucht wird. Ziel eines virtuellen Kraft-

werkes ist vor allem, die besonders teuren Leistungsspitzen

des Strombezugs zu vermeiden. Das heißt, dem Verbraucher

günstigen Strom zu liefern, den selbst produzierten Strom

aber vor allem dann in das Netz einzuspeisen, wenn er am

höchsten vergütet wird.

Dabei kann man zwar die Eckpunkte des Energieverbrauchs

einplanen, so zum Beispiel einen hohen Bedarf, wenn viele

Verbraucher abends nach Hause kommen und Licht und

Haushaltsmaschinen einschalten. Aber man muss auch flexible

Kapazitäten für Unvorhergesehenes einplanen, etwa wenn ein

Unwetter aufzieht und folglich das Licht früher eingeschaltet

wird oder wenn fluktuierende erneuerbare Energien von Sonne

und Wind eingespeist werden.

Beim virtuellen Kraftwerk wird sich für die Kunden einiges

ändern: Bisher bestimmte ein Haushalt selbst, wann der Brenner

wie viel Energie produzierte – im virtuellen Netzwerk wird die

heimische Anlage je nach Bedarf auch ferngesteuert. >>

92

Selbststeuerung durch das Preissignal an der SteckdoseStrombörsen stehen faktisch nur sehrgroßen Unternehmen offen. Um jedochden Anteil der steuerbaren Leistung imNetz zu erhöhen und damit die Wirtschaft-lichkeit, Umweltverträglichkeit und Sicherheit der Energieversorgung, könnenauch für kleine Einheiten flexible Modellegeschaffen werden. Die Steuerung derStromversorgung kann durch das »Preis-signal an der Steckdose« erheblich vereinfacht werden. Neue Zähler- und Informationstechniken ermöglichen, An-gebot und Nachfrage durch Preisanreizeaufeinander abzustimmen. Das funktio-niert so: Dezentrale Erzeugungsanlagenspeisen erst dann Strom in das Netz ein,wenn sie von der »Steckdose« dafür einSignal bekommen. Hausgeräte schaltensich erst dann ein, wenn der Strom be-sonders günstig ist. Die Vorteile für beideSeiten, sowohl für die Verbraucher alsauch für die Erzeuger, liegen auf derHand: Im Netz werden die Lasten ausge-glichen, geeignete Anlagen werden beischwacher Netzauslastung in Betrieb genommen und der Kunde kann Kosten reduzieren. Für 2006 hat die EnBW einerstes Pilotvorhaben dieser Art in einemTestmarkt in Baden-Württemberg geplant.

93

Wärme-ContractingDie EnBW führt seit zwei Jahren einenPilotversuch mit einem so genanntenWärme-Contracting durch: Gegen einejährliche Grundgebühr von 815 Euro und einen einmaligen Innovationsbeitrag von2.000 Euro bekommt der Kunde eineBrennstoffzelle gestellt und kann zehnJahre lang Abwärme des Gerätes für Hei-zung und Warmwasser nutzen. Für dieKunden besteht der Vorteil vor allemdarin, dass vom Contracting-Anbieter, indiesem Fall der EnBW, die Kosten für denUnterhalt der Anlagen getragen werden.

Dr. Wolfram Münch Hellmuth Frey

EnBW: Intelligente Steckdosen und selbst gesteuerte Stromnetze


94

>> Industrielle Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen Ein Zusammenschluss ist auch für Produktionsanlagen von

großem Interesse, denn die industrielle Kraft-Wärme-Kopp-

lung schrumpft in Deutschland, da an jede Einzelanlage hohe

Anforderungen gestellt werden: Der Standort muss langfristig

gesichert und die Engpassleistung sicher verfügbar sein, die

Wirtschaftlichkeit der gewählten Brennstoff- und Technik-

Kombination muss nachgewiesen und die Kosten der Eigen-

erzeugung müssen gegen den Strombezug von außen abge-

glichen werden.

Dies alles sind große Hindernisse für die Realisierung einer

einzelnen industriellen Kraft-Wärme-Kopplunganlage. Würde

aber statt der Einzelanlagen ein Zusammenschluss aus mehre-

ren unterschiedlichen Anlagen betrachtet, so könnten die

einzelnen Komponenten wechselseitig Verfügbarkeit und

Flexibilität absichern und der Pool insgesamt würde auch eine

geringere Empfindlichkeit gegenüber energiewirtschaftlichen

Veränderungen aufweisen.

Allerdings erfordert auch ein solcher Pool eine komplexe

Steuerung, in diesem Fall sogar ein entsprechend organisiertes

Unternehmen, das Hand in Hand mit seinen Industriestand-

orten eine gesamtheitliche Energieversorgung mit Strom, Dampf,

Kälte und Energiediensten betreibt und kontinuierlich optimiert.

Dezentral gesteuerte Organisationsformen

Ein virtuelles Kraftwerk ist zwar technisch umsetzbar, aber

besonders, wenn neben dem Strom- auch der Wärmebedarf

berücksichtigt werden soll, verlangt die Steuerung von dezen-

tralen Energieerzeugungsanlagen ein komplexes und damit

teures Management. Verschiedene Untersuchungen, zum Bei-

spiel von der Wasserstoff-Initiative Bayern, zeigen, dass im

Privatkundenbereich diese externe Regelung gegenüber einer

selbst organisierten wärmegeführten Energieversorgung nur

unwesentliche Effizienzsteigerungen bringt.

Marktplatz für dezentrale Energie Modelle, die sich direkt an Geschäftsprozessen orientieren,

sind günstiger zu realisieren und erfüllen, zusammen mit den

gesetzlichen Vorgaben (KWK-Gesetz, Mineralölsteuergesetz),

den gleichen Zweck.

Der Marktplatz für dezentrale Energie als Plattform könnte

den Handel zwischen den dezentralen Erzeugern und dem

Abnehmer (dem Netz) ermöglichen. Zum Beispiel gibt ein An-

bieter auf dem Marktplatz ein Gebot ab: fünf Megawatt für

drei Stunden täglich.

Kohlelager am Karlsruher Rheinhafen-Dampfkraftwerk

Viele Bundesliegenschaften der Bundesregierung bedienen

sich des Contractings zum Energiemanagement. In dieser

Variante des PPP – Public Private Partnership – konzipiert der

Contractor die Energiesparmaßnahmen und übernimmt die

Betriebsführung, Instandhaltung und laufende Optimierung

der installierten Anlagen; das Investitions- und Betriebsrisiko

wird somit vollständig ausgelagert.

Das EU-Projekt »Virtuelles Brennstoffzellen-Kraftwerk«

(VFCPP) ist im Februar 2004 angelaufen. In Mehrfamilienhäu-

sern, Gewerbebetrieben und öffentlichen Einrichtungen wurden

31 mit Erdgas betriebene Brennstoffzellenheizgeräte von Vail-

lant installiert. Die Anlagen sind an das öffentliche Stromnetz

angeschlossen und über Datenleitungen vernetzt. Die zentrale

Leitstelle steht an der Universität Duisburg-Essen.

Anlagen mit Brennstoffzellen sind jedoch für eine breite

Anwendung noch zu teuer. Contractingpilotversuche im

Brennstoffzellenbereich werden viele wichtige Erkenntnisse

bereitstellen, doch für einen massiven Einsatz bei der Erneuerung

von Heizungsanlagen ist die Brennstoffzelle noch nicht bereit.

EU-Projekte zur dezentralen EnergieerzeugungIm europäischen Leitprojekt EDISon (EDISon: Energievertei-

lungsnetze mit dezentralen innovativen Energiewandler-,

Speicher- und Kommunikations-Systemen) wurden Konzepte

für eine sichere und flexible Energieverteilung bei verschiede-

nen dezentralen Erzeugungsanlagen erarbeitet.

In verschiedenen EU-Projekten wird zurzeit getestet, wie

sich dezentrale Energieanlagen managen lassen, zum Beispiel

»Dispower«, an dem 37 europäische Partner beteiligt sind: So

ist z. B. bei der Stadt Werl in Nordrhein-Westfalen Konwerl

entstanden, ein modernes Gewerbegebiet mit Wohnbereichen.

Dispower: Distributed Generation with High Penetration of

Renewable Energy Sources. www.dispower.org

Konwerl: Die Erzeuger-Werte und Ausgangsdaten der Foto-

voltaikanlage mit 22 kW Spitzenleistung, Windkraftanlagen

mit 1,8 MW Nennleistung und des Biomasseheizkraftwerks der

Saarberg Fernwärme GmbH werden in das von Siemens ent-

wickelte »Dezentrale Energiemanagementsystem« (DEMS) ein-

gespeist.

Von dort wird der Energieverbrauch der Abnehmer so weit

gesteuert, dass der Strom- und Wärmeverbrauch mit der

Erzeugung optimal abgestimmt wird, um Strommengen und

-kosten zu sparen. Durch den Einsatz von erneuerbaren Ener-

gien sollen im geplanten Ausbaukonzept rund 5.500 t CO2

jährlich vermieden werden. Ziel des Projektes ist, die Möglich-

keiten der dezentralen Energieversorgung durch die Verknüp-

fung verschiedener regenerativer, aber auch konventioneller

Erzeugungssysteme mittels eines integrativen Energie- und

Verbrauchsmanagements zu demonstrieren. www.konwerl.de <<

95

Nimmt ein Abnehmer das Angebot an, so liefert der Anbieter

seine Energie zur abgestimmten Zeit und erhält eine Vergütung.

Ein Marktplatz bietet den Kunden und Lieferanten Anreize,

den steuerbaren Anteil der dezentralen Energieeinspeisung

zur Stromerzeugung zu erhöhen. Als Anbieter könnten zum

Beispiel erdgasbetriebene Blockheiz- oder auch Biomassekraft-

werke teilnehmen. Damit würden bisher auch ungenutzte

Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz eröffnet,

ohne gleichzeitig eine kostspielige zentrale Steuerung ein-

zurichten und zu managen. Wirtschaftlichkeit, Umweltver-

träglichkeit und Sicherheit der Energieversorgung könnten

gesteigert werden, indem der Anteil der steuerbaren Leistung

(Erzeugung und Verbrauch) im Netz vergrößert wird. Darüber

hinaus könnten Energiebörsen für einen größeren Benutzer-

kreis geöffnet werden.

ContractingMit diesem neudeutschen Wort wird eine für die Zukunft viel-

versprechende Dienstleistung beschrieben, die von verschiede-

nen Unternehmen angeboten wird, darunter auch Stadtwerke

und Energieversorger. Der Contractor ist Anbieter und Vertrags-

partner. Gegen eine Gebühr stellt er die Anlage zur Verfügung

und kümmert sich um Wartung, Reparatur und Versicherungen.

Mit Contracting können unterschiedliche Ziele verfolgt wer-

den: Beim Energiesparcontracting planen Dienstleister das

Energiemanagement eines Gebäudes oder einer Anlage, um den

Energieverbrauch auf ein vereinbartes Sparziel zu senken. Beim

Energieliefercontracting plant, finanziert, errichtet und betreibt

der Contractor die Wärme- und Stromversorgung seine Markt-

vorteile und ein effizienter Anlagenbetrieb sollen eine günstige

Versorgung realisieren.

Industriekunden können durch ein Contracting zum Beispiel

Wärme, Dampf und Kälte geliefert bekommen. Auch in diesem

Falle muss der Kunde nicht selbst in eine teure neue Infra-

struktur investieren und er muss sich nicht um die Wartung

seiner Anlagen kümmern.

Kontrolle von Turbinenschaufeln

Durch den Einsatz von erneuerbaren

Energien sollen im geplanten Ausbau-

konzept rund 5.500 t CO2 jährlich ver-

mieden werden.

©Si

emen

s AG


96

Schalter für Hochspannung in einer Umspannanlage

97

Fazit: Wirtschaftliche dezentrale Energieerzeugung braucht hohe Stromkennzahlen

Dreh- und Angelpunkt bei der Bewertung dezentraler Energieerzeu-gung auf konventioneller Basis ist die anfallende Wärme. Daher brauchen wir vor allem Technologien mit einer hohen Stromkennzahl.Nur hohe Laufzeiten bei einem gleichzeitig hohen Nutzungsgrad machen den Betrieb wirtschaftlich – aber auch nur dann, wenn diegleichzeitig erzeugte Wärme verwendet wird; und zwar nicht nur zumHeizen im Winter, sondern das ganze Jahr über, beispielsweise zurDampferzeugung in Produktionsbetrieben.

Für kleinere Produktionsbetriebe gab es bisher keine interessantenAusgangsbedingungen zur Kraft-Wärme-Kopplung: So erzeugen Gas-turbinen zwar hohe Prozesswärme für industrielle und gewerblicheProduktionsverfahren, aber ihre elektrischen Leistungen liegen gleich-zeitig bei 1.000 kW und mehr. Dies entspricht bei vielen kleinen undmittleren Unternehmen der maximal bezogenen Leistung und nicht derGrundlast, also der Netzbelastung, die während eines Tages in einemStromnetz nicht unterschritten wird. Mit neuen Technologien wie bei-spielsweise der Brennstoffzelle wird es in Zukunft leichter, die Strom-erzeugung dem Bedarf anzupassen.

Großkraftwerke werden auch langfristig nicht aussterben, aber dezen-trale Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen könnten ihren Anteil an derEnergieerzeugung durchaus stark erhöhen. Dabei ist das zentral gesteu-erte virtuelle Kraftwerk nur eine der möglichen Organisationsformen,noch dazu eine sehr aufwändige und teure. Die Selbstorganisation überPreisanreize auf der Erzeugungs- und der Nachfrageseite ermöglicht eine deutlich sinnvollere und kostengünstigere Variante.

99

10.Mit Geduld und Wasserstoff in die Zukunft

In der Energiediskussion gehört das Thema Wasserstoff als Sekundärenergieträger der Zukunft zu den umstrittenen Themen. Mit Wasserstoff können wir viele der aktuellen Umwelt-probleme lösen, da seine Verbrennung praktisch keine schädlichen Emissionen freisetzt. Kritiker warnen allerdings vor zu großem Optimismus, da ohne Kernenergie als Primärenergie-träger die Produktion von Wasserstoff in großem Maßstab auf lange Sicht nicht klimaneutralund wirtschaftlich möglich ist und der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft einige MilliardenEuro verschlingen würde.

Als die Brennstoffzelle, die in den 50er Jahren des vorigen Jahr-

hunderts als das Nonplusultra der Energiewirtschaft gehandelt

wurde, unlängst als Heilsbringer wiederentdeckt wurde, kam

mit ihr die Vision der Wasserstoffwirtschaft. Der hohe Wir-

kungsgrad ohne schädliche Emissionen und Lärmbelästigung

verspricht Energieverbrauch ohne Reue. Die Vision vom Was-

serstoffzeitalter zeigt uns parkende Autos, die elektrischen

Strom erzeugen, Brennstoffzellen im Keller, die sowohl Strom

als auch Wärme erzeugen, und Akkus, die nicht mehr

geladen, sondern nur noch befüllt werden. Doch der Wasser-

stoff ist nicht einfach zu nutzen. Wasser ist auf unserer Erde

zwar in unerschöpflichen Mengen vorhanden, aber Wasser-

stoff muss erst daraus hergestellt werden.

Wasserstoff produzieren Mittelfristig bieten sich vor allem zwei Möglichkeiten an: die

Elektrolyse und das Kohlenwasserstoff-Reforming. Langfristig

ist die Elektrolyse von Wasser die ideale Lösung, allerdings ist sie

mit einem hohen Energieverbrauch verbunden und wird da-

her erst interessant, wenn dieser Strom emissionsarm aus Kern-

energie oder aus erneuerbaren Energien erzeugt werden kann.

Die kleine norwegische Insel Utsira verfügt seit Juli 2004

über zwei Windturbinen. Um die Unterschiede zwischen Ange-

bot und Nachfrage auszugleichen, ist eines der Windräder an

einen Elektrolyseur angeschlossen, der Wasserstoff erzeugt. Im

Rahmen des europäischen Projekts RES2H2 in Griechenland

und auf den Kanarischen Inseln werden zurzeit zwei Pilotein-

richtungen entwickelt, in denen die Elektrolyse durch Wind-

kraftgeneratoren angetrieben wird. www.res2h2.com

Reforming bedeutet die Extraktion des Wasserstoffs aus

Kohlenwasserstoffen, also aus fossilen Rohstoffen: Mit Hilfe

eines Katalysators kann man bei hohen Temperaturen Erdgas

und Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxid reformie-

ren. Dabei müssen die Treibhausgasemissionen und andere

Schadstoffe entfernt werden.

Wasserstoff erzeugen lassenEine alternative und CO2-freie Methode zur Wasserstoffgewin-

nung könnte die photobiologische Wasserstofferzeugung

durch Mikroalgen darstellen. Bei dieser Form der regenera-

tiven Energieerzeugung produzieren photosynthetisch aktive

Mikroorganismen aus Sonnenlicht und Wasser reines Wasser-

stoffgas. An der Ruhr-Universität Bochum wird daher die

technische Realisierbarkeit dieses Verfahrens untersucht.

www.energieforum.ruhr-uni-bochum.de/projekte.htm

Es gibt Bakterien, die mittels eines speziellen Enzyms in

der Lage sind, das benötigte Wasserstoffgas aus schwachen

Säuren herzustellen sowie das Molekül zu spalten. Die Zerlegung


100

Stuttgarter Wasserstofftankstelle auf dem Gelände der EnBWsiehe auch Projekt CUTE auf S.57

101

Restbrenngas

Wasserstoff

Elektroden

Wasser

Sauerstoff/Luft

H2

Anode

Elektrolyt

H +

H +

Kathode

Die Brennstoffzelle

ist nötig, um aus Wasserstoff Strom zu erzeugen. Forschungen

haben gezeigt, dass bei der Photosynthese ein komplexes

enzymatisches System, die so genannte Hydrogenase, unter

bestimmten Bedingungen die Bildung von Wasserstoffmole-

külen begünstigen kann. Ein Forscherteam um den Briten

Christopher Pickett vom John Innes Centre in Norwich hat nun

ein solches Enzym chemisch nachgebaut. www.nature.com

Greifswalder Chemiker wollen in fünf bis zehn Jahren eine

mikrobielle Brennstoffzelle entwickeln. Milliarden von Bakte-

rien in Klärschlamm und Abfallhaufen sollen Strom liefern. Erste

Versuche mit diesem mikrobiologisch-elektrochemischen

Konzept zeigten die grundsätzliche Eignung der Mikroorganis-

men (»Biokatalysatoren«) zur Stromerzeugung.

www.chemie.uni-greifswald.de

Wasserstoff speichernWill man den Wasserstoff im großen Maßstab aus regenerati-

ven Energien herstellen, wird man sinnvollerweise die Intensi-

tät der Sonnenenergie etwa auf der arabischen Halbinsel oder

die Wasserkraft in Kanada nutzen. Der dort produzierte Was-

serstoff muss über Hochdruckpipelines oder verflüssigt in

Tankschiffen zu den Verbrauchern transportiert werden. Die

Konsequenzen einer solchen Infrastrukturentwicklung gehen

jedoch weit über die Frage des Transports hinaus.

Prinzipiell ist es ein großer Vorteil des Wasserstoffs, dass

er – im Gegensatz zu Strom – überhaupt gespeichert werden

kann. Dennoch ist mit Speicherung und Transport die nächste

technologische Herausforderung zu bewältigen. Wasserstoff

ist ein leicht entzündliches, aber gleichzeitig flüchtiges Gas,

das leichteste existierende Atom, und in der Gasphase, bei

üblichen Temperaturen und Drücken, sehr voluminös. Die

gebräuchlichste Form der Speicherung besteht darin, das Gas

zu komprimieren und in sicheren Behältern zu bewahren. Die

Behältnisse müssen großem Druck standhalten und dürfen

nicht mit ihrem Transportgut reagieren. Wird der Wasserstoff

mit Hilfe der Kryogen-Technologie verflüssigt, muss er auf

minus 253 °C heruntergekühlt oder sehr hohem Druck ausge-

setzt werden. Das bedeutet einen hohen Energieaufwand.

Die Prototypen von BMW, Opel und DaimlerChrysler sind mit

solchen Flüssigtanks ausgestattet.

Gegenüber diesen Technologien zeichnet sich als aussichts-

reichster Weg die Speicherung von Wasserstoff als Festkörper

in neuen Metall- oder Karbonwerkstoffen ab. Die EU-Projekte

Fuchsia, Historhy und Hymosses im Fünften Rahmen-

programm und das integrierte Projekt StorHy im Sechsten

unterstützen entsprechende Forschungsarbeiten.

Bei der Speicherung des Wasserstoffs in Festkörpern würde

man ein dem flüssigen Wasserstoff vergleichbares Volumen

benötigen und hätte keine Probleme mit der Dichtigkeit der

Behältnisse. http://europa.eu.int/comm/research/

Wissenschaftler der University of North Carolina und des

United States Department of Energy haben ein metallorga-

nisches Material entwickelt, in dessen Hohlräume Wasserstoff-

moleküle aufgenommen werden. Bei einem Druck von

48 bar gelang es, Wasserstoff darin zu speichern – und auch

wieder freizusetzen. Auch in Kohlenstoffnanoröhrchen soll

Wasserstoff gespeichert werden. idw-online.de

Auch die Sicherheit wird erforscht: Mit einer neuen Ver-

suchsanlage am Forschungszentrum Karlsruhe entsteht das

größte Zentrum für Wasserstoffsicherheitsforschung in Europa.

Die Arbeiten sind eingebettet in das EU-weite, vom Forschungs-

zentrum koordinierte Exzellenznetz »HySafe«. www.fzk.de

Forschung und ProjekteZurzeit sind Japan und Kanada bei der Wasserstoffforschung

führend. In Japan werden 30 unterschiedliche Wasserstoff-

autos auf den Straßen getestet, elf Tankstellen sind in Betrieb.

Für 2010 sind 50.000 Wasserstoffautos geplant, für 2020

5 Millionen. In den USA ist quer durch Kalifornien bis hinein

nach Kanada der Hydrogen-Highway mit 200 Tankstellen

geplant. Kanada stellt nationale Projekte in den Fokus: das

Hydrogen-Village, den Wasserstoffflughafen Montreal H2Port

oder den Hydrogen-Highway, der zu den Olympischen Winter-

spielen 2010 British Columbia durchziehen soll. >>

Die Vision vom Wasserstoffzeitalter

zeigt uns parkende Autos, die elek-

trischen Strom erzeugen, Brennstoff-

zellen im Keller, die sowohl Strom als

auch Wärme erzeugen, und Akkus,

die nicht mehr geladen, sondern nur

noch befüllt werden.

O2


102

Bad Schönborn bei Karlsruhe, Anlieferung Brennstoffzelle

>> Auch Europa will die Anstrengungen der EU-Mitglied-

staaten besser koordinieren. Eine Technologieplattform

»Wasserstoff- und Brennstoffzelltechnologie« soll konkrete

Forschungs- und EntwicklungsaktivitätenAktivitäten plane und

durchführen. Dazu gehören die Projekte Hypogen – Konstruktion

einer Pilotanlage zur gekoppelten Erzeugung von Wasserstoff

und Elektrizität im Großmaßstab – und Hycom – Entwicklung

von »Wasserstoffdörfern«, in denen das Konzept der dezen-

tralen Wärme- und Elektrizitätserzeugung demonstriert wird.

www.hy-co-era.net

Auch in Deutschland wurden die gebündelten Anstrengun-

gen intensiviert: Im »Brennstoffzellenbündnis Deutschland«

(BZB) haben sich 20 führende Verbände und Initiativen im

Bereich Brennstoffzellen zusammengeschlossen. Dazu gehö-

ren unter anderem der Strategiekreis Wasserstoff und der

Arbeitskreis BERTA beim BMWA und die Brennstoffzellen-

Initiativen aus Niedersachsen, Hessen, Rheinland-Pfalz, Nord-

rhein-Westfalen, Bayern, Mecklenburg-Vorpommern und

Baden-Württemberg. Das Bündnis rief die Politik auf, sich dem

Wettbewerb im Bereich der Brennstoffzellentechnik mit

stärkerer industrieller und politischer Unterstützung zu stel-

len, um den Anschluss an die Weltspitze nicht zu verpassen.

Gleichzeitig müssten die Budgets für Forschung, Entwicklung,

Demonstration und Felderprobung aufgestockt und die Präsenz

Deutschlands in EU-Projekten vorangetrieben werden. <<

103

Fazit: Langsamer Aufbau der Wasserstoffwirtschaft über Kleinanwendungen

In der Wasserstoffwirtschaft sehen wir eines der hoffnungsvollstenEnergieszenarien der Zukunft. Im Zusammenhang mit der Brennstoff-zelle gilt das für mobile, portable und stationäre Anwendungen gleicher-maßen.

Die emissionsfreie und wirtschaftliche Produktion von Wasserstoffist heute noch nicht absehbar. Auch wenn schon vielversprechende For-schungsprojekte und Pilotvorhaben durchgeführt werden, ist über denWeg zur Wasserstoffproduktion im großen Maßstab noch nicht ent-schieden. Mit den uns heute zur Verfügung stehenden Möglichkeiten istder Wasserstoff nur mit Kernenergie oder erneuerbaren Energien klima-neutral herzustellen. Eine Großproduktion kann nur dort sinnvoll durch-geführt werden, wo Kernenergie, Sonne, Wind oder Wasserkraft imÜberfluss zur Verfügung stehen.

Wird Wasserstoff mit erneuerbaren Energien hergestellt, so müssenGroßanlagen, und für den Transport eine eigene aufwändige Infrastruk-tur und eine Organisation errichtet werden. Wollen wir den Wasserstoffwie bisher mit fossilen Energien produzieren, muss das mitproduzierteKohlendioxid aufwändig sequestriert werden.

Daher werden sich wohl zuerst die Kleinanwendungen verbreiten: Trag-bare elektronische Geräte wie Laptops und Kameras werden die erstensein, die mit betankbaren Brennstoffzellen ausgestattet werden, um sodie Mobilität ihrer Benutzer zu erhöhen.

105

11.Energiestädte der Zukunft

EnyCity: Der »Impulskreis Energie« im Rahmen der Partner für Innovation hat bisher vierLeuchtturmprojekte ausgewählt. Mit »EnyCity, der Energiestadt der Zukunft«, hat Prof. Dr. UtzClaassen darüber hinaus einen weitreichenden Beitrag vorgestellt, mit dem deutsche Spitzentechnologien aus dem Energiesektor einen weltweiten Exportverbund eingehen sollen:Ein Konsortium von Unternehmern unterschiedlicher Branchen soll mit Unterstützung derBundesregierung einen weltweiten Exportschlager vermarkten: »Smart Energy« aus Germany.

Erfolgreiche Player in DeutschlandDeutsche Energieunternehmen sind international führend bei der Entwick-lung innovativer Technologien. Etwa fünfProzent des Gesamtexports der Bundes-republik wurden 2003 allein in diesemBereich erwirtschaftet. Damit Deutsch-land auch in Zukunft seinen Spitzenplatzbehaupten kann, hat die EnBW AG dieIdee »EnyCity« als zusätzlichen spezifi-schen Beitrag des Unternehmens in dieInitiative »Partner für Innovation« ein-gebracht. Jeder Vorsprung in der Energie-effizienz bedeutet einen Wettbewerbs-vorteil für Deutschland, nicht nur innerhalbunseres Landes: Unsere Energiekonzeptesollen darüber hinaus international wett-bewerbsfähig sein und weltweit exportiertwerden. Deutschland bietet Spitzentech-nologie zum Beispiel in den Bereichenhocheffiziente Kraftwerke, Turbinen- undLeittechnik, Abgasreinigung, Windenergieund Wärmedämmung.

Kluge Kombination von KompetenzenMit der gebündelten Kompetenz derKraftwerksbauer und der Energieliefe-ranten, der Ingenieure und der Wissen-schaftler zeigen wir das Potenzial auf,das »Smart Energy« aus Deutschlandbietet. Unsere Referenz dabei soll dieEnyCity, die Energiestadt der Zukunft,sein. »EnyCity« verknüpft dabei drei wesentliche Ziele: Zum einen soll das inDeutschland entwickelte Energie-Know-how exportiert werden, um einen Beitragzu einer globalen, nachhaltigen Energie-politik zu liefern. Für die deutsche Wirt-schaft kann der Export im Verbund mit einem gemeinsamen starken Kompetenz-bereich ein nachhaltiges Wachstum undaußerdem wichtige Beschäftigungsimpulsefür den Standort Deutschland ermög-lichen. Und nicht zuletzt kann diese großegemeinsame Maßnahme ein neues Be-wusstsein für die Innovationspotenzialein Deutschland schaffen.

»EnyCity« ist ein komplexes Produkt. Umdie notwendigen Kompetenzen aus denverschiedenen Branchen wie Anlagen-bau, Energieversorgung, Architektur etc.einzubringen und zu koordinieren, mussein Konsortium aus Wissenschaftlern, Industrie- und Finanzpartnern gebildetwerden. Die politischen und rechtlichenRahmenbedingungen für dieses komplexeProdukt sollen die europäische Union,Bundesregierung und Kommunen schaf-fen. Auch für die nötigen Auslandskontaktekann die Unterstützung der Regierunghilfreich sein. >>


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Gezeitenkraft-werk

Raumbelüftungmit Wärmerück-gewinnung

Fernwärme

Jeder Vorsprung in der Energieeffizienz bedeutet

einen Wettbewerbsvorteil für Deutschland.

Unsere Referenz dabei soll die EnyCity, die Energie-

stadt der Zukunft, sein.

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Brennstoff-zellen

Windkraft-anlagen

Wasserkraft-anlagen

Biomasse-anlagen

Energienetz-optimierung

HocheffizienteKraftwerke

Geothermie/Wärmepumpen

Kraft-Wärme-Kopplungs-anlagen

Energie-speicherung

OptimierteVerkehrs-planung

Solarenergie

EnergieeffizienteGebäude (Däm-mung, Kühlung etc.)


>> Möglichkeiten des Exports in diewachsenden Energiemärkte nutzen Zum Beispiel China: Chinas Wachstumwird eine enorme Steigerung seinesEnergiebedarfs verursachen. Immer mehrMenschen werden vom Land in die Stadtziehen, neue Städte und Stadtviertel sollen entstehen. Die IEA (InternationalEnergy Agency) schätzt, dass sich derEnergiebedarf in China bis 2030 auf etwa2.500 Mtoe (Megatonnen Öläquivalent)verdoppeln wird. Die existierende Infra-struktur jedoch kann schon den heutigenBedarf nicht mehr decken. Expertenschätzen den Investitionsbedarf Chinasfür den Energiesektor in den nächsten 25 Jahren auf etwa 2.000 Milliarden US-Dollar. »EnyCity« ist die Antwort auf Chinas Energieproblem und die Chancefür die deutsche Wirtschaft, ihre Kompe-tenz im Energiebereich weltweit zu ver-markten.

Hohe Wirtschaftlichkeit durch opti-mierte Systeme und ein Beitrag zu einerglobalen, nachhaltigen EnergiepolitikMit unserem Know-how für die sichereund wirtschaftliche Energieversorgungkönnen wir China dabei unterstützen,seinen Primärenergiebedarf und damitseinen CO2-Ausstoß niedrig zu halten.Mit unserem Technologiemix können wirdie Effizienz der Kraftwerke steigern,den Energieverbrauch in den Gebäudenreduzieren und je nach Standort erneuer-bare Energien einsetzen. Mit Systemenund Produkten, die weltweit flexibel ein-setzbar sind, entwickeln Firmen der deut-schen Energiebranche in enger Zusam-menarbeit maßgeschneiderte Angebotefür urbane Regionen weltweit. Denn auchin Osteuropa, Indien, Afrika und Südame-rika wird der infrastrukturelle Nachhol-bedarf zu großen Investitionen führen.Genauso wichtig ist es, dass das welt-weite Wachstum auch den weltweiten An-stieg der CO2-Emissionen zur Folge hat.Unsere gebündelten Konzepte für hoch-effiziente Kraftwerke, zur Rauchgasreini-gung, zur Nutzung erneuerbarer Energienoder zur Wärmedämmung kommen demKlima der ganzen Welt zugute. <<

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Fazit:Ein starker Impuls für kompetente Partner

Mit der »Energiestadt der Zukunft« demonstrieren wir unser gesamtestechnologisches und prozesstechnisches Know-how im Energiesektor.Mit »EnyCity« wollen wir ein Bewusstsein für das gewaltige, auch globalbedeutsame Innovationspotenzial in Deutschland zum Thema Energieschaffen und unsere Umsetzungskompetenz unter Beweis stellen. Solltendie »Partner für Innovation« und damit auch die Bundesregierung denImpulsvorschlag der EnBW unterstützen, könnte schon 2005 ein Konsor-tium ins Leben gerufen werden, in dem Unternehmer, Entwickler undForscher gemeinsam die Idee der »EnyCity« umsetzen.

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Bildnachweis

Töchter & Söhne, BerlinBernd Franck, DüsseldorfAndy Ridder, EsslingenBernd Franck, DüsseldorfAndy Ridder, EsslingenJim Rakete, Berlin© Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR)/www.dlr.deEYE-SCREAM Hansjörg Riedel, AffalterbachStatoil, Stavanger/Norwegen© Siemens AGTurbec AB, Malmö/SchwedenIvo Faber, DüsseldorfStatoil, Stavanger/NorwegenTöchter & Söhne, Berlin© ESA-European Space AgencyEnBW-ArchivPhotodiscMarco Urban, BerlinFraunhofer IBP, München EYE-SCREAM Hansjörg Riedel, AffalterbachUniversität Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW)© ESA-European Space AgencyBüro Franck Visuelle Kommunikation, Düsseldorf (Grafik)© www.vip-bau.chDr. Helge Hartwig, Dissertation MünchenAndy Ridder, EsslingenFraunhofer IBP, MünchenAndy Ridder, Esslingen© Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. (ZAE Bayern)© ESA-European Space AgencyAndy Ridder, EsslingenGuntram Gerst, StuttgartGuntram Gerst, StuttgartEYE-SCREAM Hansjörg Riedel, Affalterbach© ESA-European Space AgencyBernd Franck, DüsseldorfGuntram Gerst, StuttgartAndy Ridder, Esslingen© Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)/www.dlr.deGuntram Gerst, StuttgartAndy Ridder, Esslingen© Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR)/www.dlr.de© Siemens AGEnBW-ArchivEnBW-ArchivMichael Maurer, PhilippsburgBüro Franck Visuelle Kommunikation, Düsseldorf (Grafik)Info-Center, Philippsburg/EnBW-ArchivBüro Franck Visuelle Kommunikation, Düsseldorf (Grafik)

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Info-Center, Philippsburg/EnBW-Archiv© ESA-European Space AgencyStatoil, Stavanger/Norwegen© ESA-European Space AgencySOLO STIRLING GmbH, SindelfingenEYE-SCREAM Hansjörg Riedel, Affalterbach© Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)/www.dlr.deIvo Faber, DüsseldorfTurbec AB, Malmö/SchwedenSOLO STIRLING GmbH, SindelfingenIvo Faber, Düsseldorf© ESA-European Space AgencyWürth Solar, Marbach © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)/www.dlr.deIvo Faber, DüsseldorfAndy Ridder, Esslingen© Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)/www.dlr.deBernd Franck, DüsseldorfAndy Ridder, EsslingenPhotodiscBüro Franck Visuelle Kommunikation, Düsseldorf (Grafik)Büro Franck Visuelle Kommunikation, Düsseldorf (Grafik)EYE-SCREAM Hansjörg Riedel, AffalterbachBüro Franck Visuelle Kommunikation, Düsseldorf (Grafik)Ivo Faber, DüsseldorfAndy Ridder, EsslingenManfred Ersing, StuttgartWolfgang Milz, Ulm© ESA-European Space AgencyEYE-SCREAM Hansjörg Riedel, AffalterbachMarco Urban, BerlinEYE-SCREAM Hansjörg Riedel, AffalterbachEYE-SCREAM Hansjörg Riedel, AffalterbachEYE-SCREAM Hansjörg Riedel, AffalterbachLive Sportphotos, NürnbergSTB, Michael Weber, StuttgartHilke Vogler© ESA-European Space AgencyEYE-SCREAM Hansjörg Riedel, AffalterbachIvo Faber, DüsseldorfBernd Franck, Düsseldorf© Siemens AGEYE-SCREAM Hansjörg Riedel, Affalterbach© ESA-European Space AgencyMarkus Wiedemann, StuttgartBüro Franck Visuelle Kommunikation, Düsseldorf (Grafik)EYE-SCREAM Hansjörg Riedel, Affalterbach© ESA-European Space AgencyTöchter & Söhne, Berlin

Die Redaktion hat sich bemüht, alle Rechteinhaber zu ermitteln und zu kontaktieren. Sollten weitere Rechte berührt sein, bitten wir um Hinweis.

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HerausgeberEnergie Baden-Württemberg AG

Durlacher Allee 93

76131 Karlsruhe

Internet: www.enbw.com

VerantwortlichJürgen Hogrefe,

Generalbevollmächtigter Wirtschaft,

Politik und Gesellschaft, EnBW AG

Koordination und RedaktionDr. Susann Mathis, kom-ma

kommunikationsberatung

und -management, Karlsruhe

Ursula Meister,

Unternehmenskommunikation,

EnBW AG

Hans Karl Mucha,

Generalbevollmächtigter Technologie-

und Innovationsmanagement, EnBW AG

Dr. Wolfram Münch,

Bereichsleiter Forschung, Entwicklung

und Demonstration, EnBW AG

MitarbeitDr. Wolf Fichtner, Wirtschaft, Politik

und Gesellschaft, EnBW AG

Ute von Figura, EnBW AG

Bernhard Heyder, Forschung, Entwick-

lung und Demonstration, EnBW AG

Mirko Krück, Wirtschaft, Politik

und Gesellschaft, EnBW AG

Patrick Schneider, EnBW AG

Impressum

Layout und GestaltungBüro Franck

Visuelle Kommunikation,

Düsseldorf

Lithodigit!

Digitale Medienproduktion GmbH,

Düsseldorf

DruckKraft Druck und Verlag GmbH,

Ettlingen

PapierPhoeniXMotion Xenon,

Inhalt 150 g/m2

Umschlag 250 g/m2

ISBA Innovationsbericht, dt.: B. 0959

Innovationsbericht, engl.: B. 0960

Veröffentlichung: April 2005

A700°C Kra f t werk 43

AD700/COMTES700 40

A FC: Alkaline Fuel CellAlkalische Bre n n sto f f z e l le 58

A l t b a u s a n i e r u n g / G e b ä u d e s a n i e r u n g19, 21, 22, 24

A u f w i n d k ra f t we r ke 64, 66

BB i o m a ss e / N a c h w a c h s e n d eR o h sto f fe 38, 39, 56, 76, 77, 78, 79,95, 107

B i o m a ss e h e i z k ra f t werk Ulm 78

B lo c k h e i z k ra f t werk 21, 55, 56, 58, 76,91, 92

B lowe r - D o o r - Te st 1 9

B re n n sto f f z e l le 39, 53, 56, 57, 58, 59, 61, 77, 93, 95, 97, 100, 101, 102,103, 107

CC a r i ta s - P f legeheim Seniore n z e n t r u min Ettlingen 61

C I S - D ü n n s c h i c h t m o d u le 6 4

C O2/ K o h le n d i oxid 18, 28, 30, 35, 36, 37, 38, 39, 42, 49, 51, 52, 53, 68,75, 76, 78, 95, 100, 103, 108

C O2-Abscheidung 39, 51, 52, 53

C O2- E m i ssionen 18, 36, 75, 78, 108

COMTES700/AD700 40

C o o re tec 42

C o r p o ra te Citizenship 89

C o r p o ra te Social Responsibility 89

Dd e n a - N e t z studie 75

Deutsche Energie-Agentur (dena) 18, 75

D e z e n t ra le Energieerzeugung 91

D e z e n t ra le Kra f t - W ä r m e -Kopplungsanlagen 91, 97

D i s h - S t i r l i n g - S y steme 66, 67

D M FC: Direct-Methanol Fuel Cell D i re k t - M e t h a n o l - B re n n sto f f z e l le 58

EEEG: Erneuerbare - E n e rgien-Gesetz 65, 78

EJ: Exajoule, eine Trillion (101 8) Joule

E le k t ro lyseur: Vorrichtung zur Zer-legung von Wa sser durch Ele k t ro ly s ein seine Grundko m p o n e n te nWa ss e rstoff und Sauerstoff 100

E n e rgetische Altbausanierung 21

E n e rg i e b e d a r f s a u s weis 18

E n e rg i e e f f i z i e n te Sanierung vo nSchulgebäuden, Leuchtturmpro j e k t14, 22

E n e rg i e e i n s p a r ve ro rdnung vo m01.02.2002 (EnEV) 18

E n e rg i e p a ss 18

E n e rgiepolitik 106, 108

E n e rg i e s p a ren 14, 18, 22, 28

E n e rgietische – Lernende RegionaleN e t z we r ke, Leuchtturmprojekt 15, 28

E n e rg i ewirtschaft 7, 12, 53, 75, 81,82, 83, 87, 94, 1 0 0

Energiewirtschaftsgesetz 81, 82, 83, 87

EnyCity – Energ i e st ä d te der Zukunft13, 105, 106, 1 0 8 , 1 0 9

EPR: E u ropean Pre ssurized Wa ter Reactor E u ropäischer Druckwass e r re a k to r44, 46

E rdwärme 19, 71, 72

Erhöhung der Inve st i t i o n s e f f i z i e n z :Ta rget Cost i n g / Ta rget Inve stment 84

E r n e u e r b a re Energ i e n 15, 18, 47, 63,65, 77, 79, 92, 108

E U - P ro j e k te zur dezentra le nE n e rgieerzeugung 95

E U R ATO M - P ro g ramm ITERFu s i o n s re a k tor 47

FFC: Fuel Cell 39, 57, 58

FENCO 42

Fo tovo l taik 64, 65

GGas- und Dampfkra f t werk ( G u D - K ra f t werk) 39, 43

G a sturbinen 37, 38, 41, 56, 59, 60, 76,9 7

G e b ä u d e - E n e rg i e k l a ssen 18

Geothermie 71, 72, 73, 79, 107

G e s a m t n u t z u n g s g rad 59

GW: Gigawatt, eine Milliarde (109) Watt

GWh: Gigawattstunde, s. Wh

HH a u stechnik 19

HDR: Hot-Dry-Rock-Ve r fa h ren 72, 73

H e i z k ra f t werk in Altbach/Deizisau37, 40

H o c h e f f i z i e n te Kra f t we r ke 106, 107, 108

H o l z - H e i z k ra f t werk Leonberg 78

Hybridspeicher 64

H y d rogelscheiben 20

H y d ro t h e r m a le Geothermie 72, 73

IIEA (International Energy Agency) 75, 76, 77, 108

I m p u l s k reis Energie 7 , 1 2 , 14, 22, 105

I n n ova t i o n s p reis der deutschenWirtschaft 88, 89

ITER – International Thermonucle a rE x p e r i m e n tal Reactor 47

KK e r n k ra f t we r ke der vierte nG e n e ration 46

Kernspaltung und Kernfusion 44

K o h le n d i ox i d / C O2 18, 28, 30, 35, 36, 37, 38, 39, 42, 49, 51, 52, 53, 68,75, 76, 78, 95, 100, 103, 108

K o h leve rgasung 39, 52

Kraftwerk in Altbach/Deizisau 37, 40

K ra f t we r ke des 21. Jahrhunderts 37, 41

Ku g e l h a u fe n re a k tor 46, 47

kW: Kilowatt, Tausend (103) Wa t t

kWh: Kilow a t t stunde, s. Wh

KWK: Kraft-Wärme-Kopplung 37, 5 5 ,56, 59, 61, 72, 76, 78, 91, 92, 94, 97, 107

LLangzeitwärmespeicher 64

L a tentwärmespeicher 19

L e u c h t t u r m p ro j e k te 15, 64, 105

L i b e ralisierung des Energ i e m a r k tes 84, 87

L u f t d i c h te Gebäudehülle 19

S t i c h wortve r z e i c h n i s

MMarktplatz für dezentra le Energie 94

M C FC: Molten Carbonate Fuel CellK a r b o n a t s c h m e l z e n - B re n n sto f f z e l le58, 61

M i c h e l i n - R e i fe n werk 61

M i k ro g a sturbinen 56, 60

M i n i a t u r - B re n n sto f f z e l len 57

M toe: Maßeinheit für den Energ i eve r b rauch, ausgedrückt in Megato n n e nÖ l ä q u i va lent (oil equiva le n t ) 1 0 8

MW: Megawatt, eine Million (106) Wa t t

NN e t to s u b stanzerhalt 83

N e t z e n t g e l t regelung 82, 84

N e t z ko stenbasen 83

N e u t ralisierung der Netze 81

N u l le m i ss i o n s k ra f t werk 35

OOberflächennahe Geothermie 71

PPA FC: Phosphoric Acid Fuel Cell P h o s p h o rs a u re Bre n n sto f f z e l le 58

P E M FC: Pro to n - E xc h a n g e - M e m b ra nFuel-Cell Po ly m e re le k t ro lyt Membra n b re n n sto f f-z e l le 58

P re i ssignal an der Ste c kd o s e ,L e u c h t t u r m p rojekt 14, 93

P r i m ä re n e rgie 17,18, 59, 63, 77, 92, 1 0 8

RR e fe re n z k ra f t werk N o rd r h e i n - We st fa len 42

R e forming 100

R e g u l i e r u n g s b e h ö rde 82, 83

R h e i n h a fe n k ra f t werk Karlsruhe 37

R h e i n k ra f t werk Rheinfelden 69

Rückbau Kernkra f t we r ke 29

SS a i s o n a le Wärmespeicherung 64

Schulzentrum in Marbach am Neckar6 5

S e l b sttätige Glas- und Fe n ste r te c h n i k2 0

S e q u e strierung 53

Smart Energy 13, 106

S O FC: Solid Oxide Fuel Cell O x i d ke ramische Bre n n sto f f z e l le 39, 57, 58

S o l a re Nahwärme, L e u c h t t u r m p rojekt 15, 64

S o l a r ko l le k to ren 15, 19, 64

Solarthermie 21, 64, 66

S o l a r z e l le 64

Sonne 15, 19, 20, 21, 63, 64, 65, 66,68, 69, 71, 74, 76, 79, 92, 1 0 0 , 1 0 1 , 1 0 3

S o n n e n e n e rgie 19, 63, 64, 65, 66, 74,76, 79, 1 0 1

S o n n e n st rom im RaumO b e rschwaben 65

S t i r l i n g - M o to ren 56, 59, 60

S t ro m kennzahl: kennzeichnet dasVerhältnis von Strom zu Wärme beiK raft-Wärme-Kopplungsanlagen 97

TTa rget Cost i n g / Ta rget Inve st m e n t9, 84, 85

Treibhausgase 7, 32, 99, 1 0 0

VVa k u u m g e d ä m m te Isolationspaneele8, 20

Ve rs o rg u n g ssicherheit 83, 84, 87

VGB: Freiwilliger Zusammenschlussvon Unternehmen der Kra f t we r k s-b e t reiber und -herste l ler 40, 42

V i r t u e l les Kra f t werk 9 4

WW ä r m e - C o n t racting 93

Wärmedämmung 18, 19, 20, 21, 24,106, 108

Wärmegeführte Energieerzeugung 92, 94

Wärmepumpen 19, 21, 24, 71, 1 0 7

Wärmespeicher 15, 19, 64

Wa ss e r k raft 68, 69, 79, 101, 103, 107

Wa ss e rstoff 39, 47, 52, 53, 56, 57, 58,59, 65, 77, 94, 99, 1 0 0 , 1 0 1 , 1 0 2 , 103

Wa ss e rsto f f ta n k ste l le 100

Wa ss e rstoffwirtschaft 99, 100, 103

Wh: Wa t t stunde, entspricht der E n e rgie, die eine Maschine mit einerL e i stung von einem Watt in einerStunde abgibt

W i n d e n e rgie 64, 74, 75, 79, 106

W i n d h ö f f i g keit: mittle re Windgeschwin-d i g keit in Meter pro Sekunde [m/s]auf einer bestimmten Höhe im Jahres-m i t tel 74

W i n d k raft 64, 66, 68, 74, 75, 79, 95, 100, 107

W i n d k ra f tanlagen 74, 75, 95, 107

W i r k u n g s g rad 36, 37, 38, 39, 40, 42,43, 51, 52, 53, 58, 60, 61, 64, 66, 68, 71,72, 74, 77, 100

W i ssensmanagement 27, 28, 29, 30,31, 32

YYa rd stick-Competition 83, 87

Ye l lo 82

ZZ e n t ra le Steuerung 92, 95

EnBW E n e rgie Baden-Württe m b e rg AGDurlacher Allee 9376131 Karlsruhew w w. e n b w. co m

Innovationsbericht der EnBW 2005 Energiezukunft...schneller in erfolgreiche Innovationen umzusetzen....

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