Ökologisch-technische Auswirkungen dezentraler Energieversorgungsszenarien mit Blockheizkraftwerken in elektrischen Verteilungsnetzen

Smolka, Thomas Markus (Author); Smolka, Thomas Markus (Author); Schnettler, Armin (Thesis advisor)

Aachen / Mainz (2009) [Doktorarbeit]

Seite(n): 147 S. : graph. Darst.

Kurzfassung

Die Energieversorgung in Deutschland erfährt insbesondere bedingt durch geänderte politische Rahmenbedingungen wie der Liberalisierung der Energiemärkte, der massiven Förderung erneuerbarer Energien (Wind, Photovoltaik, Biomasse) und dem geplanten Ausstieg aus der Kernenergie tief greifende Veränderungen. Des Weiteren erfordert die technisch bedingte planmäßige Stilllegung einer Vielzahl von Kraftwerken den Neubau von weiteren Erzeugungskapazitäten unter veränderten Allokationsbedingungen. Vor diesem Hintergrund rückt der Einsatz dezentraler Energiewandlungsanlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) in Verteilungsnetzen wegen ihrer Effizienz- und Emissionseinsparpotenziale stärker in den Vordergrund. Es bestehen allerdings noch erhebliche Unsicherheiten, unter welchen Rahmenbedingungen bzw. Einflussfaktoren eine stärker dezentrale Energieversorgung im Vergleich zu einer eher zentralen Energieversorgung ökologische Vorteile aufweist und welche technischen Auswirkungen auf Netzplanung und -betrieb eine großflächige Integration von dezentralen Erzeugern mit sich bringt. Mit der vorliegenden Arbeit wird der bisherige Kenntnisstand über die ökologischen und technischen Auswirkungen des Zubaus von Blockheiz-Kraftwerken (BHKW) erweitert. Untersucht werden insbesondere verschiedene Szenarien dezentraler Zubauvarianten (BHKW Dezentral, Nahwärme und Fernwärme) im Vergleich zu einer Stromversorgung aus Großkraftwerken mit dezentralen Wärmeerzeugungssystemen. Die Zubauvarianten werden über die ermittelten Einflussfaktoren der Kraftwerksparkzusammensetzung auf Verbundebene (Strommix), der Beheizungsstruktur (Wärmemix), der Brennstoffzusammensetzung (Brennstoffmix) sowie des Strom- und Wärmebedarfs an repräsentativen Verteilungsnetzen beschrieben und variiert. Mit Hilfe des in dieser Arbeit entwickelten Verfahrens ist es möglich, eine Vielzahl verschiedener dezentraler Energieversorgungsszenarien untereinander und mit einer Referenzentwicklung der Energieversorgung ohne Einsatz dezentraler KWK-Technologie unter ökologischen und technischen Rahmenbedingungen zu bewerten. In dicht besiedelten Gebieten sollte der KWK-Ausbau in Verbindung mit einer Fernwärme- oder Nahwärmeversorgung angestrebt werden. Die Integration von dezentralen KWK-Anlagen in Versorgungsgebieten hoher und mittlerer Bebauungsdichte weisen dabei höhere CO2-Reduktionspotenziale auf, als durch eine Verbesserung des Strommix aus Großkraftwerken zu erreichen ist. Der prognostizierte starke Rückgang des Wärmebedarfs erfordert zukünftig dezentrale Erzeugungseinheiten mit hohem elektrischem Wirkungsgrad. Eine Auslegung von dezentralen KWK Anlagen auf den lokalen Wärmebedarf – wie heute üblich – führt zu einer installierten Gesamtleistung, die deutlich über der maximalen Netzlast liegen kann. Hierbei kann es zu Schwachlastzeiten zu Rückspeisungen in die übergelagerte Netzebene kommen, die zu Betriebsmittelüberlastungen in Verteilungsnetzen führen können. In diesen Varianten muss daher die Dimensionierung der BHKW Systeme an den lokalen Strombedarf angepasst werden. Im Falle hoher elektrischer Rückspeisungen stellt die Integration zusätzlicher elektrischer Verbraucher, wie z.B. Wärmepumpen, elektrischer Klimaanlagen oder Elektrofahrzeuge eine sinnvolle Möglichkeit zur Nutzung des dezentral erzeugten Stroms und zu gleichzeitiger Reduzierung der Rückspeisungen dar. Brennstoffzellenanlagen weisen gegenüber motorischen Blockheizkraftwerken keine emissionsbedingten Vorteile auf, solange Erdgas als Brennstoff verwendet wird. Dies ändert sich erst, wenn Wasserstoff aus regenerativen Quellen zur Verfügung gestellt werden kann, die nicht direkt in die Energieversorgung integriert werden können (z.B. Überschuss von Windenergie). Die Integration von dezentralen KWK Anlagen stellt eine lokale Maßnahme zur Steigerung der Energieeffizienz und Senkung von Treibhausgasemissionen in Verteilungsnetzen dar. Zur Erreichung der formulierten Umweltschutzziele ist es erforderlich, den Endenergieverbrauch durch Sanierungs- und Effizienzsteigerungsmaßnahmen weiter zu senken, die spezifischen Emissionen des Strommix weiter zu senken und die geplanten Maßnahmen des KWK Zubaus in Verteilungsnetzen umzusetzen bzw. weiter zu fördern.

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-27352
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-113602