LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 1
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Klaus GörnerUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.
Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik LUATUniversität Duisburg-Essen
Titel
Strom für morgen:Strom für morgen:Sauber, verfügbarSauber, verfügbar
und bezahlbar? und bezahlbar?
VortragUni-Colleg Duisburg
10. Dezember 2008
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 2
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
EU-Strategien
Dr. Linkohr, EU-Berater, VGB Kraftwerke 2005, Krakau
Die EU verfolgt im Bereich Energie 4 Strategien
Intelligenter Umgang mit Energie- ohne Einschränkung des Lebensstandards- Energieeffizienzoffensive in NRW
CO2-arme Energiebereitstellung- in allen Leistungsbereichen- alle zur Verfügung stehenden Technologien
Kernenergieeinsatz
Erneuerbare Energien- in allen Leistungsbereichen- alle zur Verfügung stehenden Technologien
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 3
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Inhalt
LUAT ef.Ruhr KN KWT NRW
Dezentrale Erzeugung
• Virtuelles Kraftwerk• Mikro-KWK-Technik• Technologieentwicklung
•• CO2-Minderungstechnologien• Technologieentwicklung• Brennstoffportfolio
Zentrale Erzeugung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 4
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Energiebedarf und Energiebedarf und ErzeugungskapazitätenErzeugungskapazitäten
weltweitweltweit
Energiebedarf
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 5
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Quelle: Alstom, Schimkat, 2007
Kopplung von Bruttosozialprodukt und StromerzeugungBruttosozialprodukt:Jährliche Wachstumsraten
Weltweites BruttosozialproduktInstallierte Stromerzeugungskapazität
Inst
allie
rte
Stro
mer
zeug
ungs
kapa
zitä
t [G
W]
Jahr
Bru
ttoso
zial
prod
ukt B
SP [
Trili
onU
SD]
Inst. Kap.Steigerung
3 %/a
Reale Steigerung BSP 3 %
Stromerzeugungskapazität
Energiebedarf
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 6
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Quelle: IEA WEO 2006, Referenz-Szenaro
Ener
gieb
edar
f[M
toe]
Jahr [-] Jahr [-]
Stro
mer
zeug
ung
[TW
h]
Energiebedarf Stromerzeugung
Weltweit erwarteter Energiebedarf bzw. Stromerzeugung
Energiebedarf
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 7
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Erneuerbare Energien*KernenergieErdgasKohleMineralöl
2003 2010 2020 2030
10,712,4
14,4
16,3 Mrd. t OE
* inkl. AbfallDifferenzen durch RundungenQuelle: IEA, World Energy Outlook 2005
Primärenergienachfrage weltweit
Energiebedarf
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 8
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Quelle: IEA WEO 2006, Referenz-Szenario
Weltweit erwarteter Stromerzeugung 2004-2030
Neue Kraftwerkskapazitäten und alle Primärenergieträger
Stro
mer
zeug
ung
[TW
h]
Energiebedarf
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 9
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Weltweit erwarteter Kapazitätszuwachs 2004-2030Für erneuerbare Energien
Biomasse Wind Geothermie Sonne Gezeiten& Abfall & Wellen
Kap
azitä
t[G
W]
Quelle: IEA WEO 2006, Referenz-Szenario
Energiebedarf
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 10
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Energiebedarf und Energiebedarf und ErzeugungskapazitätenErzeugungskapazitäten
Europa Europa (EU 15)(EU 15)
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 11
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Prognostizierter Zubau- und Ersatzbedarf (EU-15)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Inst
allie
rte
Leis
tung
[GW
] EU
-15 Gesamtbedarf:
300 GWbis 2020
Zusatzbedarf
Ersatzbedarf
Wasser
Nuklear
Kohle
ÜbrigeGas
InstallierteLeistungjünger als40 Jahre
Zum Vergleich:
China hat im Jahr 2004 115 GW KW-Leistung geordert
Deutschland hat eine Bruttostromerzeugungskapazität von ca. 120 GW
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 12
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
0
1500
3000
4500
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Stro
mbe
darf
[TW
h] E
U-1
5 Gesamtbedarf:2.000 TWhbis 2020
Zusatzbedarf (1.000 TWh)
Ersatzbedarf (1.000 TWh)
Wasser
Nuklear
Kohle
ÜbrigeGas
Quelle: VGB
Deckung des Zubau- und Ersatzbedarfs (EU-15)
167 Kernkraftwerksblöcke mit je 1.600 MW oder
266 Braunkohleblöcke mit je 1.000 MW oder
444 Steinkohleblöcke mit je 600 MW oder
666 GuD-Kraftwerks mit je 400 MW oder
133.000 WEA mit je 5 MW + Reservekapazität (80%) z.B. 355 Steinkohleblöcke oder
532 GuD-Kraftwerke
Basisannahmen:
Mittl. Ausnutzungsdauer
• 7.500 h/a für therm. KW
• 3.000 h/a für WEA (onshore und offshore)
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 13
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
EnergieEnergie--bereitstellungbereitstellung
WirtWirt--schaftschaft--lichkeitlichkeit
VerVer--sorgungssorgungs--sicherheitsicherheit
UmweltUmwelt--verträgverträg--lichkeitlichkeit
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 14
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Energiebereitstellung im Spannungsfeld
Erwartungshorizont für 2020 (weltweit)
Quelle: SIEMENS, Thementag Energie, Dr. Riedle
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 15
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
COCO22--MinderungMinderung
MotivationMotivation
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 16
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
CO2-Konzentrationen und Temperaturen
Quelle: ef.Ruhr, RUB, LEAT, Prof. Scherer
Motivation für eine CO2-Minderung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 17
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Prognosen zur Klimaerwärmung
Quelle: ef.Ruhr, RUB, LEAT, Prof. Scherer
Motivation für eine CO2-Minderung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 18
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Weltweite CO2-Quellen
Motivation für eine CO2-Minderung
Stromerzeugung Industrie Transport Andere
USA Europa
China & Indien
Haushalte & Betriebe
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 19
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Freigesetzte CO2-Emissionen 2005für ausgewählte Regionen bzw. Länder
Motivation für eine CO2-Minderung
10.757.000.000 tAsien und Ozeanien
6.526.000.000 tUSA
29.166.000.000 tWelt
CO2-EmissionRegion / Land
880.000.000 tDeutschland
4.632.000.000 tEuropa
5.327.000.000 tChina
Quelle: BMWi, 2006
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 20
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Freigesetzte CO2-Emissionen 2005 in Deutschlandnach Verursachern
Motivation für eine CO2-Minderung
42,5%
20,1%
13,6%
12,1%
6,1% 5,5%
EnergiewirtschaftVerkehrHaushalteVerarbeitendes GewerbeÜbrigeKleinverbraucher
Absolute CO2-Emissionen der Energiewirtschaft in Deutschaland 2004:
362.000.000 t CO2
Zum Vergleich: CO2-Emissionen der 3 RWE Braunkohlestandorte in NRW70.000.000 t CO2
Zum Vergleich: CO2-Emissionen eines 600 MW SK-Grundlast-Kraftwerks4.000.000 t CO2
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 21
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
COCO22--MinderungMinderung
KraftKraft--WärmeWärme--
KopplungKopplung
WirkungsWirkungs--gradgrad--
steigerungsteigerung
BrennBrenn--stoffstoff--
wechselwechsel
COCO22--SequeSeque--
strierungstrierung
CO2-Minderung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 22
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Effizienzsteigerung• Ressourcenschonung• Direkte Reduzierung der spez. CO2-Emission pro kWhel
• Klassische „non regret“-Strategie
Möglichkeiten der CO2-Emissions-Minderung bei der Stromerzeugung
Brennstoffwechsel• Reduzierung der spez. CO2-Emission pro kWhel
• Geostrategisch kritische Ressourcenallokation• Verschiebung des Energiemixes (Versorgungssicherheit)
CO2-Abtrennung und Speicherung CCS• Zielgröße ist ein Abtrenngrad von 90 % • Geeignet für Neu- und teilweise für Altanlagen• Transport und Speicherung ist noch nicht abschließend klar
CO2-Minderung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 23
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
COORETEC: Ziele
2050
2020
2015
Nutzu
ngsp
oten
zial a
uf d
er Z
eitsk
ala
2010
2005
Forschungs- und Entwicklungsrisikohochgering mittel
Vision
DKW η=50%GuD η>60%
DKW η=55%GuD η=65%
Hybrid-kraftwerke
KraftwerkNahe-Null-
Emissionen
Abtrennung mit
Membranen
Oxyfuel-Demo
IGCC-Demo
CO2-Wäsche
Speicher-stätten
CO2/H2-Turbine
Werk-stoffe
Werkstoffe700°C
Auslegungs-verfahren
Schutz-schichten
Werkstoffe800°C
Leckage-minimierung
Strategielinie: Effizienz Strategielinie:CO2-Speicherung
CO2-Minderung - Forschungsprogramme
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 24
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
COCO22--MinderungMinderung
WirkungsWirkungs--gradgrad--
steigerungsteigerung
BrennBrenn--stoffstoff--
wechselwechsel
COCO22--SequeSeque--
strierungstrierung
KraftKraft--WärmeWärme--
KopplungKopplung
CO2-Minderung - Kraft-Wärme-Kopplung
Details
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 25
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Kraftwerks-Prozess
WB
Pel
QN
Kennzahlen der Kraft-Wärme-Kopplung
CO2-Minderung - Kraft-Wärme-Kopplung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 26
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Kraftwerk HeizkraftwerkHeizkraftwerk
WB
WB
WB
Pel
Pel
QN
Pel
QN
39,5
100 100100
34,2 26,3 29,2 48,2Verlu
ste
60,5
Verlu
ste
39,5
Verlu
ste
22,6
CO2-Minderung - Kraft-Wärme-Kopplung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 27
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
COCO22--MinderungMinderung
Motivation Motivation WirkungsWirkungs--gradgrad--
steigerungsteigerung
BrennBrenn--stoffstoff--
wechselwechsel
COCO22--SequeSeque--
strierungstrierung
CO2-Minderung - Wirkungsgradsteigerung
Details
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 28
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
0
510
1520
25
3035
40
35 40 45 50 55
angehobener Wirkungsgrad [%]
Bre
nnst
off-
bzw
. C
O 2-E
insp
arun
g [
%]
eta 35 %eta 40 %
eta 45 %
Ausgangs-wirkungsgrad
Weltweit liegt das CO2-Einsparungspotential bei der Stromerzeugung bei ca. 35 %.
CO2-Minderung - Wirkungsgradsteigerung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 29
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Netto-Wirkungsgrad [%]
Spez
ifisc
he C
O2-
Emis
sion
[g
CO
2/kW
h el]
Quelle:Alstom, 2006
CO2-Minderung - Wirkungsgradsteigerung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 30
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Quelle: VGB PoweTech 2005
Der weltweite CO2-Ausstoss bei der zentralen Stromerzeugung in fossilen Kraftwerken von derzeit
5,5 Mrd. t/akönnte um 35%, das entspricht
2,9 Mrd. t/a,reduziert werden, würde man alle diese mit einem mittl. Wirkungsgrad
von 29% durch moderne Kraftwerke, die heute schon 45% im Durchschnitt erreichen, ersetzen..
Weitere InfosEffizienzsteigerung
CO2-Minderung - Wirkungsgradsteigerung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 31
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
COCO22--MinderungMinderung
Motivation Motivation WirkungsWirkungs--gradgrad--
steigerungsteigerung
BrennBrenn--stoffstoff--
wechselwechsel
COCO22--SequeSeque--
strierungstrierung
CO2-Minderung - Brennstoffwechsel
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 32
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Brennstoffumsatz
Kohle:C + O2 + 4 N2 ⇒ CO2 + 4 N2
Öl:CxH2x+2 + y O2 + 4y N2 ⇒ x CO2 +(x+1) H2O + 4y N2
Erdgas:
CH4 + 2 O2 + 8 N2 ⇒ CO2 + 2 H2O + 8 N2
Verbrennung von Luft führt immer zu einer Mischung von CO2 mit N2 (und H2O, O2 für λ > 1)
CO2 im Abgas von Kraftwerken
Kohle (DT): 14 – 17 %
Öl (GT): 4 – 6 %
Erdgas (GT): 3 – 4 %
Quelle: ef.Ruhr, RUB, LEAT, Prof. Scherer
CO2-Minderung - Brennstoffwechsel
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 33
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Optionen bei einem Kraftwerksneubau
Quelle: SIEMENS, Thementag Energie, Dr. Riedle
CO2-Minderung - Brennstoffwechsel
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 34
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
0,01
0,21
0,41
0,61
0,81
1,01
1,21
1,41
1,61
25 30 35 40 45 50 55 60 65Kraftwerkswirkungsgrad [%]
spez
. CO
2 -E
mis
sion
[kg
CO
2 /kW
hel ] Braunkohle
Steinkohle
Erdgas
BraunkohleCO2 reduziertSteinkohleCO2 reduziertErdgas CO2reduziert
Basis:SK: 0,333 kg CO2/kWhthBK 0,407 kg CO2/kWhthEG: 0,197 kg CO2/kWhth
Stand der Technik
Kraftwerkswirkungsgrad [%]
Spez
. CO
2-Em
issi
on [
kg C
O2/k
Wh e
l]
Annahmen:- Basiswirkungsgrad 45 % SK- 10 %-Punkte Wirkungsgradeinbuße durch CO2 -Rückhaltung- CO2 -Rückhaltegrad 90 %- Energetischer Aufwand je kg CO2 ist konstant
CO2-Minderung - Brennstoffwechsel
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 35
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
BrennstoffportfolioBrennstoffportfolio
ErdgasErdgas
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 36
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
55,35,5
13,510,9
71,47,4
7,1
NordamerikaWesteuropa
Südamerika
Afrika
Mittel- u.Nahost
GUS/Zentral-europa
Fernost/Pazifik
Sicher gewinnbare Erdgasreserven gesamt: 171,1 Billionen m³
1 m³ = 11,5 kWh
Quelle: e.on Ruhrgas
Erdgasreserven der Welt (Stand 2005)
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 37
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
1990 95 00 040
30.000
60.000
90.000
120.000
150.000
180.000
1990 95 00 040
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
Mittel-undNahost
Russland
übrige GUS
EuropaNordamerikaLateinamerikaFernost/PazifikAfrika
Mrd. m³
Reserven Förderung171.000 2.555
8%
3%
4%4%
5%
28%
6%
42%
Fernost/Pazifik
EuropaAfrikaLateinamerikaMexikoKanada
Mittel- und Nahost
Russland
übrige GUS
USA
28%
5%
19%
7%2%4%
6%12%9%12%
1990 95 00 040
30.000
60.000
90.000
120.000
150.000
180.000
1990 95 00 040
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
Mittel-undNahost
Russland
übrige GUS
EuropaNordamerikaLateinamerikaFernost/PazifikAfrika
Mrd. m³
Reserven Förderung171.000 2.555
8%
3%
4%4%
5%
28%
6%
42%
Fernost/Pazifik
EuropaAfrikaLateinamerikaMexikoKanada
Mittel- und Nahost
Russland
übrige GUS
USA
28%
5%
19%
7%2%4%
6%12%9%12%
Welterdgasreserven und -förderung
Mrd.-m3 Mrd.-m3
Quelle: e.on Ruhrgas
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 38
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Quelle: e.on Internet-Dokumentation
Quelle: Siemens
Zum Vergleich
Der Erdgastransport aus Sibirien nach Europa benötigt eine installierte Leistung von
ca. 20.000 MW
Basis
Leitungslänge ca. 3.000 km2 Stränge á 6 RohreVerdichterstation alle 100 - 150 km
Erdöl und Erdgas
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 39
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Versorgungssicherheit
Erdöl und Erdgas
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 40
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
BrennstoffportfolioBrennstoffportfolio
KohleKohle
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 41
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Kohlereserven der Welt (Stand 2006)
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 42
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Hauptseehandelsströme der Welt in Mio-t (Stand 2006)
Hauptkohleexportstaaten
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 43
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
COCO22--MinderungMinderung
Motivation Motivation WirkungsWirkungs--gradgrad--
steigerungsteigerung
BrennBrenn--stoffstoff--
wechselwechsel
COCO22--SequeSeque--
strierungstrierung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 44
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
0,01
0,21
0,41
0,61
0,81
1,01
1,21
1,41
1,61
25 30 35 40 45 50 55 60 65Kraftwerkswirkungsgrad [%]
spez
. CO
2 -E
mis
sion
[kg
CO
2 /kW
hel ] Braunkohle
Steinkohle
Erdgas
BraunkohleCO2 reduziertSteinkohleCO2 reduziertErdgas CO2reduziert
Basis:SK: 0,333 kg CO2/kWhthBK 0,407 kg CO2/kWhthEG: 0,197 kg CO2/kWhth
Stand der Technik
Kraftwerkswirkungsgrad [%]
Spez
. CO
2-Em
issi
on [
kg C
O2/k
Wh e
l]
mit CO2-Abtrenn
Annahmen:- Basiswirkungsgrad 45 % SK- 10 %-Punkte Wirkungsgradeinbuße durch CO2 -Rückhaltung- CO2 -Rückhaltegrad 90 %- Energetischer Aufwand je kg CO2 ist konstant
CO2-Sequestrierung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 45
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Kessel Gas-reinigung
CO2-Abtrennung
Post-Combustion-Capture
Kessel Gas-reinigung
H2O-Kondensat.
Oxy-Combustion-Capture
Luft-zerleg.
Ver-gasung
Gasreinig.CO-Shift
CO2-Abtrennung
Pre-Combustion-Capture
Luft-zerleg.
GuD mit H2-Turbine
CO2
CO2
CO2
Luft
Luft
Luft
Brennstoff
Brennst.
Brennst.
atmosphärisch
atmosphärisch
druckaufgeladen
CO2-Sequestrierung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 46
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
2006 2010 2012 2014 2016Jahr 2018 20202008
Pre-Combustion(O2/H2O-Vergasung und GuD)
Post-Combustion
Oxy-Combustion
Möglicher Zeitplan auf dem Weg zur CO2-Sequestrierung
2022 2024
Oxy-Gasification und Oxy-Combustion(O2/CO2-Vergasung und GuD)
CO2-Sequestrierung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 47
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
TechnologieTechnologie--entwicklungentwicklung
GasGas--kraftkraft--werkwerk
SteinkohleSteinkohle--kraftkraft--werkwerk
BraunkohleBraunkohle--KraftKraft--werkwerk
AndereAndere
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 48
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Dezentrale ErzeugungDezentrale ErzeugungVirtuelles KWVirtuelles KWMikroMikro--KWKKWK
TopologieTopologieeineseines
virtvirt. KW. KW
DezentraleDezentraleWärmeerzWärmeerz. .
+ Strom + Strom
TechnoTechno--logienlogien
SystemSystem--anfordeanforde--rungen rungen
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 49
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Dezentrale Erzeugung - Virtuelles Kraftwerk
Einbindung von Mikro-KWK-Anlagen
Virtuelles = dezentrale + zentraleKraftwerk KWK-Anlagen Einsatzplanung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 50
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Zentrale Einsatzplanung
Quelle: Fa. Schmack
Dezentrale Erzeugung - Virtuelles Kraftwerk
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 51
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Elektrische Netzbilanz
Arb
eit
[kW
h]
Nachfragedeckungz.B. dezentrale Erzeugung
oder allgemein durchMikro-KWK-Anlagen
Quelle: Fa. Schmack
Dezentrale Erzeugung - Virtuelles Kraftwerk
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 52
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Quelle: www.ea-nrw.de/_database/
28,0%
26,0%16,0%
30,0%
WohnenIndustrieGewerbeVerkehr
Primärenergieverbrauch
79,0%
12,0%
9,0%
RaumwärmeWarmwasserStrom
Strom- / Raumwärmebedarf:
1 / 9
Dezentrale Erzeugung - Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (μ-KWK)
Energiebedarf für Gebäude
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 53
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
100% Primärenergie-Input
60% Verluste
40% elektr. Wirkungs-grad
3% Verluste
37%Übertragungs-verluste
Nur 37 % der ein-gesetzten Primär-energie werden im Gebäude genutzt
Konv. Strom- und Wärmebereitstellung
100% Primärenergie-Input Über 90% der ein-
gesetzten Primär-energie werden genutzt
10% Verluste
90% und höherGesamtwirkungsgrad
Dezentrale Mikro-KWK-Technologie
Vorteile der μ-KWK-Technologie
Quelle: microgen
Dezentrale Erzeugung - Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (μ-KWK)
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 54
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
SolarthermieSolarthermie
WärmepumpentechnikWärmepumpentechnik
Primärenergie-btr. WärmepumpePrimärenergie-btr. Wärmepumpe
Aufbau H2-InfrastrukturAufbau H2-Infrastruktur
H2-BrennstoffzelleH2-Brennstoffzelle
2010 2020 2030 2040 2050
GeothermieGeothermie
BrennwerttechnikBrennwerttechnik
Vorbereitung Marktreife
Techno-logieent-wicklung
Mikro-KWKMikro-KWK
Langzeit-WärmespeicherLangzeit-Wärmespeicher
KWK/NahwärmenetzeKWK/Nahwärmenetze
Markt-verfügbare Techno-logien
Fossile BrennstoffzelleFossile Brennstoffzelle
Quelle: BDH
Dezentrale Erzeugung - Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (μ-KWK)
Technologieentwicklung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 55
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Technologische Entwicklungsstufen
Sinkender Wärmebedarf erfordert kleine und hocheffiziente Gasgeräte
Stand der TechnikBrennwerttechnikMotorisches BHKW
„Brückentechnologie“Gasbetriebene Wärmepumpe
ZukunftstechnologienMikro-KWK-Technologien (langfristig)
- Stirlingmotoren, dampfbetriebene und gasmotorisch betriebene KWK-Anlagen
- Mikro-Gasturbinen- Brennstoffzelle
Dezentrale Erzeugung - Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (μ-KWK)
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 56
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:0
0
12:0
0
14:0
0
16:0
0
18:0
0
20:0
0
22:0
0
0:00
0
2
4
6
8
10
Bedarf BZA
Ele
ktris
che
Leis
tung
in k
W
Ein Tag im Januar
Deckung des Strombedarfs
Trotz Stromerzeugung über Bedarfsmenge beträgt der Deckungsgrad nur 43,5 % Quelle: GWI Anlage A (840 Wel)
Technisch / wirtschaftliche AnforderungenWärmemanagement und Energieeffizienz
Elek
tris
che
Leis
tung
[kW
]
Dezentrale Erzeugung - Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung (μ-KWK)
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 57
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
ZusammenZusammen--fassungfassung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 58
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Primärenergiemix sollte ausgewogen bleiben
Zusammenfassung
Zentrale Erzeugung wird weiter wichtigste Rolle spielen
Effizienzsteigerung ist Basis für weitere Entwicklungen
Nur ein breiter Mix an regenerativen Energien kann einenwesentlichen Beitrag zur Energiebereitstellung leisten
Gesamtemissionen bei Kohlekraftwerken sind auf einem akzeptablen Niveau
CO2-Thematik wird zunehmend in den Fokus rücken
Zentrale Erzeugung
Verfügbarkeit von Brennstoffen gewinnt an Bedeutung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 59
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Nur ein breiter Mix an regenerativen Energien kann einenwesentlichen Beitrag zur Energiebereitstellung leisten
Mikro-KWK-Technologien bieten ein attraktives Potential
Dezentrale Erzeugung wird an Bedeutung gewinnen(auf begrenztem Niveau)
Dezentrale Erzeugung
Zusammenfassung
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 60
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Vielen Dankfür Ihre
Aufmerksamkeit
Ende
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 61
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
Koordinaten
Universität Duisburg-EssenFakultät IngenieurwissenschaftenAbteilung Maschinenbau
Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik LUATLeimkugelstraße 1045141 Essen
Tel.: +49 (0)201 183-7511Fax.: +49 (0)201 183-7513
Mail [email protected]
http: www.uni-due.de
Ansprechpartner:Prof. Dr.-Ing. Klaus GörnerTel.: +49 (0)201 183-7511Mail [email protected]
LUATLehrstuhl für Umweltverfahrens-technik und AnlagentechnikUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil.Klaus Görner
Uni-CollegStrom für morgen: sauber, verfügbar und bezahlbar?Duisburg
10.12.2008
Folie 62
ef.RuhrUniversitäten
BochumDortmundDuisburg-Essen
KraftwerksneubauKraftwerksneubauDeutschlandDeutschland
Top Related