Vorlesung Elektrizitätswirtschaft TU Clausthal - TU Clausthal/IEE
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Vorlesung Elektrizitätswirtschaft TU Clausthal Kapitel 4 Stromerzeugung
Kapitel 4 Stromerzeugung
Inhalt
4.1 Bruttostromerzeugung
4.2 Grundbegriffe der
Elektrizitätserzeugung
4.3 Der Kraftwerkspark in Deutschland
4.4 Stromerzeugung aus
Wärmekraftwerken
4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren
Energien
4.6 Stromerzeugungskosten
4.7 Stromerzeugung und Umwelt
4.1 Bruttostromerzeugung
4.1.1 Erzeugung (weltweit)
Quelle : BMWi
Energiedaten
2006 12.462 Mrd. kWh + 33,7 % 16.661 Mrd. kWh
3,0 %
505 8,1 %
2,7 % 1346
11,7 % 20,1%
338 3351
1460 21,8 % 20,3 %
2720 13,2 % 3376
1644 23,5 %
22,8 % 3921
2844
3456 27,7 % 4162
25,0 %
1993 2003
sonstige Länder N ordamerika Asien
Europa Frühere SU Afrika4.1 Brutto- Stromerzeugung (weltweit)
4.1.2 Erzeugung einiger ausgewählter Staaten
Quelle : BMWi Erzeugung 1993 in M rd. kWh
Energiedaten Erzeugung 2003 in M rd. kWh
2006 3271
+ 123 % + 78 % + 141 % + 14 %
1943
2377
873
633 522 594
356 345
143
China Indien Südkorea USA Deut schland
- Die Vereinigten Staaten von Amerika erzeugten 2003
ca. 3.271 Mrd. kWh und sind weltweit der größte
Stromerzeuger.
- Auffällig sind die Steigerungsraten in den asiatischen Länder.
- Die Bruttostromerzeugung in Deutschland ist im selben .
Zeitraum fast konstant geblieben und betrug 2003 mit .
594 Mrd. kWh ca. 3,6 % an der Weltstromerzeugung.4.1 Bruttostromerzeugung 4.1.3
Bruttostromerzeugung in Deutschland 2005
Die Bruttostromerzeugung betrug ca. 619 Mrd. kWh
sonstige
Erdgas 16 %
Quelle : BMWi Steinkohle
Energiedaten
Braunkohle 97 Mrd. kWh 11 %
2006
Kernenergie 70 Mrd.kWh
22 %
134 Mrd. kWh
25 %
155 Mrd.
kWh 26 %
163 Mrd. kWh
- Die Brutto - Stromerzeugung ist die erzeugte elektrische
Arbeit, gemessen an den Generatorklemmen
- 47 % der Stromerzeugung erfolgte aus Braun- und Steinkohle
- Den quantitativ größten Anteil an der Stromproduktion hat
die Kernenergie4.1 Bruttostromerzeugung 4.1.4
Struktur und Stromaufkommen in der BRD 2003
Die Inlandstromerzeugung betrug 602,9 Mrd. kWh
48,2 Mrd. kWh 21,8 Mrd. kWh
8,0 % 3,6 %
Quelle : BMWi
Energiedaten
2006
532,9 Mrd. kWh
88,4%
Private Betreiber
öffentliche Kraftwerke (inkl. Deutsche Bahn AG)
industrielle Eigenanlagen4.2 Grundbegriffe der Elektrizitätserzeugung 4.2.1
Kriterien für den Kraftwerkseinsatz
Quelle : Elektrische
Energieverteilung
• Der Bedarf an elektrischer Energie ist zeitlichen
Flosdorff/Hilgarth Schwankungen unterworfen ( Lastganglinie ).
B.G. Teubner
Verlag 2000
Stromnachfrage und Stromerzeugung müssen sich jederzeit
im Gleichgewicht befinden.
Höchstleistung
Leistung
0h 2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h 22h 24h
Uhrzeit
• Die Festlegung des Kraftwerkseinsatzes und die
Einsatzbefehle an die Kraftwerke für den nächsten Tag
erfolgen auf Basis der täglichen Lastprognose, die für
einige charakteristische Punkte der Tagesbelastungskurve
durchgeführt werden. Zentrale Stellen steuern den
Kraftwerkseinsatz einschließlich der Sofortmaßnahmen bei
Störungsfällen.4.2 Grundbegriffe der Elektrizitätserzeugung
4.2.2 Einteilung der Kraftwerksarten durch Leistungs-
Quelle : bereiche
Elektrische
Energieverteilung
Die Tagesdauerlinie
Flosdorff/Hilgarth
B.G. Teubner
Verlag 2000
Die Spitzenlast setzt sich aus mehreren
kurzzeitigen Belastungsspitzen zusammen
Mittellast ist der
L e istu n g
Bereich, der während
eines großen Teils des
Betrachtungszeitraums
beansprucht wird
0h
2h
4h
6h
8h
h
h
h
h
h
h
h
h
16
18
12
14
10
20
22
24
Leistung, die über den ganzen Tag konstant
erzeugt werden muss, heißt Grundlast4.2 Grundbegriffe der Elektrizitätserzeugung 4.2.3
Definition der Kraftwerksarten
Quelle :
Elektrische • Grundleistungskraftwerk :
Energieverteilung
Flosdorff/Hilgarth - Ausnutzungsdauer von 6000 bis über 7000 h/a
B.G. Teubner
Verlag 2000 - 50 % der Jahreshöchstlast und 70 % des Energieverbrauches
- Laufwasser-, Braunkohle- und Kernkraftwerke
• Mittelleistungskraftwerk :
- Ausnutzungsdauer von 3000 bis über 5000 h/a
- Müssen für häufigeren Lastwechsel geeignet sein
- Steinkohlekraftwerke und einzelne Öl - Gaskraftwerke
• Spitzenleistungskraftwerk :
- Ausnutzungsdauer von teilweise unter 1000 h/a
- Mehrmals tägliches An - und Abfahren mit kurzen
Anfahrzeiten und hohen .
Leistungsänderungsgeschwindigkeiten
- Gasturbinen - , Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke4.2 Grundbegriffe der Elektrizitätserzeugung
4.2.4 Leistungsbegriffe einer Erzeugungseinheit (1)
Quelle: Begriffe der
Versorgungswirtschaft
VDEW 7.Auflage1999
Brutto - Engpassleistung
Netto - Engpassleistung Eigenverbrauchsleistung
• Die Brutto-Engpassleistung ist die höchste Dauerleistung
einer Erzeugungseinheit , die beim bestimmungsgemäßen
Betrieb ohne zeitliche Einschränkung erbracht wird und die
Lebensdauer der Anlage nicht beeinträchtigt. Sie ist durch
den leistungsschwächsten Anlagenteil (Engpass) begrenzt.
• Die Eigenverbrauchsleistung einer Erzeugungseinheit ist die
elektrische Leistung, die für den Betrieb ihrer Neben- und
Hilfsanlagen benötigt wird.
• Die Netto-Engpassleistung ist ein statistischer Wert und gibt
keine Auskunft, ob die Kraftwerksleistung einsetzbar ist.4.2 Grundbegriffe der Elektrizitätserzeugung
4.2.4 Leistungsbegriffe einer Erzeugungseinheit (2)
Quelle: Begriffe der
Versorgungswirtschaft Netto - Engpassleistung
VDEW 7.Auflage1999
Verfügbare Leistung Nicht verfügbare Leistung
• Die Nichtverfügbarkeit von Kraftwerken wird z.B. durch
Festlegung von Inspektions- und Revisionsintervallen
verursacht. Die ungeplante nicht verfügbare Leistung
entsteht durch außerplanmäßige Schäden oder Störungen an
den jeweiligen Erzeugungsanlagen. Des weiteren werden die
Kapazitäten durch die unterschiedlichen Faktoren, wie z.B.
weniger Wasserkraft und unstete Windkraft vermindert.
• Die tatsächlich verfügbare Leistung zu einem bestimmten
Zeitpunkt ergibt sich aus der Netto-Kraftwerksengpassleistung
abzüglich der nicht verfügbaren Kraftwerksleistung.4.2 Grundbegriffe der Elektrizitätserzeugung
4.2.4 Leistungsbegriffe einer Erzeugungseinheit (3)
Quelle: Begriffe der
Versorgungswirtschaft
VDEW 7.Auflage1999
Verfügbare Leistung
Betriebsleistung Bereitschaftsleistung
Beanspruchbare Leistung
• Die Betriebsleistung ist die zum jeweiligen Zeitpunkt
tatsächlich erzeugte Leistung.
• Die Bereitschaftsleistung ist diejenige Leistung , die zwar
einsetzbar ist , aber zur Lastdeckung nicht benötigt wird.
• Die beanspruchbare Leistung einer Erzeugungseinheit ist die
Summe aus der Betriebsleistung und der Bereitschaftsleistung.4.2 Grundbegriffe der Elektrizitätserzeugung 4.2.5
Kraftwerksleistungsbilanz 2001 (1)
Quelle : VDEW
www.strom.de • Reserveleistung :
Die erforderliche Reserveleistung ist ein Planwert. Sie ist die
Leistung eines Versorgungssystems , die über die planerisch
erwartete Last hinaus mindestens vorhanden sein muss, um ein
Maß an Versorgungszuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.
• Freie Leistung:
Die freie Leistung ist die Leistung , die zum Zeitpunkt der
Jahreshöchstlast verbleibt , wenn man von der Nettoleistung
eines Versorgungssystems die nicht verfügbare Leistung , die
tatsächliche Höchstlast und die gesamte erforderliche
Reserveleistung in Abzug bringt. Bei idealer Planung wäre die
Leistungsbilanz ausgeglichen, d.h. es ergäbe sich keine freie
Leistung. In der Praxis lässt sich dies kaum erreichen , da es
aufgrund von Planungsprognosen und standardisierten
Kraftwerksbaugrößen immer kleinere freie Kapazitäten gibt.4.2 Grundbegriffe der Elektrizitätserzeugung 4.2.5
Kraftwerksleistungsbilanz 2001 (2)
Quelle : VDEW
www.strom.de Am 17.12.2001 betrug die Jahreshöchstlast 78.200
MW
Nettoleistung 105.900 MW
Nicht verfügbare
Leistung
14.600 MW
Freie
4.700 MW Leistung
Reserveleistung
8.400 MW
Beanspruchbare
(verfügbare) 78.200 MW Höchstlast
Leistung 91.300
MW4.3 Der Kraftwerkspark in Deutschland
4.3.1 Zusammensetzung der Jahresengpassleistungen
Quelle : BMWi
Energiedaten 125,9 GW 120,7 GW
2002 6% 5%
11,8 GW 10% 3% 10% 11,7 GW
5%
8,7 GW 7% 7% 9,0 GW
23,7 GW 19% 27% 30% 20% 23,6 GW
18,0 GW 14% 7%
9% 18% 22,3 GW
29,5 GW 23% 29% 27% 18% 21,8 GW
34,2 GW 27% 28% 24% 27% 32,3 GW
Kapazität 1991 Erzeugung 1991 Erzeugung 2001 Kapazität 2001
Steinkohle Braunkohle Erdgas
Kernenergie Wasserkraft sonstige4.3 Der Kraftwerkspark in Deutschland
4.3.2 Kraftwerke der allgemeinen Versorgung 2000
Quelle: VDEW
Stromdaten 51,1 GW
Dezember 2002 590
530 35,5 GW
21,4 GW
2,4 GW 100
16
1 -10 M W 10 - 300 M W 300 - 1000 M W über 1000 M W
Anzahl der Kraft werke Leist ung
• Es gibt über 1200 Kraftwerke in Deutschland
• Die Kernkraftwerke stellen den überwiegenden Anteil in .
der Leistungsgruppe über 1000 MW.
• Die Mehrzahl der Stein - Braunkohlekraftwerke liegen im
. Leistungsbereich zwischen 100 - 1000 MW
• 2/3 der Gas/Wasserkraftwerke befinden sich im
. Leistungsbereich zwischen 1 - 10 MW4.3 Der Kraftwerkspark in Deutschland
4.3.3 Altersstruktur des Kraftwerksparks 2002
Quelle:
Prof.Dr.Wagner & 25
Anteil an Gesamtleistung in
Prof. Dr. Brückl
TU München
20
15
10
5
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
%
Kraftwerksalter in
Jahresklassen
• Über 50 % des Kraftwerksparks ist älter als 25 Jahre
• 45 % der Steinkohlekraftwerksleistung sind älter als 30 Jahre
• 52 % der Braunkohlekraftwerksleistung sind jünger als 10 Jahre4.3 Der Kraftwerkspark in Deutschland 4.3.4
Entwicklung vorhandener Kraftwerkskapazitäten
Quelle:
Prof. Dr. Voß 140
Uni-Stuttgart
120
Kraftwerkskapazitäten in
100
80
60
40
20
GW
0
2000 2005 2010 2015 2020
Kernenergie Braunkohle Steinkohle Erdgas
Wind Wasser sonstige4.3 Der Kraftwerkspark in Deutschland 4.3.5
Zubau von Kraftwerkskapazitäten
Quelle:
Prof.Dr.Wagner &
Prof. Dr. Brückl • Bis ca. 2007 sind kaum Kraftwerksneubauten erforderlich
TU München
- Reduzierung der freien Kraftwerksleistung
- Kraftwerksnachrüstungen im Sinne einer
Lebensdauerverlängerung oder Wirkungsgraderhöhung
• Ab ca. 2007 erhöht sich der notwendige altersbedingte
Kraftwerksersatz (Auszug aus bereits angekündigten
Investitionsvorhaben im konventionellen Kraftwerksbau
> 20 MWel bis 2012 in nachfolgender Tabelle)
• Nach 2012 werden Kraftwerksneubauten in erheblichem
Umfang erforderlich (Beispiele nachfolgend)4.3 Der Kraftwerkspark in Deutschland 4.3.5
Zubau von Kraftwerkskapazitäten
Quelle: VDEW, Standort Investor vorgesehene Brennstoff Leistung
VKU und Inbetriebnahme MWel
Unternehmens-
angaben; Hamm-Uentrop Trianel 2007 Erdgas 800
kein Anspruch auf
Vollständigkeit
GuD-Hürth Statkraft 2007 Erdgas 800
GuD-Lubmin I Concord Power 2007 Erdgas 1.200
GuD-Irsching E.ON 2008 Erdgas 800
GuD-Lingen RWE 2009 Erdgas 850
Neurath (BoA) RWE 2010 Braunkohle 2.100
Niedersachsen Electrabel 2010/2011 Steinkohle 800
Bremen-Mittelbüren swb 2011 Steinkohle 800
Datteln E.ON 2011 Steinkohle 1.100
Karlsruhe/Rheinhafe EnBW 2011 Steinkohle 800
n
Ruhrgebiet EWMR 2011 Steinkohle 1.100
Hamm RWE 2011/2012 Steinkohle 1.410
Hamburg/Moorburg Vattenfall 2012 Steinkohle 1.640
sonstige 5.560
angekündigte Investitionen in konventionelle Kraftwerke > 20 MWel bis 2012 19.7604.3 Der Kraftwerkspark in Deutschland 4.3.5
Zubau von Kraftwerkskapazitäten
Quelle: VDEW, Standort Investor vorgesehene Brennstoff Leistung
VKU und Inbetriebnahme MWel
Unternehmens-
angaben; Klingenberg Vattenfall 2013-2019 Kohle 800
kein Anspruch auf
Vollständigkeit
Dettelbach N-Energie offen Erdgas 800
GuD-Lingen RWE offen Erdgas 850
GuD-Lubmin II Concord Power offen Erdgas 1.200
Mainz KW MainzWiesb. offen Steinkohle 800
sonstige 3.380
angekündigte Investitionen > 20 MWel nach 2012 7.8304.3 Der Kraftwerkspark in Deutschland
4.3.6 Entwicklung des deutschen Kraftwerksparks
Quelle : 120.700 MW 112.400 MW 114.100 MW 118.900 MW
Energiereport
Prognos AG
Schäffer- 10% 11700 18200 16%
Poeschel Verlag 9000 11500 13700
7%
10700 10900 11200 9%
18% 22.300
18000 21600
21800 28800 24%
18% 20900 20100
22900 19%
27% 32300 28800
27800
30700 26%
20% 23600 22500 20000 6%
7100
2001 2005 2010 2020
Kernkraft Steinkohle Braunkohle
Erdgas Wasser sonstige+ Wind4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken 4.4.1
Energieumwandlungsketten für Wärmekraftwerke
Quelle : Vorlesung Elektrische Energiewirtschaft und Kraftwerke WS 2001/2002 (Harald Waitschat)4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken 4.4.2
Steinkohle (1)
Quelle : BMWi
Energiedaten
• Gesamtbedarf, Inlandsförderung und Einsatz in
2006 Kraftwerken 146,6
146,2
77 58 45 1,77 69 26 44 2,0
1993 2003
Gesamtbedarf in M io. t SKE
Inlandsförderung in M io. t SKE
Brennstoffverbrauch in M io. t SKE für die Stromerzeugung
Bruttostromerzeugung in M rd. kWh
Energieeffizienz in kWh/ kg SKE4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken
4.4.2 Steinkohle (2)
Quelle :
Handbuch der • Förderung und Brennstoffpreise für Steinkohle
Elektrizitätswirt-
schaft L. Müller
Springer Verlag
2001
Preise für Steinkohle ab Förderstätte
• Grenzübergangspreise (gemittelt) 2002 42 EUR/t SKE
200
149 • Grenzübergangspreise (Prognose) 2020 35 - 45 EUR/t SKE
EUR / t (SKE)
150
100
41 37 29
50 28
0
Deutschland Australien USA Südafrika Indonesien4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken
4.4.3 Braunkohle (1)
Quelle : BMWi • Gesamtbedarf, Inlandsförderung und Einsatz in
Energiedaten
2006 Kraftwerken
225 222 167 148 0,89 179 179 168 158 0,94
1993 2003
Gesamtbedarf in M io. t Braunkohle
Inlandsförderung in M io. t Braunkohle
Brennstoffverbrauch in M io. t Braunkohle zur Stromerzeugung
Bruttostromerzeugung in M rd. kWh
Energieeffizienz in kWh/ kg Braunkohle4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken 4.4.3
Braunkohle (2)
Quelle: • Braunkohlereviere und Kraftwerksleistungen in der BRD
Handbuch
Energie- Helmstedter Revier Stand: 2000
management zwei Kraftwerke (Offleben,Buschhaus)
C.F.Müller
705 MW Engpassleistung
Lausitzer Revier
drei Kraftwerke (z.B.Schwarze Pumpe, Boxberg )
5600 MW Engpassleistung
Mitteldeutsche Revier
ein Kraftwerk ( Lippendorf )
.
1082 MW Engpassleistung
Rheinisches Revier
fünf Kraftwerke ( z.B. Weisweiler, Niederaußen )
9.832 MW Engpassleistung4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken 4.4.4
Gas
Quelle : BMWi • Gesamtbedarf, Inlandsförderung und Einsatz in
Energiedaten
2006
Kraftwerken 129
102,7
56,3 3,5
2,9
31,4 32,8
32,5
11,4 16,1
1993 2003
G e samtaufkomme n in M rd . cb m
Inland sförd e rung in M rd . cb m
Bre nnstoffve rb rauch in M rd . cb m für d ie Strome rze ug ung
Bruttostrome rze ug ung in M rd . kW h
Ene rg ie e ffizie nz in kW h/ cb m4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken 4.4.5
Kernkraftwerke in der Welt
• Die installierte Bruttoleistung betrug 2005 ca. 355.000 MW
Quellen:
- Energiedaten –
427
Stand: 10/2005
nationale und
4 355 GW
internationale
Entwicklung, 102
Bundesministerium
4
für Wirtschaft und
75
Technologie, 2006 120
- http://www.kern- 110
energie.de/
201
166
Anzahl in Betrieb Leistung in Betrieb
Europa Nordamerika Asien Übrige
• Die Stromerzeugung aus Kernenergie betrug 2004 rund 2.738 TWh4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken 4.4.5
Kernkraftwerke in der Welt (im Bau)
• Im Oktober 2005 waren weltweit 29 Kernkraftwerke
Quelle:
Energiedaten –
mit 24 GW Bruttoleistung im Bau
nationale und 29
internationale
Entwicklung, 24 GW
Bundesministerium
für Wirtschaft und
Technologie, 2006
18
14
2
2
9 8
Anzahl im Bau Leistung im Bau
Europa Nordamerika Asien4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken 4.4.5
Kernkraftwerke in der Welt (ausgewählte Länder)
Quelle: 351
Energiedaten – 308,5 GW
nationale und
11
internationale 19
Entwicklung, 27 9,5
17 15,9
Bundesministerium 13
11,8
12,1
für Wirtschaft und 18 11,3
30 20,6
Technologie, 2006 20,8
54 45,5
59 63,5
103 97,5
Anzahl in Betrieb Leistung in Betrieb
USA Frankreich Japan Russland
Deutschland Ukraine Kanada Großbritannien
Südkorea Schweden4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken
4.4.6 Kernkraft (1)
• Kernkraftwerksstandorte in Deutschland
Quelle:
Energiedaten –
Bruttoleistung 21.693 MW, Bruttostromerzeugung (2003)167 Mrd.
nationale und
kWh Obrigheim (Bj.: 1968) 1) 357
internationale Bruttoleistung in MW
Entwicklung, Stade (Bj.: 1972) 1) 672
Bundesministerium Biblis A + B (Bj.: 1974/1976) 2.525
für Wirtschaft und Neckar 1+ 2 (Bj.: 1976/1989) 2) 2.205
Technologie, 2006 Brunsbüttel (Bj.: 1976) 806
Isar 1+ 2 (Bj.: 1977/1988) 2.387
Unterweser (Bj.: 1978) 1.410
Philippsburg 1+ 2 (Bj.: 1979/1984) 2.384
Grafenrheinfeld (Bj.: 1981) 1.345
Krümmel (Bj.: 1983) 1.316
Gundremmingen B + C (Bj.: 1984/1984) 2.688
Grohnde (Bj.: 1984) 1.430
Brokdorf (Bj.: 1986) 1.440
Emsland (Bj.: 1988) 1.400
M ülheim-Kärlich (Bj.: 1986) 3) 1.302
1) Obrigheim ist am 11.05.2005 außer Betrieb gestellt worden, Stade bereits am 14.11.2003
2) davon ca. 300 MW Anteil Deutsche Bahn AG
3) lt. Gerichtsbeschluss vom 09.10.1986 abgeschaltet4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken 4.4.6
Kernkraft (2)
Quelle : Jahrbuch • Berechnung der Reststrommengen (Novelle
der Atomwirtschaft
2001 32 Jahrgang Atomgesetz)
Inforum-Verlag • Für jede Anlage wird auf der Grundlage einer Regellaufzeit
von 32 Jahren ab Beginn des Betriebes die noch
verbleibende Restlaufzeit errechnet.
• Es wird für jedes KKW eine jahresbezogene Referenzmenge
ermittelt. (Durchschnitt der 5 höchsten Jahresproduktionen
zwischen 1990 und 1999)
• Die Reststrommenge ergibt sich durch Multiplikation der um
5,5 % ( technische Optimierung ) erhöhten Referenzmenge
mit der Restlaufzeit.
• Die Kernkraftwerksbetreiber können Strommengen von
einem Kernkraftwerk auf ein anderes KKW übertragen.4.4 Stromerzeugung aus Wärmekraftwerken
4.4.6 Kernkraft (3)
• Reststrommengen der deutschen Kernkraftwerke
Kernkraftwerk Reststrommenge Reststrommeng Kernkraftwerk Reststrommenge Reststrommenge
ab 01.01.2000 in e ab 01.02.2005 ab 01.01.2000 in ab 01.02.2005 in
GWh in GWh GWh GWh
Obrigheim* 8.700 626 Krümmel 158.220 112.509
Stade** 23.180 4.786 Gundremmingen B 160.920 109.665
Biblis A 62.000 27.179 Philippsburg 2 198.610 145.407
Neckarwestheim 1 57.350 26.548 Grohnde 200.900 145.557
Biblis B 81.460 38.108 Gundremmingen C 168.350 118.611
Brunsbüttel 47.670 24.902 Brokdorf 217.880 161.378
Isar 1 78.350 44.493 Isar 2 231.210 172.321
Unterweser 117.980 71.027 Emsland 230.070 173.856
Philippsburg 1* 87.140 47.726 Neckarwestheim 2 236.040 183.359
Grafenrheinfeld 150.030 98.482 Mülheim-Kärlich 107.250 107.250
Quelle: http://www.kernenergie.net/ Summe 2.623.310 1.813.854
* Übertragung von 5 500 GWh von Philippsburg 1 auf Obrigheim, am 11.05.2005 abgeschaltet,
** Stade wurde am 14.11.2003 abgeschaltet, über die Aufteilung der noch verbliebenen Reststrommenge ist noch zu entscheiden
Reststrommengen ab Jan. 2000 für die einzelnen Kernkraftwerke entsprechend Atomgesetz von 2002 und Stand zum 1.2.20054.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien 4.5.1
Definition und Klassifizierung erneuerbarer Energien
Quelle :
Stromwirtschaft im
• Die bedeutendsten erneuerbaren Energiequellen haben ein
Wandel
Görs/Rein/Reuter
und dieselbe Quelle , aus der sie immer wieder "erneuert"
Deutscher werden, nämlich die Strahlungsenergie der Sonne.
Universitäts-Verlag
1.Auflage Nov.2000
• Bei der Klassifizierung unterscheidet man bei den
erneuerbaren Energiequellen nach der natürlichen
Erscheinungsform der jeweiligen Energie.
- Solarenergie
- Wasserkraft
- Windenergie
- Biomasse4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien 4.5.2
Weltweite Bedeutung der erneuerbaren Energien (1)
Quelle : BMWi • Mit einer Weltstromerzeugung von 2.627 Mrd. kWh (17 %)
Energiedaten
2002 stellte im Jahr 2001 die Wasserkraft die mit Abstand
Handbuch der
Elektrizitätswirt- wichtigste erneuerbare Energiequelle dar.
schaft L. Müller
Springer Verlag 331 Mrd. kWh
2001 121 Mrd. kWh
271 Mrd. kWh
176 Mrd. kWh 99%
83%
57%
25,8 Mrd. kWh
4,5%
20%
Kanada Brasilien Russland N orwegen BRD
Stromerzeugung aus Wasserkraft N ationaler Erzeugungsanteil
• Beispiele einiger großer internationaler Wasserkraftanlagen:
Itaipu (Brasilien/Paraguay) 12.600 MW
Wolgograd (Russland) 2.541 MW
Samara (Russland) 2.300 MW4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.2 Weltweite Bedeutung der erneuerbaren Energien (2)
Quelle:
Bundesverband
• Die Weltstromerzeugung aus Windkraft spielt zur Zeit eine
Windenergie e. V. untergeordnete Rolle. In Deutschland (17.574 Windenergie-
Stand:
01.01.2006
anlagen mit 18.428 MW) hingegen hat die Windenergie einen
Anteil von 6,7 % am Nettostromverbrauch.
www.wind-
energie.de • 40.504 MW installierte Windenergieleistung in Europa
Rest von Europa
Stand Ende 2005
5.857 MW
14,5 %
UK Deutschland
1.353 MW 18.428 MW
3,3 % 45,5 %
Italien 1.717 MW
4,2 %
Spanien 10.027 MW 24,8 % Dänemark 3.122 MW 7,7 %4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien 4.5.3
Bruttostromerzeugung 2004 in der BRD
0,5 Mrd. kWh
7,3 Mrd. kWh
Photovoltaik
21,1 Mrd. kWh Biomasse und Müll
Wasserkraft
25,0 Mrd. kWh Windkraft
• Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien erreichte
2004 mit 53,9 Mrd. kWh einen neuen Rekordwert.
• Mit über 46 % an der Stromerzeugung war 2004 die
Windkraft die wichtigste erneuerbare Energie4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.4 Wasserkraft (1)
Quelle :
Vorlesung • Wasserkraftwerksarten (Stand BRD Ende 2000)
Elektrische
Energiewirtschaft
und Kraftwerke
WS 2001/2002
• Laufwasserkraftwerke :
(H. Waitschat )
- 585 Anlagen mit über 2600 MW installierter Leistung
• Speicherkraftwerke :
- 59 Anlagen mit 240 MW installierter Leistung
• Pumpspeicherkraftwerke :
- In Deutschland sind über 5200 MW Leistung installiert
Schnelle Reglung: ca. 90 s bis Volllast
• Darüber hinaus gibt es ca. 5500 in privater Hand
befindliche Kleinstanlagen.4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.4 Wasserkraft (2)
Quelle:
Handbuch der
Elektrizitätswirt- Große Anlagen 67 %
> 10 M W
schaft L. Müller 1,5 %
Springer Verlag
2001
Handbuch
M ittlere Anlagen 25 %
1 - 10 MW
Energie- 5,5 %
management
C.F.Müller Kleinstanlagen 8%
< 1M W 93 %
Anlagenbestand in % Stromerzeugung in %
• Beispiele einiger großer deutscher Wasserkraftanlagen:
Schluchsee 1.840 MW
Markersbach 1.050 MW
• Aufgrund ihrer Grundlastfähigkeit hat die Wasserkraft eine
unverzichtbare Position.4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.5 Entwicklung der Windenergie in Deutschland
Quelle:
Bundesverband 17.574 26,5
Windenergie e. V.
18.428 1.049
Stand:
01.01.2006
13.759 16,8
www.wind-
energie.de 12.001 872
3.579 1,8 6.207 4,6
1.126 315 2.856 460
1995 1998 2002 2005
installierte Leistung in M W Anzahl der WEA
durch. Leistung pro WEA in kW Gesamtstromerzeugung in M rd. kWh4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien 4.5.5 Entwicklung der Windenergie in Deutschland Quelle: Bundesverband Windenergie e. V.
4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.5 Regionale Verteilung der Windenergienutzung
Quelle: Bundesverband
Windenergie e.V.
Windenergienutzung:
Stand: Januar 2006 - unter 4 m/s ungünstig
- 4 bis 5 m/s möglich
- über 5 m/s
wirtschaft. nutzbar4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.5 Leistungskennlinie einer 1200 kW WEA
Quelle :
Windkraftanlagen
Pel ~ Vm3
Erich Hau
Springer - Verlag
2000
VE : Einschaltwindgeschwindigkeit VN:
Nennwindgeschwindigkeit VA :
Abschaltwindgeschwindigkeit4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.5 Leistungskennlinie mit Sturmregelung
Quelle :
ENERCON GmbH • ältere Windenergie-Anlagen stoppen bei einer
definierten Abschaltgeschwindigkeit (z. B. bei einer
Geschwindigkeit von 25 m/s im 20-Sekunden-Mittel)
schalten erst wieder ein, wenn die mittlere
Windgeschwindigkeit unter die Abschaltgeschwin-
digkeit oder evtl. eine noch niedrigere Wiederein-
schaltgeschwindigkeit (sog. Starkwind-Hysterese)
fällt. Bei böigem Wind kann dies längere Zeit
dauern, wodurch erhebliche Ertragsausfälle
entstehen.
• moderne Windenergie-Anlagen sind mit einer
speziellen Sturmregelungssoftware ausgestattet, die
das plötzliche Abschalten der Anlage überflüssig
macht.
• Dies ermöglicht einen abgeregelten Anlagenbetrieb
bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten ohne sonst
übliche Stoppvorgänge, die zu beträchtlichen
Ertragsverlusten (2 % bis 4 % des Jahresertrages)
führen.4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.5 Planungen zur Offshore-Windenergienutzung
Quelle:
Handbuch • Standorte vornehmlich in der Nord - und Ostsee
Energie-
management
C.F.Müller • 40 % höhere Anlagenkosten sowie Mehrkosten für Einspülung
der Meerkabel
• Doppelt so große Ausnutzung wie bei Landanlagen
(etwa 4000 Volllaststunden im Jahr gegenüber 1850 )
• Es sind die folgenden Ausbaustufen geplant:
Stufe Jahr Leistung Erzeugung
. 1. Vorbereitung bis 2004 0 MW 0 Mrd. kWh
2. Startphase bis 2007 500 MW 1,5 Mrd. kWh
3. Ausbauphase 1 bis 2010 2.500 MW 8,5 Mrd. kWh
4. Ausbauphase 2 bis 2020 10.000 MW 31 Mrd. kWh4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.6 Nutzung der Sonnenenergie
Quelle :
Photovoltaik
Engineering • Das Sonnenenergiepotential :
Andreas Wagner
Springer Verlag - Solarkonstante beträgt ca. 1,36 kW/m2
1999
- In Deutschland stehen im Jahresmittel 0,1 kW/m2
(Jahresenergiemenge 1000-1200 kWh/m2a) zur Verfügung
• Aktive Nutzung der Sonnenenergie :
- Solarthermische Wandlung
Durch Parabolrinnen wird Wasserdampf erzeugt und
über eine nachgeschaltete Turbine und Generator dann
Strom erzeugt.
- Photovoltaische Wandlung
Wandlung der Sonnenenergie direkt in elektrische
Energie mittels Solarzellen.4.5 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
4.5.6 Beispiel Photovoltaikanlagen
Quelle :
Photovoltaik
Engineering
Andreas Wagner
Springer Verlag
• Hohe Investitionskosten (ca. 12.000 EUR/kW)
1999
• Niedriger Wirkungsgrad (ca. 18 %)
• Hohe Stromerzeugungskosten (ca. 0,8-5 EUR/kWh)
• Einige Pilot - Anlagen in der BRD
- 600 kW - Anlage auf der Insel Pellworm
- 300 kW - Anlage in Neuenburg
- 340 kW - Anlage in Kobern-Gondorf
(7740 Solarmodule)4.6 Stromerzeugungskosten
4.6.1 Stromerzeugungskosten von Kraftwerken (1)
• Bezogene Anlagekosten in EUR/KW :
Quelle :
Elektrische
Energieverteilung
- Die Baukosten werden auf die installierte Höchstleistung Pmax
Flosdorff/Hilgarth bezogen und in EUR/kW angegeben
B.G. Teubner
Verlag 2000
• Jährliche Fixkosten (Kf) :
- Diese Kosten sind vom Auslastungsgrad der Anlage
unabhängig. Sie werden durch Erhaltung der
Betriebsbereitschaft, kapitalabhängige feste Kosten wie
Zinsen, Abschreibungen, Versicherungen und den festen
Kosten für Löhne und Gehälter bestimmt.
• Jährliche variable Kosten (Kv) :
- In diesen Kosten sind Brennstoffpreis und Transport wie
auch der Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerkes und die
Jahresbenutzungsdauer berücksichtigt.4.6 Stromerzeugungskosten
4.6.1 Stromerzeugungskosten von Kraftwerken (2)
Quelle :
Elektrische
• Jahresgesamtkosten (Ka = Kf + Ky):
Energieverteilung
Flosdorff/Hilgarth
- Die Jahresgesamtkosten setzen sich aus den jährlichen
B.G. Teubner
Verlag 2000
Fixkosten und den jährlichen variablen Kosten zusammen.
Einführung in die
allgemeine
Betriebswirtschafts
• Stromerzeugungskosten ( Ke = Ka : Wa):
lehre Verlag - Dividiert man die Jahreskosten durch die erzeugte
Franz Vahlen
GmbH 2000 Jahresenergiemenge (Wa), so erhält man die
Stromerzeugungskosten (Ke).
• Grenzkosten :
- Bei den Grenzkosten handelt es sich um die Kosten, die bei
den Kraftwerken die zusätzliche Erzeugung einer kWh
verursacht. Vergleicht man die Grenzkosten mit den Erlösen,
die man für die zusätzliche kWh erhält, so erkennt man
sofort, ob eine höhere Produktion zu einer Verbesserung der
Wirtschaftlichkeit der jeweiligen Anlage führt.4.6 Stromerzeugungskosten
4.6.1 Stromerzeugungskosten von Kraftwerken (3)
Jahresgesamtkosten: K = Kf + Kv
Kf : fixe Kosten Kf ~ f (Pmax)
Kv: variable Kosten Kv ~ f (E)
Kf ≈ kf x Pmax kf: leistungsbezogene, fixe Kosten
Kv ≈ kv x E kv: arbeitsbezogene, variable Kosten
K ≈ kf x Pmax + kv x E
Zum Vergleich von verschiedenen Kraftwerkstypen:
K ≈ kf + kv x E =kf + kv x Ta oder K ≈ kf x Pmax + kv = kf + kv
Pmax Pmax E E Ta4.6 Stromerzeugungskosten
4.6.2 Ausnutzungsdauer deutscher Kraftwerke 2004
Quelle:
Statistisches
Bundesamt,
Die Ausnutzungsdauer eines Kraftwerkes errechnet sich,
Wiesbaden; indem die erzeugte Jahresenergiemenge durch die
Verband der
Elektrizitätswirtschaft, Nennleistung geteilt wird.
Berlin
Durchschnittliche
Ausnutzungsdauer in h/a
7670 7230 4460 2730 4430 1070 1600
le
le
d
r
as
ie
r
se
se
in
oh
h
rg
dg
ko
as
W
as
ne
nk
Er
w
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e
ei
au
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er
rn
St
Br
ch
ch
Ke
i
ei
pe
Sp
ps
d
m
un
Pu
f-
u
La4.6 Stromerzeugungskosten 4.6.3
Spezifische Erzeugungskosten (Vollkosten)
Quelle : Elektrische
Energieversorgungs- • Die Kosten der Stromerzeugung hängen hauptsächlich von
systeme
Prof. Haubrich den Anlagekosten, von der eingesetzten Primärenergie und
RWTH Aachen
von der Auslastung ab.
25,00
20,00
15,00
ct/kWh
10,00
5,00
0,00
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
0
Steinkohlekraftwerk GuD-Kraftwerke Gasturbinenkraftwerk4.6 Stromerzeugungskosten
4.6.4 Stromgestehungskosten aller Kraftwerke 2001
in der BRD
• Für den deutschen Kraftwerksmix ergaben sich 2001
Quelle:
Energiewirtschaftliche Stromgestehungskosten in Höhe von ca. 2,9 ct/kWh
Tagesfragen 2002
Heft 3
Prof.Dr.Wagner & 6,6 ct/kWh
Prof. Dr. Brückl TU
München
0,2
4,7 ct/kWh 4,8
ct/kWh
4
1,2 3,4 ct/kWh 3,35 ct/kWh 1,46
0,3 2,9 ct/kWh
0,85 2,2 ct/kWh 2,39 ct/kWh 0,6
2,9 2,1 1,3 0,57 0,74
3,34 1,16
2,4 0,53
1,2 1,65
1 1,1 1,14
0,6
Erdgas ohne Erdgas-GuD Steinkohle Braunkole Kernenergie Laufwasser Pump / M ix
GuD Speicher
Betriebskosten in ct/ kWh Brennstoffkosten in ct/ kWh Kapitaldienst in ct/ kWh4.6 Stromerzeugungskosten 4.6.5
Entwicklung der Stromgestehungskosten bis 2020
• Rahmenbedingungen für die Betrachtung
- Regenerative Stromerzeugung nicht berücksichtigt
Quelle: - Schrittweiser Ausstieg aus der Kernenergie zugrunde gelegt
Energiewirtschaftliche
Tagesfragen 2002
Heft 3
- Kraftwerksaltersstruktur zugrunde gelegt
Prof.Dr.Wagner &
Prof. Dr. Brückl TU - Brennstoffpreise und Kostenfaktoren konstant angenommen
München
3,5
2,9 2,7 2,9
2001 2006 2010 2020
Stromgestehungskosten in ct/ kWh4.6 Stromerzeugungskosten
4.6.6 Erzeugungskosten und Amortisationszeiten von WEA
Quelle :
Windkraftanlagen
Erich Hau • Der richtige Maßstab für den wirtschaftlichen Wert einer
Springern - Verlag
2000 Windkraftanlage ist die Energielieferung, welche die
Anlage aufgrund ihrer Leistungscharakteristik bei
vorgegebenen Windverhältnissen erbringen kann.
• Die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit am Standort ist
ein Maß für die zu erwartende Energielieferung der Anlage.
• Bei Windkraftanlagen stellt sich das
Wirtschaftlichkeitsproblem oft nicht als direkte Frage nach
den Stromerzeugungskosten , sondern bei vorgegebenen
Stromerzeugungserlösen nach der Amortisationszeit für das
eingesetzte Kapital .4.6 Stromerzeugungskosten
4.6.6 Berechnung der Stromerzeugungskosten von WEA
Stromerzeugungskosten Stromerzeugungskosten
für Windkraftanlage mit für Windkraftanlage mit
500 kW Nennleistung 1500 kW Nennleistung
Investitionskosten 656.000,- EUR 1.628.000,- EUR
(ab Werk + Kosten für Installation)
Jahreskosten 181.000,- EUR 461.000,- EUR
(Wartung und Instandhaltung +
Kapitaldienst mit 8% )
Jahresenergielieferung 1,4 Mio. kWh 3,8 Mio. kWh
(bei 6 m/s und technischer
Verfügbarkeit von 95% )
Stromerzeugungskosten
- bei Abschreibung in 10 Jahren 8,2 ct /kWh 7,2 ct /kWh
- bei Abschreibung in 20 Jahren 6,1 ct /kWh 5,6 ct /kWh
______________________________________________________________________________________
_________
Vergütung nach EEG: 6,1 ct/kWh bis 9,0 ct/kWh
Quelle : Windkraftanlagen Erich Hau Springern - Verlag 20004.6 Stromerzeugungskosten
4.6.6 Berechnung der Stromerzeugungskosten von
WEA
Quelle :
Windkraftanlagen
Erich Hau
Springern - Verlag
2000
Mittlere Windenergieanlage 500 kW4.6 Stromerzeugungskosten
4.6.6 Einfluss der WEA-Nutzung auf die Stromkosten
Quelle:
Energiewirtschaftliche
Tagesfragen 2002 • Die Nutzung der Windenergie zur Stromerzeugung
Heft 3
Prof.Dr.Wagner & verursacht Kosten zusätzlich zur Vergütung nach EEG
Prof. Dr. Brückl TU
München
- Zusätzliche Kosten für Leistungsabsicherung und
gleichzeitiger Verdrängung billigerer Erzeugung im übrigen
Kraftwerkspark
- Zusätzliche Kosten für die kurzfristige Ausregelung
der schwer prognostizierbaren Windeinspeisungen.
- Kosten für Abtransport der Windleistung aus dünn
besiedelten Küstenregionen zu den Verbrauchs-
schwerpunkten, insbesondere bei stärkerer Nutzung
von Offshore - Windanlagen.4.6 Stromerzeugungskosten
4.6.6 Entwicklung der Kosten bei zunehmender Windenergie
Quelle:
Energiewirtschaftliche Ausgehend von den Rahmenbedingungen aus Kapitel 4.6.5
Tagesfragen 2002
Heft 3 wird nun eine zunehmende Windstromeinspeisung von heute 2
Prof.Dr.Wagner &
Prof. Dr. Brückl TU % bis 15 % im Jahr 2020 angenommen
München
Strombezugskosten 4,55 ct/kWh
2020 3,5 0,32 0,73
Strombezugskosten 3,15 ct/kWh
2001 2,9 0,192
0,058
Stromerzeug ung skosten b ei unveränd erten Rahmenb ed ing ung en in ct/ kWh
Kosten d urch Reg elung ,Leistung sab sicherung und Verd räng ung in ct/ kWh
Kosten d urch EEG- Verg ütung in ct/ kWh4.7 Stromerzeugung und Umwelt
4.7.1 Emissionen aus deutschen Kraftwerken
Quelle: VDEW
Stromdaten
Dezember 2.040
2002
370
225 1.050 230
140 170
17 7,9
1990 1995 2000
SO2 in 1000 t NOx in 1000 t Staub in 1000 t
Jährliche Emissionsreduzierung
(Vergleich 1990 / 2000)
Schwefeldioxid 1,900 Mio. Tonnen oder 93 %
Stickstoffoxid 0,200 Mio. Tonnen oder 54 %
Stäube 0,217 Mio. Tonnen oder 96 %4.7 Stromerzeugung und Umwelt
4.7.2 CO2-Emissionen aus deutschen Kraftwerken
Quelle: VDEW Kohle nd ioxid Emissione n d e utsche r Kraftwe rke
Stromdaten
Dezember
2002
289 Mio.t
0,67 kg/kWh 274 Mio.t
0,58 kg/kWh
1990 2001
• Deutsche Stromversorger haben die CO2 - Emissionen von
1990 bis 2001 um 15 Mio. t im Jahr d. h. um 5,5 %
gesenkt.
• Die CO2 - Emission je produzierter Kilowattstunde Strom
wurde im selben Zeitraum von 0,67 kg/kWh um rund 13 %
auf 0,58 kg/kWh reduziert.4.7 Stromerzeugung und Umwelt 4.7.3
Entwicklung der Emissionen (1)
Quelle :Prof.
Dr. Voß Uni- • Schadstoffrückhaltung bei der Energieumwandlung
Stuttgart
• Erhöhung der Effizienz der Energiewandlung
Entwicklung der Wirkungsgrade
64%
57% 54%
46% 50%
39% 42% 41
%
2002 2020
Gas - GuD Gas - Turbine Braunkohle Steinkohle4.7 Stromerzeugung und Umwelt
4.7.3 Entwicklung der Emissionen (2 )
Quelle: VDEW
Stromdaten
• Einsatz von Energieträgern mit niedrigen Stoffströmen
Dezember
2002 CO2-Abgabe bei der Verbrennung fossiler Energieträger
0,4
kg/kWh 0,33 kg/kWh
0,2 kg/kWh
Braunkohle Steinkohle Erdgas
Vermiedene CO2-Emissionen im Jahr 2001 im Vergleich
zur Steinkohleerzeugung durch den Einsatz von:
- Erneuerbaren Energien 29 Mio. Tonnen
- Kernenergie 169 Mio. Tonnen4.7 Stromerzeugung und Umwelt 4.7.4
Entwicklung der jeweiligen Energieträger in der BRD
Quelle : Anteil an der Bruttostromerzeugung
Energiereport 3
Prognos AG
587 Mrd. kWh 599 Mrd. kWh
Schäffer- 570 Mrd. kWh
Poeschel
Verlag 10 % 14%
55 68 79
51 9% 85 120 20%
171 30% 53 9%
150
182 30%
137 24% 140
27% 165 27%
156 144
2001 2010 2020
Braunkohle in M rd. kWh Steinkohle in M rd. kWh
Kernenergie in M rd. kWh Erdgas in M rd. kWh
Wasser/ Wind/ Sonstige in M rd. kWhSie können auch lesen
