atw - International Journal for Nuclear Power | 03.2022

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atw Vol. 67 (2022) | Ausgabe 3 ı Mai SERIAL | MAJOR TRENDS IN ENERGY POLICY AND NUCLEAR POWER 22 Gas Strom Gasanschluss Neu GuD „Brownfield“ oGT/Gasmotor „Brownfield“ 2022 2023 2024 2025 2026 2027 Fortgeschrittene Planung Kraftwerk führt zu erkennbarem Planungsbedarf auf der Gasseite. Bebauungsplan EPC BImSch G etc. Bebauungsplan EP C Bebauungsplan (verbindlicher Bauleitplan): BImSch G etc. Instrument Bebauungsplan der Raumplanung in Deutschland (verbindlicher (Langform: Bauleitplan): Gesetz zum Schutz Instrument vor schädlichen der Raumplanung in Deutschland oGT: offenes Gasturbinen-Kraftwerk EPC: Engineering, EPC: Procurement Engineering, and Construction, Procurement Umwelteinwirkungen and Construction, durch Luftverunreinigungen, kurz EPC, (zu Deutsch: Detail-Planung kurz EPC, (zu Deutsch: Detail-Planung und Kontrolle, und Kontrolle, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge) Beschaffungswesen, Ausführung der Bau- und Montagearbeiten) Beschaffungswesen, Ausführung der Bau- FID: Final Investment Decision (endgültige BImSchG: Bundes-Immissionsschutzgesetz (Langform: Gesetz zum Schutz vor schädlichen Montagearbeiten) Investitionsentscheidung) Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und | Abb. 12 ähnliche Vorgänge) Typischer Zeitplan für ein gasbefeuertes Kraftwerk. FID: Final Investment Decision (endgültige Investitionsentscheidung) GuD: Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerk Demgegenüber oGT: hält offenes mechanische Gasturbinen-Kraftwerk Energie im der Stromerzeugung auf Basis von Erdgas (2020: Verkehrssektor einen Anteil von 100 % am Erdgasverbrauch. Allerdings ist der Einsatz von Erdgas im 16,5 %). Verkehrssektor mit 2,0 TWh im Jahr 2021 sehr Gas- und Dampfturbinenkraftwerke (GuD-Anlagen) gering. 2021 hat der Bestand an Fahrzeugen, die erzielen unter allen fossil befeuerten Kraftwerksarten die höchsten Wirkungsgrade. Inzwischen mit komprimiertem Erdgas (CNG) bzw. mit verflüssigtem Erdgas (LNG) angetrieben werden, in werden bei Neubau-Anlagen Wirkungsgrade von Deutschland erstmals die Marke von 100.000 überschritten. Die gut 80.000 mit Erdgas betriebenen Erzeugung von Strom und Wärme (KWK-Anlagen) 60 % und mehr erreicht. In Anlagen mit zeitgleicher Pkw machen mehr als 80 % des Gesamtbestandes werden sogar Wirkungsgrade von mehr als 80 % dieser Fahrzeugkategorie aus. realisiert. Ein weiterer Vorteil von GuD-Anlagen besteht in der vergleichsweise kurzen Anfahrzeit dieses Kraftwerkstyps sowie in der großen Flexibilität, auf Laständerungen schnell zu reagieren. Diese Anwendungsvorteile gewinnen mit fortgesetztem Ausbau von Anlagen auf Basis Wind und Sonne mit fluktuierender Einspeisung von Strom zunehmend an Bedeutung. Zur Stromerzeugung (einschließlich BHKW, aber ohne Industriekraftwerke gerechnet) wurden in Deutschland 2021 rund 91,1 TWh Erdgas eingesetzt. Im Verlauf der vergangenen zehn Jahre war folgende Entwicklung zu verzeichnen: Die zur Stromerzeugung eingesetzten Erdgasmengen waren von 2010 bis 2015 um fast ein Drittel gesunken. In der Folge war allerdings bis 2020 ein Wiederanstieg zu verzeichnen. 2020 lag der Erdgaseinsatz zur Stromerzeugung um mehr als 50 % über dem vergleichbaren Stand des Jahres 2015 und überschritt damit das Niveau des Jahres 2010. Entscheidende Gründe waren die in der zweiten Hälfte des vergangenen Jahrzehnts gesunkenen Erdgaspreise und die gestiegenen Notierungen für CO 2 -Emissionszertifikate. Damit konnten Gaskraftwerke erhebliche Anteile von Kohleverstromung verdrängen. Angesichts der 2021 stark gestiegenen Erdgaspreise kehrte sich diese Entwicklung allerdings wieder um. So basierten 2021 rund 15,3 % Planfeststellungsverfahren (zwei bis drei Jahre) Genehmi -gung Genehmi -gung FID BImSchG: Bundes-Immissionsschutzgesetz Bau Bau der Pipeline (ca. 1 Jahr) Bau Inbetriebnahme GuD: Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerk Inbetriebnahme Daneben kann Erdgas in Gasturbinen in Strom umgewandelt werden. Durch den Verzicht auf Dampfturbinen brauchen diese Anlagen weder Kühltürme noch aufwändige Anlagen zur Rauchgasreinigung, da bei Verbrennung im Unterschied zu anderen fossilen Brennstoffen kaum Asche frei-gesetzt wird. Die Anlagen haben zudem den Vorteil, dass sie in relativ kurzer Zeit errichtet werden können und die Herstellungsinvestitionen im Vergleich zu Dampfkraftwerken mit vergleichbarer Leistung deutlich geringer sind. Der Nachteil dieser Anlagen ist der im Vergleich zu GuD-Kraftwerken deutlich niedrigere Wirkungsgrad, der mit höheren spezifischen Serial | Major Trends in Energy Policy and Nuclear Power Perspektiven der Energieversorgung in Deutschland ı Hans-Wilhelm Schiffer, Stefan Ulreich
Der 10-Punkte-Plan der IEA atw Vol. 67 (2022) | Ausgabe 3 ı Mai Keine neuen Gaslieferverträge mit Russland Ersetzen russischer Lieferungen durch Gas aus alternativen Quellen Einführung von Mindestspeicherverpflichtungen Beschleunigung neuer Wind- und Solarprojekte | Abb. 13 Der 10-Punkte-Plan der IEA. Quelle: (Quelle: Basierend auf IEA, IEA, März März 2022) 2022 Brennstoff- und CO 2 -Zertifikate-Kosten verbunden ist. Allerdings hat dieser Nachteil nicht in allen Anwendungsfällen ein hohes Gewicht: für Anlagen, die nur sehr wenige Betriebsstunden im Jahr aufweisen z. B. als Netzreserve steht der beträchtliche Mehraufwand einer GuD-Anlage in keinem guten Verhältnis zur Nutzung der einfacheren Gasturbine. Quelle: Basierend auf IEA, März 2022 Zur Fernwärme-/Kälteversorgung (einschließlich BHKW) wurden 2021 rund 94,1 TWh Erdgas eingesetzt. Dies erfolgt zu etwa zwei Drittel in Heizkraftwerken mit Wirkungsgraden über 80 %. Erdgas ist der dominante Energieträger zur Versorgung mit Fernwärme. An der Beheizung des Wohnungsbestandes in Deutschland ist die Fernwärme – wie erwähnt – mit 14 % beteiligt. Perspektivisch wird Erdgas bei der Verstromung wichtiger werden. Die im Jahr 2030 notwendige steuerbare Leistung beläuft sich nach den Analysen des EWI auf 71 GW. Im Falle eines Ausstiegs aus der Kohleverstromung bis 2030 müsste bis 2030 ein Nettozubau von 23 GW wasserstofffähiger Gaskraftwerke erfolgen. Neben der gegenwärtig installierten Gas-Leistung von 31,7 GW werden vom EWI 8 GW Leistung auf Basis Biomasse, 5 GW auf Basis Wasserkraft und 3 GW auf Basis sonstiger konventioneller Energien ausgewiesen. Der mit einem Zubau von 23 GW wasserstofffähiger Gaskraftwerkskapazität gewährleisteten steuerbaren Leistung von insgesamt 71 GW stünde eine Nachfragespitze von 95 GW im Jahr 2030 gegenüber. 10 Dies wurde mittlerweile auch von der Politik erkannt. Die Umsetzung eines beschleunigten Kohleausstiegs und die Einhaltung der verschärften Klimaziele erfordert laut Koalitionsvertrag von SPD, Bündnis 90/DIE GRÜNEN und FDP – neben dem massiven Ausbau der erneuerbaren Energien – „die Errichtung 1 2 3 4 Beschleunigte Verbesserung der Energieeffizienz in Gebäuden und in der Industrie Beschleunigter Ersatz von Gaskesseln durch Wärmepumpen Kurzfristige Maßnahmen, um schutzbedürftige Verbraucher vor hohen Preisen zu schützen Maximierung der Stromerzeugung aus vorhandenen, abschaltbaren, emissionsarmer Quellen 8 7 6 5 Vorübergehende Thermostateinstellung durch die Verbraucher Diversifizierung und Dekarbonisierung der Flexibilitätsquellen des Stromsystems Der 10-Punkte-Plan der IEA für die Europäische Union vom März 2022 moderner Gaskraftwerke, um den im Laufe der nächsten Jahre steigenden Strom- und Energiebedarf zu wettbewerbsfähigen Preisen zu decken.“ Zur Gewährleistung dieses Ausbaus bedarf es ausreichender Investitionsanreize, damit ein marktgetriebener Prozess von Planung, Genehmigung und Bau entsprechender Anlagen in Gang kommt. Es bestehen allerdings Zweifel, dass dies über das gegenwärtig in Deutschland bestehende Marktdesign erreicht werden kann. 11 Angesichts der vergleichsweise geringen zu erwartenden Jahresvolllaststunden ist unter alleiniger Berücksichtigung von Erlösen auf dem Energy-Only- Markt die Wirtschaftlichkeit entsprechender Investitionen voraussichtlich nicht gegeben, selbst wenn Preisspitzen in besonderen Knappheitssituationen auftreten. Hinzu kommt das unsichere regulatorische Umfeld. Aktuell ist nicht klar, ob und unter welchen Bedingungen Investitionen in Gas Infrastruktur als nachhaltige Investments klassifiziert werden können. Hinzu kommen weitere Unsicherheiten in Bezug auf die zukünftige Verfügbarkeit von grünen Gasen oder Wasserstoff. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit für eine wettbewerblich organisierte Steuerung des Ausbaus gesicherter Leistung auf Basis Gas mittels eines Kapazitätsmarktes. Zur Sicherstellung der Errichtung einer als ausreichend angesehenen Leistung auf Gasbasis bis 2030 sind die Weichen für eine Neugestaltung des Strommarkt-Designs bereits 2022 zu stellen. Planung, Genehmigungsverfahren und Bau von Gaskraftwerken erfordern nämlich einen Zeitrahmen von mindestens sechs Jahren (Abb. 12). Dies gilt im optimalen Fall, der nicht durch Verzögerungen beeinträchtigt ist. Dabei sind Gaskraftwerke auch wesentlich, um die saisonalen Schwankungen bei der Stromnachfrage zwischen Sommer und Winter bzw. längere, bis zu überjährlichen 9 10 Bild 14 SERIAL | MAJOR TRENDS IN ENERGY POLICY AND NUCLEAR POWER 23 10 EWI (2021): Auswirkungen des Koalitionsvertrags auf den Stromsektor 2030. Köln, 6.12.2021. URL: https://www.ewi.uni-koeln.de/de/publikationen/auswirkungendes-koalitionsvertrags-auf-den-stromsektor-2030/ 11 Energate messenger (2021) Serial | Major Trends in Energy Policy and Nuclear Power Perspektiven der Energieversorgung in Deutschland ı Hans-Wilhelm Schiffer, Stefan Ulreich
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Seite 18 und 19: Abb. 8: Deutsche Steinkohlenimporte
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Seite 26 und 27: Abb. 15: LNG Importeure und ihre Qu
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