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Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20091 E-Studie: Kapitel Moderne fossile Kraftwerke: Effizienzsteigerung und CO 2 -Abscheidung.

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1 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20091 E-Studie: Kapitel Moderne fossile Kraftwerke: Effizienzsteigerung und CO 2 -Abscheidung Martin Keilhacker München

2 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20092 Die Rolle der fossilen Kraftwerke weltweit und in Europa/D CO 2 -Reduktion mit konventionellen Technologien Zukünftige Entwicklung: CO 2 -Abscheidg. u. -Speicherung (CCS) Abschätzung der bis 2030 erreichbaren Senkung der CO 2 -Emissionen Fazit Was wird behandelt?

3 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20093 Primärenergieverbrauch [%] und Stromerzeugung [%] nach Energieträgern: 2005/2006 – weltweit, EU-27 und D Welt EU-27 D 200520062006 Primärenergieverbrauch [%] Kohle 25,317,823,6 Erdöl 35,036,9 35,7 Erdgas 20,624,022,8 Kernenergie 6,314,012,4 Erneuerbare Energien12,77,1 6,0 Gesamter PEV [EJ] 47976,414,6 Stromerzeugung [%] Kohle4328,645,7 Erdöl93,91,5 Erdgas2020,211,1 Kernenergie15 29,526,3 Erneuerbare Energien1314,312,0 Ges. Stromverbrauch [TWh]18.700 3.354 637 Bei Stromerzeugung überwiegt Kohle, gefolgt von Erdgas u. Kernenergie. EE holen auf!

4 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20094 Anstieg des Primärenergieverbrauchs in der Stromerzeugung weltweit bis 2030 (IEA 2002) Neubaubedarf 2020: 2500 GW 2030: 4800 GW Schwellenländer: Zusatzbedarf Europa: Ersatzbedarf Quelle: World Energy Outlook 2002 Weltweit im Jahr 2030 Konkurrenz Kohle-Erdgas – zusammen 65%. Rest EE u. KE.

5 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20095 Kraftwerkszubaubedarf in der EU – Stromlücke? (nach A. Voß, Stuttgart, Vortrag DPG-Tagung Hamburg 02.03.09) Ersatzbedarf und steig. Stromverbrauch (0.5%/a) Stromlücke von 300 GW in 2020

6 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20096 Development of Power Station Park to 2020 (2030) with and w/o (+20 yrs) phasing out of nuclear power Electricity demand remains constant over the years [dena Studie (März 2008): Kraftwerks- und Netzplanung in Deutschland bis 2020 (2030)] Missing power w/o nuclear energy: 2020: 15.8 GW (2030: 27.8 GW) Missing power w/o nuclear energy: 2020 15.8 GW (2030 27.8 GW)

7 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20097 Wirkungsgradsteigerung (s. Abb. 8-10) Ersatz von Kohle durch Erdgas – Braunkohle/ Steinkohle mit 0.40/ 0.33 kg CO 2 /kWh Wärme Erdgas mit 0.19 kg CO 2 /kWh Wärme, d.h. fast Faktor 2 besser – Gas-GuD-Kraftwerke haben sehr hohen Wirkungsgrad (bis 62%) – aber: Gas hat deutlich höhere Kosten u. größeres Versorgungsrisiko CO 2 -Reduktion mit konventionellen Technologien

8 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20098 Wirkungsgradsteigerung [%] bei Steinkohle-Kraftwerken (nach H. Spliethoff, TU München, Vortrag AKE 23.04.2009) 55 50 46 43 38 30 22

9 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 20099 Entwicklungspotential von kohlebefeuerten Dampfkraftwerken (nach I. Pyc u. P. Klüsener, Siemens PG, VDE Kongress, Berlin 2004) Werkstoffentwicklung Nettowirkungsgrad Prozess- und Komponentenentwicklung

10 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200910 Kohlekraftwerke: Wirkungsgradsteigerung und CO 2 -Reduzierung (Quelle: VGB 2009/10)

11 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200911 CO 2 -Abscheidung: Verschiedene Verfahren (s. Abb. 12 -13) Langzeitige Speicherung von CO 2 (s. Abb. 14 -16) CO 2 -Vermeidungskosten (s. Abb. 17) Zeitfenster für Umrüstung (Window of opportunity) Zukünftige Entwicklung: CO 2 -Abscheidung u. -Speicherung (CCS)

12 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200912 Verfahren zur CO 2 -Abscheidung (nach H. Spliethoff, TU München, Vortrag AKE 23.04.2009) (10%-14%) 28% WG-Verlust: WG mit CCS: (8%-10%) 42% 11.5% 37%

13 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200913 CO 2 -Abscheidung: Verfahrensvergleich hinsichtlich Wirkungsgrad und Kosten (nach H. Spliethoff, TU München, Vortrag AKE 23.04.2009)

14 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200914 Carbon Capture and Storage (CCS): Prinzip

15 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200915 Kapazitäten für CO 2 -Speicherung weltweit, in Europa und Deutschland (nach FZ Jülich, Zukünft. Energieversorgung. …., Abschlußbericht 2006, S.28) CO 2 -Produktion: 0.4 Gt/aCO 2 -Produktion: 25 Gt/a

16 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200916 Speicherkapazitäten für CO 2 : Reichweite in Jahren

17 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200917 CO 2 -Vermeidungskosten – Zeitfenster f. Umrüstung auf CCS Nach Untersuchungen des FZ Jülich (Abschlussbericht Zukünft. Energieversorgung unter d. Randbedingungen einer großtechn. CO 2 -Abscheidung u. Speicherung, 2006) : CO 2 -Vermeidungskosten [Euro/t CO 2 ]: 2020 2030 Kohle-KW: 35 - 50 <30 - 40 Erdgas-GuD-KW: 50 - 65 45 - 60 Zubaubedarf für Kohle-KW sollte um 2020 nächstes Maximum erreichen, dann erst wieder um 2045 Argument für Verlängerung der Laufzeiten von sicheren deutschen Kernkraftwerken

18 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200918 Abschätzung der bis 2030 erreichbaren Senkung der CO 2 -Emissionen Extrapolation d. Beobachtungen 1990-2008 – der Trend Erhöhung d. Gasanteils (20% auf 40%) Teilweiser Einsatz von CCS (¼ bzw. ½ d. KW-Parks)

19 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200919 Ausgangsdaten für 2007 mit Vergleichswerten für 1992

20 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200920 Spezif. CO 2 -Emission des Kraftwerksparks in D von 1992 bis 2007, sowie mögliche Verminderungen gegenüber Trend (für 2030) : höherer Gasanteil bzw. teilweiser Einsatz von CCS

21 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200921 694 Trend 651 Gas verdoppelt 587 ¼ CCS 427 ½ CCS Mittlere spezif. CO 2 -Emission des KW-Parks in D: Ergebnisse 1990-2007, der Trend u. mögl. Besserungen gegenüber Trend (für 2030): höherer Gasanteil bzw. teilweiser Einsatz von CCS - 0.74 % pro Jahr 935 Basis 1990

22 Martin Keilhacker – AKE/DPG AKE-Herbstsitzung, 22./23. Oktober 200922 Fazit Kohle, und zunehmend Erdgas, werden weltweit in den nächsten Jahrzehnten weiterhin dominieren (IEA: in 2030 zus. 65 Prozent). Rest EE u. KE. Verfahren zur CO2-Abscheidung und langfristigen Speicherung (CCS) müssen mit höchster Priorität entwickelt und in Pilot- u. Prototypanlagen auf großtechnische Tauglichkeit getestet werden. Strategische Tragweite verlangt, dass möglichst frühzeitig (ca. 2020) feststeht, - ob CCS überhaupt ein gangbarer Weg ist, - und wenn ja, mit welchen Verfahren und zu welchen Kosten. KW mit CCS haben Wirkungsgradverlust von 8 – 12 Prozentpunkten, und benötigen 20 bis 40 Prozent mehr Brennstoff pro KWh Strom Window of Opportunity für Markteinführung von KW mit CCS um Jahr 2020 Argument für Laufzeitverlängerung von sicheren deutschen KKW


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