Aufrufe
vor 4 Jahren

07-08 | 2015

  • Text
  • Energien
  • Leistung
  • Stromerzeugung
  • Szenario
  • Anlagen
  • Erneuerbare
  • Unternehmen
  • Deutschland
  • Strom
  • Global

Special Erneuerbare

Special Erneuerbare Energien [51]. Aber auch beim Biogas ist eine genaue Aussage über die weltweit installierte Leistung bzw. die bereitgestellte Gasenergie sehr schwierig, da unter anderem in vielen asiatischen Ländern hauptsächlich Kleinst-Biogasanlagen existieren, über deren Betriebsweise, deren durchschnittliche Gaserträge und deren Effizienz nur sehr wenig bekannt ist. Biogas kann zur Deckung der Wärme - nachfrage beitragen – in Entwicklungsländern primär im Bereich Kochen/Heizen und in Industriestaaten aus Effizienzgründen im KWK-Markt. Und das auf der Basis organischer Stoffe, die sonst oft keiner weiteren kommerziellen Nutzung mehr zugeführt und die nach einer Nutzung in Biogasanlagen einfach in den landwirtschaftlichen Kreislauf rückgeführt werden können. Auch ergänzen sich eine Biogaserzeugung und eine Nutzung biogener Festbrennstoffe, da diese Optionen auf völlig andere Bioressourcen zugreifen (das heißt keine Konkurrenz). Wesentliche Voraussetzung für die von vielen Entwicklungs- und Schwellenländern angestrebte Marktausweitung insbesondere zur ländlichen Energieversorgung ist aber die Entwicklung und Markteinführung zuverlässiger, kostengünstiger und vor allem sicherer (Klein-)Biogasanlagen. Gelingt dies, kann Biogas merklich zum globalen Wärmemarkt – und hier insbesondere in eher ländlich strukturierten Gegenden – beitragen. Eine derartige Entwicklung hängt aber stark von entsprechenden staatlichen Programmen ab, die unter anderem in Indien und in China in der Vergangenheit zwar vorhanden, aber bisher ohne wirklich nachhaltigen Erfolg waren. Unterstellt man, dass die laufenden Programme zum Ausbau der Biogasnutzung unter anderem in Indien und China zunehmend erfolgreich sind, könnte die Biogasnutzung um 2 %/a bis 2020 zunehmen. Dies würde dann einer installierten Gasleistung von knapp 27 GW und einer potenziell erzeugbare Gasenergie von etwa 700 PJ/a entsprechen. ? EU 2014 wurde in der EU etwa 107,7 PJ an Wärme aus Biogasanlagen gewonnen. Unterstellt man einen Anlagenmix aus Brennwertgeräten und konventionellen Gasbrennern entspricht dies einem Biogasäquivalent von rund 120 PJ (Gasenergie). Im Vergleich zu 2013 entspricht dies einem leichten Anstieg von 5,3 % [54]. Damit werden etwa 17 % bzw. 3,9 GW der weltweit in Biogasanlagen installierten Gasleistung in Europa betrieben [51]. Innerhalb der EU sind in Deutschland mit knapp 8 000 Anlagen die meisten Biogasanlagen installiert (2014). Im Vergleich dazu weisen Länder wie Österreich lediglich etwa 300, Frankreich rund 200 oder Großbritannien etwas mehr als 140 installierte Anlagen auf. Die Biogasanlagentechnologie bietet sich für eine Energiegewinnung aus sehr feuchten organischen Abfällen an; in Europa kann das die organische Hausmüllfraktion, Abfälle aus Groß- und Supermärkten sowie aus Großküchen, Abfälle aus der Lebensmittelbe- und -verarbeitung sowie Nebenprodukte der landwirtschaftlichen Primärproduktion sein. Da derartige Stoffe im Allgemeinen ohnehin anfallen und verwertet/entsorgt werden müssen, bietet sich auch in der EU der weitere Ausbau der Biogaserzeugung an. Werden derartige Stoffe forciert genutzt und geht man damit von einer weiteren Entwicklung der Biogasproduktion wie in den vergangenen Jahren aus, könnten bis 2020 knapp 147 PJ/a Wärme aus Biogasanlagen bereitgestellt werden; das entspricht einem Biogasäquivalent von knapp 165 PJ und einer installierten Gasleistung von 5,3 GW in 2020. Flüssige Brennstoffe Wärme kann auch aus flüssigen Bioenergieträgern (zum Beispiel Ethanol, Pflanzenöle) erzeugt werden. Global und auch EU-weit hat diese Option jedoch nur eine nahezu vernachlässigbare Bedeutung, da diese Flüssigkraftstoffe für eine ausschließliche Wärmeerzeugung zu teuer sind und üblicherweise – wenn sie überhaupt energetisch genutzt werden – im Transportsektor zum Einsatz kommen. Stromerzeugung Außer zur Bereitstellung von Wärme wird Biomasse auch zu einem erheblichen Anteil verstromt. Festbrennstoffe Feste Biomasse kann allein oder zusammen mit fossilen Energieträgern verstromt werden; beides kann mit oder ohne KWK realisiert werden. ? Welt Ende 2013 waren weltweit etwa 2 800 Anlagen installiert, in denen feste Biomasse in elektrische Energie umgewandelt wurde. Davon wird in etwa 350 Anlagen eine kombinierte Nutzung fossiler und biogener Energieträger realisiert [55]. Zusätzlich dazu sind im Verlauf des Jahres 2014 weitere 3,6 GW neuer Anlagenkapazität in Betrieb gegangen [56]. Damit dürfte die global installierte Leistung Ende 2014 bei etwa 45,6 GW liegen. Mit unterstellten 5 000 bis 6 000 h/a (Volllaststunden) dürften damit zwischen 228 und 275 TWh (2014) produziert worden sein. Ein Teil dieser Anlagen wird in KWK betrieben. Die meisten Anlagen zur Verstromung fester Biomasse sind global in der Holzbe- und -verarbeitung zu finden; hier wird auch Wärme für den Betrieb der Trockenkammern benötigt. Geht man beim nicht-europäischen Anlagenbestand von der Hälfte der in der EU realisierten spezifischen Wärmeauskopplung aus, dürften 2014 weltweit zwischen 388 und 450 PJ KWK-Wärme aus derartigen Anlagen genutzt worden sein. Insbesondere Brasilien unternimmt Anstrengungen zur Ausbau der Stromproduktion aus fester Biomasse. Hier wurden 2013 etwa 1,7 GW neuer Kraftwerksleistung in Betrieb genommen [57]. In Asien wird außer in China insbesondere auch in Japan die Verstromung fester Biomasse vorangetrieben; beispielsweise wurden hier 90 MW neuer Leistung im ersten Quartal 2014 installiert [58]. Auch die Nutzung von organischen Abfällen wird im Allgemeinen zur biogenen Energiebereitstellung gezählt. Weltweit wurden 2014 etwa 270 Mio. t an biogenen Abfällen thermisch verwertet und daraus zwischen 76 und 95 TWh (2014) Strom mit einer installierten elektrischen Leistung von etwa 16 GW erzeugt [59]. Mit etwa 2,3 GW installierter Leistung sind in China die absolut meisten dieser Anlagen installiert [5]. Global wird – von Ausnahmen wie beispielsweise Teilen der EU abgesehen – kaum Wärme aus Anlagen zur Verwertung organischer Abfälle genutzt; in vielen Ländern, in denen derartige Anlagen betrieben werden, sind aufgrund der geringen Wärmenachfrage nur wenige Wärmenetze vorhanden, in die diese Wärme eingespeist werden könnte. Deshalb wird hier vereinfachend auch global nur die in der EU realisierte Wärmeauskopplung von rund 80 PJ (2014) betrachtet. Feste Biomasse wird in den kommenden Jahren mehr zur Deckung einer global stark wachsenden Stromnachfrage beitragen – in den Industriestaaten aufgrund von Energieversorgungssicherheits- und Klimaschutzüberlegungen und in Entwicklungs- und Schwellenländern vielfach aus Kostengründen. Unklar ist – trotz aller politischer Lippenbekenntnisse – aber nach wie vor, wie die dafür (zusätzlich) benötigte Biomasse nachhaltig und kostengünstig bereitgestellt werden kann, zumal insbesondere Nachhaltigkeitsaspekte in vielen Ländern kein ernsthaft 18 BWK Bd. 67 (2015) Nr. 7/8

Erneuerbare Energien Special adressiertes Thema sind und die vorhandenen natürlichen Ressourcen (oft) übernutzt werden. Eine in einigen Staaten auch umgesetzte Lösung ist die Anlage von Holzplantagen. Geht man von einer Zunahme der global installierten Leistung von 2 %/a aus, könnten 2020 etwa 51,1 GW Leistung installiert sein, mit denen zwischen 257 und 307 TWh/a Strom erzeugt werden könnte. Zusätzlich wird auch Abfall weltweit weiter zur Stromerzeugung eingesetzt; geht man von dem Zuwachs der letzten Jahre aus (rund 2 %/a), könnten damit bis 2020 zwischen 95 und 116 TWh/a elektrischer Energie bereitgestellt werden. Auch die Wärmeauskopplung aus der Verstromung fester Biomasse dürfte analog zur Stromproduktion zunehmen; das heißt, aus dem global vorhandenen Anlagenpark könnten 2020 etwa 435 bis 505 PJ Wärme ausgekoppelt werden. Hinzu kommt die Wärmeauskopplung aus Anlagen zur Verwertung von organischen Abfällen, die – unter vergleichbaren Annahmen – bis 2020 auf knapp 90 PJ ansteigen könnte. ? EU Ende 2013 waren in der EU etwa 1 200 Anlagen zur Stromproduktion auf Basis fester Biomasse mit einer elektrischen Leistung von insgesamt etwa 28,3 GW installiert (rund 1 GW mehr als 2012) [55]; bezogen auf die installierte Leistung ist dies mehr als die Hälfte der weltweit vorhandenen Leistung. Mit diesen Anlagen wurden etwa 81,7 TWh (2014) elektrischer Energie erzeugt. Ein Teil dieser Anlagen wird in KWK betrieben. Unter der Annahme, dass 2014 ein ähnlich großer Anteil Wärme aus Anlagen zur Erzeugung von Strom aus fester Biomasse wie 2012 genutzt wurde (rund 205 PJ [55]), ist für 2014 von einer Wärmeauskopplung von 210 PJ auszugehen. Der meiste Strom aus fester Biomasse wird dabei in Deutschland, Finnland, Schweden, Polen und Großbritannien produziert [53]. Feste Biomasse zur Stromerzeugung wird neben dem Einsatz in Biomasse-Mono- auch in Mitverbrennungsanlagen (vor allem in Kohlekraftwerken) genutzt. Beispielsweise wurden in Großbritannien, Dänemark, Niederlande, Belgien und Polen in den letzten Jahren mehrere ältere Kohlekraftwerke auf die Mitverbrennung von Holzpellets umgerüstet [60]. Geht man für 2014 von einer ähnlichen Zunahme der Stromproduktion wie 2013 aus (2 %), dürften Ende 2014 etwa 29 GW an elektrischer Leistung in der EU installiert gewesen sein, die eine Stromproduktion von 83 TWh (2014) in Mono- als auch Mitverbrennung realisierten. Parallel wurde auch in der EU die Nutzung von organischen Abfällen zur Stromerzeugung weiter ausgebaut. Im Vergleich zu 2013 stieg die daraus produzierte Strommenge um 1 % auf 18,7 TWh (2014) [61]; mit unterstellten 5 000 bis 7 000 h/a (Volllaststunden) entspricht dies einer installierten elektrischen Leistung zwischen 2,7 und 3,7 GW. Der größte Einzelproduzent ist Deutschland; hier werden knapp 30 % des europäischen Stroms aus Abfall produziert. Danach kommen Italien, Frankreich und die Niederlande, in denen jeweils knapp 2 TWh Strom aus Müll erzeugt werden [61]. Auch aus Anlagen zur thermischen Nutzung organischer Abfälle wird Wärme ausgekoppelt. Geht man hier von einem ähnlichen Anteil an KWK-Wärme wie 2013 aus (78,8 PJ [61]), dürften 2014 knapp 80 PJ Wärme aus organischen Abfällen produziert worden sein. Auch in der EU wird die Biomasseverstromung weiter ausgebaut. Da das hier anfallende Altholz bereits weitgehend genutzt wird und auch viele Rückstände und Nebenprodukte (zum Beispiel Olivenkerne, Rinde) schon verstromt werden – und Frischholz aufgrund der Nutzungskonkurrenz und damit aus ökonomischen Gründen kaum verstärkt eingesetzt werden kann –, geht hier die Tendenz bei einer weitergehenden Nutzung auch Richtung eines vermehrten Imports. Unabhängig davon werden die nach wie vor vorhandenen bisher unerschlossenen Potenziale sukzessive erschlossen werden. Werden die Zuwächse der Vergangenheit fortgeschrieben, könnte bis 2020 eine Stromerzeugung aus fester Biomasse (Summe aus einer Mono- und Mitverbrennung) von 180 bis 185 TWh/a bei einer dann insgesamt installierten Leistung von 36 bis 37 GW realisiert werden. Auf der Basis vergleichbarer Annahmen dürfte die ausgekoppelte Wärmemenge aus KWK-Prozessen im Jahr 2020 bei rund 235 PJ liegen. Zusätzlich ist in der EU insbesondere durch das Erfordernis der Abfallverwertung auch in den osteuropäischen Ländern ein deutlicher Zuwachs der Stromproduktion aus Abfall zu erwarten. Geht man von einer ähnlichen Entwicklung der Stromproduktion aus organischem Abfall wie in den letzten Jahren aus, ist bis 2020 von einer Stromerzeugung aus Abfällen von etwa 25 TWh/a bei einer dann installierten Leistung von 3 bis 4 GW auszugehen [61]. Die über den KWK- Betrieb genutzte Wärmemenge aus Anlagen zur Verwertung von organischen Abfällen dürfte dann – aufgrund einer begrenzten Wärmeverteilinfrastruktur – 2020 bei rund 90 PJ liegen. Biogase Biogas aus den unterschiedlichsten Substraten kann – überwiegend in den Industriestaaten – verstromt werden; dies wird ebenfalls zum Teil in KWK realisiert. ? Welt Weltweit waren 2012 etwa 14,5 GW elektrische Leistung in Biogasanlagen installiert, mit denen etwa 85 TWh (2012) Strom produziert wurden [62]. Mit den Wachstumsraten der letzten Jahre (5 bis 15 %/a) dürften Ende 2014 global zwischen 16 und 20 GW Leistung mit einer potenziellen Stromerzeugung zwischen 102 und 110 TWh/a global vorhanden sein. Ein bestimmter Prozentsatz dieser Biogasanlagen wird in KWK betrieben und ein Teil der dabei ausgekoppelten Wärme zur Fermenterbeheizung verwendet. Geht man davon aus, dass ein weiterer Teil der anfallenden Wärme lokal genutzt werden kann, lässt sich eine Größenordnung an nutzbarer Wärme zwischen 20 und 25 PJ (2014) abschätzen. Davon stammt der größte Anteil aus Europa. Die Biogaserzeugung wird global – hauptsächlich aus Abfällen – zunehmen, da hier ein vielversprechendes Abfallmanagement und die Möglichkeit zur (teilweisen) Schließung der Stoffkreisläufe mit einer effizienten Energiebereitstellung gekoppelt werden kann. Offen und jeweils lokal vor Ort zu entscheiden, ist jedoch die Frage, ob dieses Biogas verstromt wird, im Wärmemarkt beispielsweise Erdgas oder Heizöl substituiert und/oder im Transportsektor eingesetzt wird (bzw. welche dieser drei potenziell stark wachsenden Märkte prioritär bedient werden). Aus heutiger Sicht dürfte aber ein guter Teil davon verstromt werden, da potenziell die Nachfrage nach elektrischer Energie am schnellsten steigt. Geht man von einer Wachstumsrate von nur 5 %/a aus, könnten global bis 2020 bis zu 24 GW Leistung in Biogasanlagen zur Verstromung installiert sein; dies entspräche einer Stromerzeugung von etwa 132 bis 168 TWh/a. Mit einer unterstellten vergleichbaren Entwicklung dürften 2020 zwischen 24 und 28 PJ KWK-Wärme aus Biogasanlagen weltweit genutzt werden. ? EU In der EU waren Ende 2013 etwa 7,8 GW in Biogasanlagen installiert, die etwa 52,3 TWh (2013) Strom erzeugten [54]. Geht BWK Bd. 67 (2015) Nr. 7/8 19

Ausgabenübersicht