Kohlekraftwerk

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Ansicht eines Kohlekraftwerkes in Werdohl-Elverlingsen
Stoff- und Energieflusse eines Kohlekraftwerks

Ein Kohlekraftwerk ist ein Dampfkraftwerk , in dem Kohle verbrannt wird, um elektrischen Strom zu erzeugen. Es gibt Kraftwerke fur Braunkohle und fur Steinkohle . Die Kraftwerkstypen sind speziell fur den jeweiligen Brennstoff mit seinen verfahrenstechnischen Eigenheiten, seinem Heizwert und seinen Ascheanteilen konzipiert.

In Deutschland wird mit braunkohlegefeuerten Kohlekraftwerken Strom fur die Grundlast und mit Steinkohle hauptsachlich fur die Mittellast erzeugt, wobei 2016 aus Braunkohle 22,8 % (138,4 TWh) und aus Steinkohle 16,9 % (102,7 TWh) des Stroms erzeugt wurden. 2022 waren es noch 19,7 % (107,3 TWh) aus Braunkohle und 11 % (59,9 TWh) aus Steinkohle. [1] Weltweit hatte der Kohlestrom 2015 einen Anteil von 40,7 Prozent bei der Stromerzeugung. [2] Ein einzelner Kraftwerksblock hat eine typische elektrische Leistung von bis zu 1000 Megawatt .

Außer in der VR China werden seit etwa 2018 mehr alte Kapazitaten stillgelegt als neue in Betrieb genommen. In Europa wurden im Jahr 2020 Kohlekraftwerke mit geschatzt 8.300 MW Kapazitat stillgelegt. [3]

Anlagenteile

Anteile der Stromerzeugung aus Kohle international

Ein Kohlekraftwerk besitzt folgende typische Anlagenteile:

Prinzipielle Funktionsweise

Bahneigenes Kraftwerk fur 300 V Gleichstrom der Frankfurt-Offenbacher Trambahn-Gesellschaft von 1884

In einem Kohlekraftwerk gelangt die Braun- bzw. Steinkohle zuerst uber die Kohleforderbandanlagen in den Bunkerschwerbau. Dabei passiert die Kohle eine Fremdkorper-Abscheideanlage, die z. B. Xylit aussondert, und einen Brecherturm, der die Kohle zerkleinert. Mittels Zuteiler-Forderbandern wird die Kohle auf die einzelnen Kohlemuhlen verteilt. In den Kohlemuhlen wird die Kohle gemahlen sowie mit Abgasen aus der Staubfeuerung getrocknet und in den Brennerraum der Staubfeuerung eingeblasen und dort vollstandig verbrannt . Die dadurch frei werdende Warme wird von einem Wasserrohrkessel aufgenommen und wandelt das eingespeiste Wasser in Wasserdampf um. Der Wasserdampf passiert den Uberhitzer und stromt uber Rohrleitungen zur Dampfturbine , in der er einen Teil seiner Energie abgibt, sich entspannt und abkuhlt. Nach der Turbine folgt ein Kondensator , in dem der Dampf seine Warme an das Kuhlwasser ubertragt und kondensiert .

Eine Speisewasserpumpe fordert das entstandene flussige Wasser als Speisewasser erneut in den Wasserrohrkessel, womit der Kreislauf geschlossen wird. Zur Vorwarmung des Speisewassers im Economiser sowie der uber den Frischlufter angesaugten Verbrennungsluft im Luftvorwarmer (LUVO), nutzt man die Rauchgase aus dem Brennraum. Optional sind Dampf-Luftvorwarmer vorgeschaltet. Die in der Turbine erzeugte mechanische Leistung wird mit dem von ihr angetriebenen Generator ( Turbosatz ) zur Stromerzeugung genutzt.

Das im Brennerraum durch Verbrennung entstandene Rauchgas wird einer Rauchgasreinigung ( Entstaubung mit Elektrofilter, Rauchgasentschwefelung und evtl. Rauchgasentstickung ) unterzogen, bevor es uber den Schornstein bzw. manchmal uber den Kuhlturm das Kraftwerk verlasst.

Das im Kondensator erwarmte Kuhlwasser wird im Kuhlturm gekuhlt, teilweise erneut verwendet oder in ein vorhandenes Fließgewasser abgegeben.

In der Rauchgasentschwefelung entsteht sogenannter REA-Gips (auch Kraftwerkgips genannt), der von der Baustoffindustrie genutzt wird und zum Beispiel in der Gipsindustrie rund 60 Prozent des Rohstoffbedarfs abdeckt.

Die Asche des Brennstoffes wird als Schlacke aus dem Brennerraum oder als Flugasche aus dem Elektrofilter abgezogen. Sie wird deponiert oder teilweise als Zuschlagstoff fur Zement verwendet.

Vereinfachtes Diagramm eines Kohlekraftwerkes

Steuerung der Ablaufe

Samtliche im Kohlekraftwerk anfallenden Informationen ( Messwerte , Schaltzustande, Stellglied-Stellungen) werden in der Leitwarte angezeigt, ausgewertet und verarbeitet. Die Steuerungstechnik muss wesentliche Prozesse selbsttatig fuhren, da das System zu kompliziert ist, um von Menschen gesteuert werden zu konnen. Das Personal kann begrenzt in den Betriebsablauf eingreifen, um beispielsweise die Leistung zu drosseln. Die Steuerungsbefehle werden an Hilfsantriebe (Stellglieder) ubermittelt und bewirken in teilweise großer Entfernung von der Leitwarte beispielsweise das Offnen oder Schließen einer Armatur oder eine Veranderung der zugefuhrten Brennstoffmenge.

Anfahrverhalten

Aggregierte Einspeisung der Kohlekraftwerke, Dayahead Preis und Residuallast in Deutschland und Luxemburg im Januar 2024, Daten Entso-E-Transparenzplattform [4]

Bei den meisten Wasserkraftwerken kann die Leistung bei Bedarf im Sekundenbereich erhoht und reduziert werden (siehe auch Lastfolgebetrieb ); ahnlich ist es bei Gaskraftwerken. Kohlekraftwerke konnen dagegen nur deutlich langsamer auf einen Wechsel der Lastanforderung reagieren. Die angegebenen Zeiten decken das Zunden des ersten Brenners bis zum Erreichen der Volllast ab. Beim Anfahren eines Kohlekraftwerks wird zwischen Heißstart, Warmstart und Kaltstart unterschieden. Heißstart bezeichnet ein Anfahren nach einem Stillstand von weniger als 8 Stunden, ein Warmstart den Zeitraum von 8 bis 48 Stunden und ein Kaltstart ein Wiederanfahren nach einem Stillstand von mehr als 48 Stunden. [5]

Steinkohlekraftwerke benotigen fur einen Heißstart 2 bis 4 Stunden; ein Kaltstart nach langerem Stillstand dauert 6?8 Stunden. Braunkohlekraftwerke benotigen fur einen Kaltstart 9 bis 15 Stunden und sind deutlich schlechter regelbar. Zudem konnen heutige Braunkohlekraftwerke nicht unter 50 % Leistung gedrosselt werden, da sonst die Kesseltemperatur zu stark absinken wurde. Eine großere Regelbarkeit wird angestrebt, wobei jedoch ein Herunterregeln auf unter 40 % der Nennleistung als unwahrscheinlich gilt. [6]

Werden Kohlekraftwerke im Teillastbetrieb gefahren, sinkt der Wirkungsgrad etwas ab. Bei den modernsten Steinkohlekraftwerken liegt der Wirkungsgrad im Volllastbetrieb bei ca. 45?47 %. Werden diese Kraftwerke auf 50 % Leistung gedrosselt sinkt der Wirkungsgrad auf 42?44 % ab. [7]

Kohlekraftwerke hatten 2012 deutliche Flexibilisierungspotenziale gegenuber dem damaligen Stand. Sie waren und sind dennoch im Wirkungsgrad, maximaler Anderung der Last in funf Minuten sowie Anfahrzeit Kaltstart den GuD-Kraftwerken sowie Gasturbinen unterlegen, selbst wenn die technischen Optimierungspotenziale ausgeschopft werden konnen. Zudem sind Gas-Einheiten in der Regel deutlich kleiner als Kohle-Einheiten und konnen somit gut in Kaskaden betrieben werden. [8] [9]

Aufgrund ihres schwerfalligen Anfahrverhaltens zahlen besonders Braunkohlekraftwerke zuweilen Negative Strompreise , damit sie ihren Strom abgenommen bekommen. Braunkohlekraftwerke und Kernkraftwerke sind am starksten von diesem Phanomen betroffen, wenn niedriger Bedarf mit hohen Einspeisungen z. B. von Windenergie zusammentreffen. So war zwischen September 2008 und Mai 2010 wahrend 91 Stunden an der Stromborse ein negativer Strompreis zu verzeichnen; wahrend dieser Zeit speisten Windkraftanlagen uberdurchschnittlich viel Leistung ins Netz ein (uber 10 GW). [10] In Zeiten negativer Borsenstrompreise liefen Braunkohlekraftwerke mit einer Auslastung von bis zu 73 %, bei Niedrigpreisen mit bis zu 83 % weiter, da sie nicht flexibel genug heruntergefahren werden konnten. Eine Auslastung von 42 % wurde dabei nie unterschritten. [6] [11]

Wirkungsgrad

Großbaustelle der Blocke F und G des Braunkohlekraftwerks mit optimierter Anlagentechnik (BoA) Neurath bei Grevenbroich
BoA-Block in Niederaußem im April 2006

Der Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken liegt ublicherweise im Bereich von 30 bis 40 %, moderne uberkritische Kraftwerke konnen bis zu 45 % erreichen. [12] In Deutschland lagen die mittleren Wirkungsgrade im Jahr 2019 bei Braunkohlekraftwerken bei 39,5 % bzw. bei Steinkohlekraftwerken bei 43,7 %. [13] In anderen Staaten, insbesondere in Schwellenlandern und Entwicklungslandern, liegen die Wirkungsgrade z. T. deutlich niedriger.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Kohlekraftwerken muss neben der optimalen Fuhrung und Gestaltung der Verbrennung der Wasserdampf mit einer moglichst hohen Temperatur in die Dampfturbine eintreten und diese mit einer moglichst niedrigen Temperatur wieder verlassen. Die hohe Eintrittstemperatur wird durch Uberhitzen erreicht, einer auch bei Dampfmaschinen angewendeten Methode. Der Dampf hat eine Temperatur von uber 600 °C, angestrebt wird eine Temperatur von 700 °C, was derzeit noch auf Materialprobleme stoßt. Der Dampf gelangt dann in die Hochdruck-Dampfturbine und danach erneut in einen Zwischenuberhitzer, wo er wiederum auf etwa 600 °C aufgeheizt wird. Die Mitteldruck- und Niederdruck-Turbine sorgen fur die weitere Entspannung und Abkuhlung. Die Grenze fur die hochste Temperatur ist die Hitzebestandigkeit der verwendeten Stahle fur die Rohre des Uberhitzers. Die niedrige Austrittstemperatur des Dampfes wird durch einen nachgeordneten Kondensator verwirklicht ? der Dampf kann sich bis zu geringen Drucken entspannen, die weit unterhalb des Atmospharendruckes liegen. Man halt daher die Eintrittstemperatur des Kuhlwassers in den Kondensator gering. Die Berohrung des Kondensators wird kontinuierlich durch das Kugelumlaufverfahren von Verschmutzungen befreit, da Verunreinigungen an dieser Stelle den gesamten Wirkungsgrad verringern. Die niedrigstmogliche Temperatur ist die Kondensationstemperatur, da Wassertropfchen in der Turbine wegen Verschleiß vermieden werden mussen. Die letzten Turbinenstufen sind sehr groß und tragen nur zu Prozentbruchteilen zum Wirkungsgrad bei.

Die Verbrennungsgase werden nach dem Verlassen des Dampferzeugers zur Luft- und Speisewasservorwarmung genutzt, bevor sie in den Elektrofilter gelangen. Sie durfen nicht kalter als etwa 160 °C sein, um Saurekondensation und somit Korrosion zu vermeiden. Die dann im Abgas noch vorhandene Restwarme wird zur Luftvorwarmung genutzt, bevor das Gas in die Rauchgasentschwefelung gelangt. Durch die meist wassrigen Entschwefelungsverfahren werden die Abgase feucht und kuhl, sodass die Ableitung uber Schornsteine wegen fehlendem Zug problematisch ist. Eine Variante ist das Einleiten der gereinigten Abgase in die Kuhlturme, sofern vorhanden.

Eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades (Brennstoffausnutzung) ist durch Nutzung der Kraft-Warme-Kopplung moglich, wegen der dezentralen Standorte der Kraftwerke in der Nahe der Lagerstatten der Kohle und nicht in der Nahe der Abnehmer der Warme jedoch gerade bei den Großkraftwerken praktisch nicht realisierbar. Zudem wird in den warmen Jahreszeiten keine Heizwarme benotigt. Es gibt jedoch Erfahrungen mit mehr als 20 km langen Fernwarmeleitungen ( Kernkraftwerk Greifswald ). Einige Großkraftwerke des rheinischen Braunkohlereviers haben in diesem Radius potenzielle Abnehmer von Fernwarme.

Bei der Braunkohleverstromung wird der derzeitige Stand der Technik von Braunkohlekraftwerken mit sogenannter ?optimierter Anlagentechnik“ (RWE-Bezeichnung BoA ) reprasentiert. Im Kraftwerk Niederaußem ist der erste Block in Betrieb, eine weitere Anlage mit zwei Kraftwerksblocken im Kraftwerk Neurath von RWE seit 2012. Zwei Blocke mit einer installierten Leistung von je 1100 Megawatt haben einen Wirkungsgrad von mehr als 43 %. Der 2012 in Betrieb genommene 675-MW-Block des Kraftwerks Boxberg (Firma LEAG ) erreicht 43,7 % Wirkungsgrad. Effizienz steigernde Potentiale sind hohere Dampftemperaturen mittels neuer Werkstoffe, Kohletrocknung mit Warmeruckgewinnung und optimierte Rauchgasreinigung. [14] [15] Die Vortrocknung der Braunkohle bewirkt eine Effizienzsteigerung von bis zu 4 Prozentpunkten, wenn es gelingt, die hierzu benutzte Warme wiederzugewinnen. Die Abkurzung WTA steht fur Wirbelschichttrocknung mit Abwarmenutzung. Die trockene Kohle verbrennt mit bis zu 100 K hoherer Temperatur, wodurch die Stickoxid-Emissionen etwas steigen.

Bezieht man den Energieaufwand fur die Brennstoffversorgung mit ein, so sinkt der Wirkungsgrad. Der Energieaufwand hangt von den Faktoren Gewinnungsart der Kohle ( Tagebau oder Untertagebau ) und Lange des Transportweges zum Kraftwerk ab.

Beitrag zur Stromwirtschaft

Die Kohleverstromung in Europa halbierte sich in den funf Jahren von 2015 bis 2020. Sie halt jetzt noch einen Anteil von 13 % am europaischen Strommix. [16] Die Bedeutung in den einzelnen europaischen Landern variiert dabei stark. So hielt 2017 die Kohleverstromung in Polen einen Anteil von 81 % an der Stromversorgung, in Schweden nur einen Anteil von 1 %. [17] In Deutschland betrug im Jahr 2020 der Anteil an der Stromerzeugung 24,8 %. [18] Kohlekraftwerke sind im Gegensatz zu Kernkraftwerken mittellastfahig . In der deutschen Stromwirtschaft leisten sie einen signifikanten Beitrag zur Darstellung der Residuallast nach Abzug von Wind- und Solareinspeisung. [4]

Okologische und soziale Probleme

Kohlekraftwerke stehen aus einer Reihe von Grunden in der Kritik von Wissenschaft , Umweltschutz - und Naturschutzorganisationen und Menschenrechtlern. Hauptgrunde hierfur sind die schlechte Treibhausgasbilanz von Kohlekraftwerken, ihr hoher Schadstoffausstoß, die damit verbundenen okologischen und okonomischen Folgen sowie soziale Probleme infolge des Kohleabbaus.

Auswirkungen auf das Klima

Da Kohle einen hoheren Kohlenstoffanteil im Brennstoff aufweist als Kohlenwasserstoffe wie Erdgas oder Erdol , wird durch die Verbrennung von Kohle physikalisch bedingt mehr Kohlenstoffdioxid pro gewonnener Energieeinheit freigesetzt als bei anderen fossilen Brennstoffen. [19] Die zunehmende Freisetzung des Treibhausgases Kohlendioxid seit Beginn der Industriellen Revolution ist die Hauptursache der globalen Erwarmung . Etwa 78 % der gesamten anthropogenen Treibhausgasemissionen im Zeitraum 1970 bis 2010 sind auf die Verbrennung fossiler Energietrager zuruckzufuhren. [20] Braunkohlekraftwerke stoßen mit 850?1200 g CO 2 pro kWh mehr Kohlendioxid aus als Steinkohlekraftwerke mit 750?1100 g CO 2 pro kWh. [21] Damit liegt der Ausstoß von Kohlekraftwerken deutlich hoher als der der ebenfalls fossil betriebenen GuD-Gaskraftwerke , die 400?550 g pro kWh emittieren. Bei Einsatz aktueller Technik, wie z. B. im Gas- Kraftwerk Irsching , betragt dieser Ausstoß nur 330 g CO 2 pro kWh. [22] Noch deutlich geringere Emissionen weisen erneuerbare Energien auf: Wahrend Windenergie und Wasserkraft ca. 10?40 g/kWh Kohlendioxidemission haben, liegt der Wert bei Photovoltaik bei 50?100 g/kWh. Bei der Kernenergie liegt er bei 10?30 g/kWh. [21]

Aufgrund des hohen Gewichts in der Stromerzeugung kommt dem Umstieg von der Kohlenutzung hin zu CO 2 -armen Technologien eine wichtige Rolle beim internationalen Klimaschutz zu. [23] Um das bei der UN-Klimakonferenz in Paris 2015 gesteckte 1,5°-Ziel erreichen zu konnen, mussen die weltweiten Treibhausgasemissionen selbst unter Inkaufnahme des ?Uberschießens“ der Treibhausgasfreisetzung spatestens zwischen 2045 und 2060 auf Null zuruckgefahren werden. Anschließend muss eine erhebliche Menge des zuvor zu viel emittierten Kohlenstoffdioxids durch Realisierung negativer Emissionen wieder aus der Erdatmosphare entfernt werden. Erreichbar ist das gesteckte Ziel zudem nur mit einer sehr konsequenten und sofort begonnenen Klimaschutzpolitik , da sich das Zeitfenster, in dem dies noch realisierbar ist, rasch schließt (Stand 2015). [24] Der Kohleausstieg gilt daher als Schlusselmaßnahme fur die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft als auch fur die Schaffung einer nachhaltigen Gesellschaft, wobei aufgrund des knappen CO 2 -Budgets gerade die schnelle Reduktion des Kohleverbrauchs von großer Bedeutung ist. [25]

In Deutschland stammen etwa 85 % der Emissionen des Stromsektors aus der Kohleverstromung. Die Abschaltung alter und CO 2 -intensiver Kohlekraftwerke in Deutschland konnte daher einen großen Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele der Bundesregierung leisten. Bei einer zusatzlichen Stilllegung von rund drei Gigawatt Steinkohle- und sechs Gigawatt Braunkohlekapazitaten ergibt sich eine CO 2 -Reduktion von 23 Millionen Tonnen. Hinzu kommen Einsparungen, die sich durch den bereits heute angekundigten Ruckbau von rund drei GW Steinkohlekraftwerken ergeben. Gleichzeitig steigen die Großhandelsstrompreise, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung insbesondere von flexiblen Gaskraftwerken verbessert. Aufgrund des gestiegenen Großhandelspreises sinkt auch die EEG-Umlage. [26]

Von Klimaschutzern und Naturschutzorganisationen wie BUND , [27] DUH , [28] Greenpeace [29] sowie weiteren Umweltschutzorganisationen wird daher der Betrieb, insbesondere aber der Neubau von Kohlekraftwerken kritisiert.

Umwelt- und Gesundheitsbelastungen

Kohlekraftwerke stehen auch wegen ihres Schadstoffausstoßes in der Kritik. Auch nach dem Einbau von Elektrofiltern und Abgaswaschern in den 1980er Jahren, die den Großteil der Staube und des Schwefels entfernen, stoßen Kohlekraftwerke relevante Mengen gesundheitsschadlicher Feinstaube , Schwefeldioxid , verbrennungsbedingte Stickstoffoxide und PAK sowie mit der Kohle eingetragene Schwermetalle aus. Schwermetalle liegen im Fall von Quecksilber gasformig im Abgas vor; andere Schwermetalle wie die krebserzeugenden Stoffe Blei , Cadmium und Nickel sind im Feinstaub enthalten. Luftseitige Grenzwerte sind in der 13. BImSchV festgelegt, Abwassereinleitungen im Anhang 47 der Abwasserverordnung . [30] [31]

Der Ausstoß schwefelhaltiger Verbindungen gilt zusammen mit Stickstoffoxiden als Hauptursache fur sauren Regen und die daraus resultierende Schadigung von Pflanzen und Baumen, die als Waldsterben eine breite Offentlichkeitswirkung erfuhr. Stickstoffoxide bewirken bei ihrem Niederschlag Umweltschaden durch Uberdungung . Quecksilber kann in giftiges Methylquecksilber umgewandelt werden und gelangt in die Nahrungskette.

Durch den Schadstoffausstoß steigt in der Bevolkerung das Risiko fur Erkrankungen , speziell der Lunge und des Herzens, aber auch fur Krankheiten wie Nervenschaden und Krebs , wodurch u. a. auch die durchschnittliche Lebenserwartung sinkt. [32] Zugleich fuhren die Luftbelastungen zu erhohten Ausgaben fur das Gesundheitswesen sowie weiteren wirtschaftlichen Folgekosten, z. B. durch krankheitsbedingt verlorene Arbeitszeit. In der EU betragen diese Kosten laut der Health and Environment Alliance jahrlich zwischen 15,5 und 42,8 Mrd. Euro. Die hochsten absoluten Folgekosten wiesen polnische Kohlekraftwerke auf, gefolgt von Kraftwerken in Rumanien und Deutschland. Bezogen auf die erzeugten Kilowattstunden liegen die Folgekosten der deutschen Kohlekraftwerke im Mittelfeld der EU-27 . [33]

Feinstaub aus deutschen Kohlekraftwerken ist fur 6 % bis 9 % der gesamten Feinstaubemissionen in Deutschland verantwortlich (großte Emittenten sind Verkehr und Feuerungsanlagen von Gewerbe, Handel, Dienstleistern und privaten Haushalten mit zusammen 57 %). [34] Zusammen mit Stickstoffoxid- und Schwefeldioxid-Emissionen fuhrt der Staub aus Kohlekraftwerken in Deutschland statistisch zum Verlust von jahrlich etwa 33.000 Lebensjahren, wie eine teilweise umstrittene [35] Studie der Universitat Stuttgart im Auftrag von Greenpeace mit Berechnungsmethoden der Europaischen Kommission ermittelt hat. [36] Greenpeace hat daraus, ohne dass es in der Studie erwahnt wird, [35] 3.100 vorzeitige Todesfalle abgeleitet. [37] [38] In der Studie wurde fur den im Bau befindlichen Block 4 des Kraftwerks Datteln beispielhaft berechnet, dass das hochste Risiko nicht im Nahbereich, sondern in 100?200 km Entfernung zum Kraftwerk liegt. Dort wurde jeder Mensch in jedem Aufenthaltsjahr durch die Feinstaubemissionen des Kraftwerks im Mittel 10,5 Lebensminuten verlieren. [36]

Die Schadstoffemissionen aller großen Kohlekraftwerke sind im Europaischen Schadstoffemissionsregister ( PRTR ) veroffentlicht. Eine Auswertung der EU-Kommission im Fruhjahr 2014 ergab auf Basis der PRTR-Daten von 2012, dass unter den zehn klima-, umwelt- und gesundheitsschadlichsten Anlagen in Europa funf deutsche Braunkohlekraftwerke sind, die von RWE und Vattenfall betrieben werden. [39] Viele deutsche Kraftwerke liegen bezuglich der absoluten Menge CO 2 bei den schlechtesten Anlagen, ebenso wie beim Ausstoß pro erzeugter Stromeinheit (unter den 30 großten Emittenten). Von den zehn Kraftwerken mit der hochstens Emission sind aus Deutschland: Niederaußem und Janschwalde je 1,2 kg/kWh (RWE/Vattenfall), Frimmersdorf 1,187 kg/kWh (RWE), Weisweiler 1,18 kg/kWh (RWE), Neurath 1,15 kg/kWh (RWE), Boxberg 1,10 kg/kWh (Vattenfall). [40]

Kohlekraftwerke sind zudem fur einen großen Teil der Quecksilberemissionen verantwortlich. Die Quecksilberemissionen durch die Energiewirtschaft werden furs Jahr 2010 auf weltweit ca. 859 Tonnen beziffert, wovon etwa 86 % aus der Verbrennung von Kohle stammen. [41] In Deutschland trug die Energiewirtschaft im Jahr 2013 mit 70 % (6,96 Tonnen) zur Gesamt-Quecksilberemission bei. [42] Wahrend die Quecksilberemissionen anderer Branchen seit 1995 deutlich zuruckgegangen sind, liegen die Quecksilberemission der Energiewirtschaft seit 20 Jahren konstant bei rund 7 Tonnen. [42] Allein acht Kohlekraftwerke sind fur 40 Prozent der Quecksilberemissionen verantwortlich. Im Januar 2016 zeigte eine im Auftrag der Grunen erstellte Studie, dass die seit April 2015 in den USA fur 1100 Kohlekraftwerke geltenden Quecksilber-Grenzwerte in Deutschland von allen Kraftwerken ubertroffen werden, da entsprechend strenge gesetzliche Anforderungen fehlen. [43] Wurden die gleichen Grenzwerte fur Quecksilber-Emissionen wie in den USA gelten (im Monatsmittel umgerechnet etwa 1,5 μg/m³ fur Steinkohlekraftwerke und 4,4 μg/m³ fur Braunkohlekraftwerke), konnte von den 53 meldepflichtigen Kohlekraftwerke in Deutschland lediglich das inzwischen stillgelegte Kraftwerk Datteln (Block 1?3) am Netz bleiben. [43]

Das Umweltbundesamt empfiehlt seit mehreren Jahren die Absenkung des Grenzwertes im Abgas von Kohlekraftwerken auf 3 μg/m³ im Tagesmittel und 1 μg/m³ im Jahresmittel. [44] [45] Ahnliche Maßnahmen in den USA haben sich als sehr erfolgreich erwiesen. [46] [47] Bei der Umsetzung der europaischen Industrieemissionsrichtlinie haben Bundesregierung und Bundestagsmehrheit Ende Oktober 2012 fur Kohlekraftwerke Grenzwerte von 30 μg/m³ im Tagesmittel und (fur bestehende Kraftwerke ab 2019) 10 μg/m³ im Jahresmittel beschlossen. Auf der Expertenanhorung im Umweltausschuss des Bundestags am 15. Oktober 2012 war eine Angleichung an die US-amerikanischen Grenzwerte empfohlen worden. [48] [49] Im Juni 2015 hat eine von der Europaischen Kommission geleitete Arbeitsgruppe mit Vertretern aus Mitgliedstaaten, Industrie- und Umweltverbanden festgestellt, dass in Kohlekraftwerken mit quecksilberspezifischen Techniken Emissionswerte unter 1 μg/m³ im Jahresmittel erreichbar sind. [50] Niedrige Quecksilberemissionen lassen sich durch die Zugabe von Aktivkohle, durch Fallungsmittel im Rauchgaswascher oder Spezialfiltermodule erreichen. Katalysatoren und die Zugabe von Bromsalzen konnen die Quecksilberausschleusung verbessern, weil sie elementares in ionisches Quecksilber umgewandelt. Die mit diesen Verfahren verbundene Erhohung der Stromerzeugungskosten wird auf unter 1 Prozent geschatzt. [51]

Niedrige Quecksilber-Konzentrationswerte im Bereich von 1 Mikrogramm pro Normkubikmeter und darunter erreichen beispielsweise das Steinkohle-Kraftwerk in Lunen-Stummhafen [52] , das Steinkohle-Kraftwerk in Wilhelmshaven [53] , das Steinkohle-Kraftwerk in Werne [54] , das Steinkohle-Kraftwerk in Hamm-Uentrop [55] , das Steinkohle-Kraftwerk in Großkrotzenburg bei Hanau [56] sowie das Braunkohlekraftwerk in Oak Grove (Texas/ USA ) [57] [58]

Im PRTR 2010 sind u. a. die unten genannten Emissionen der neun großten Braunkohlekraftwerke und 14 großten Steinkohlekraftwerke aufgefuhrt (Emissionen unterhalb der berichtspflichtigen Mengenschwelle sind mit ?<“ eingetragen). Zusammen sind diese 23 großten Kohlekraftwerke fur ein Viertel aller Treibhausgasemissionen in Deutschland verantwortlich sowie fur ein Funftel der Schwefeldioxide, 10 % der Stickstoffoxide und 44 % der Quecksilberemissionen.

Kohlendioxid und Luftschadstoffe der neun großten Braunkohlekraftwerke in Deutschland ( PRTR 2016) [59]
Kraftwerk Betreiber CO 2 (Tonnen) NO x /NO 2 (Tonnen) SO x /SO 2 (Tonnen) Feinstaub (Tonnen) Hg (kg) As (kg) Ni (kg) Cd (kg) Pb (kg) Cr (kg) Cu (kg) Zn (kg)
Kraftwerk Neurath RWE 31.300.000 21.700 5.570 483 576 1.170
Kraftwerk Niederaußem RWE 24.800.000 16.500 8.650 309 442 126 19 389 452
Kraftwerk Janschwalde LEAG 24.100.000 19.200 16.100 541 743 281 340 2.580 283 1.100
Kraftwerk Weisweiler RWE 18.900.000 12.700 3.100 325 271 29,7 207 39,2 141 112 270
Kraftwerk Boxberg LEAG 18.600.000 13.300 11.000 393 512 484 48,9 297
Kraftwerk Schwarze Pumpe LEAG 12.300.000 6.000 8.440 105 292 106 262 26,6 342 117 228
Kraftwerk Lippendorf LEAG 10.800.000 8.660 10.600 95,8 538 31,9 64,8 120
Kraftwerk Schkopau Uniper 55,6 %

EP Energy 44,4 %

5.130.000 3.120 2.820 68,7 288 126
Kraftwerk Frimmersdorf RWE 4.350.000 2.760 8.840 85,4 64,1
Summe 150.280.000 103.940 75.120 2.406 3.726 449 1.610 134 2922 541 2.246 1892
Schwellenwert nach PRTR [59] 100.000 100 150 50 10 20 50 10 200 100 100 200
Kohlendioxid und Luftschadstoffe der 23 großten Steinkohlekraftwerke in Deutschland ( PRTR 2016) [59]
Kraftwerk Betreiber CO 2 (Tonnen) NO x /NO 2 (Tonnen) SO x /SO 2 (Tonnen) Feinstaub (Tonnen) Hg (kg) As (kg) Ni (kg)
Großkraftwerk Mannheim RWE , EnBW und
MVV RHE GmbH
7.880.000 3.500 1.980 124 136 106
Kohlekraftwerk Moorburg Vattenfall Heizkraftwerk Moorburg GmbH 5.550.000 1.360 1.020 64,9 19 68,3
Kraftwerk Duisburg-Walsum STEAG und EVN AG 4.850.000 3.550 2.320 60,3
Kraftwerk Voerde STEAG 4.560.000 3.440 2.300 54,8 31,4 20,8
Kraftwerk Werk Ruhrort ThyssenKrupp Steel Europe 4.400.000 902 888
Kraftwerk Scholven Uniper 4.120.000 3.000 1.590 99 106
Kraftwerk Ibbenburen RWE 3.920.000 2.540 1.730 53,9 41,2 297 74,5
Kraftwerk Lunen-Stummhafen STEAG 3.430.000 1.030 990 40,1
Kraftwerk Westfalen RWE 3.410.000 2.410 1.170 29,1
Kraftwerk Heyden Uniper 3.000.000 2.120 1.420 20,4
Rheinhafen-Dampfkraftwerk Karlsruhe EnBW 2.970.000 1.610 1.570 93,6
Kraftwerk Werne RWE 2.950.000 1.530 1.270 36 58,2
Kraftwerk Bergkamen RWE 2.840.000 2.100 1.500 20,8 54,8
Kraftwerk Wilhelmshaven Uniper 2.810.000 1.830 1.360 31,2
Kraftwerk Rostock EnBW (50,4 %)

Rheinenergie (49,6 %)

2.640.000 2.130 355 24,3 50,9 86,7
Kraftwerk Wolfsburg VW AG 2.600.000 1.770 1.000
Heizkraftwerk Reuter West Vattenfall 2.530.000 2.060 208 56,6 13,6 32,3 88,4
Heizkraftwerk Nord (Munchen) Stadtwerke Munchen , Abfallwirtschaftsbetrieb Munchen 2.520.000 1.680 191 19,2
Kraftwerk Staudinger Uniper 2.430.000 1.650 417
Kraftwerk Heilbronn EnBW 2.360.000 1.380 1.030 37,7
Kraftwerk Herne STEAG 2.210.000 1.440 1.030 39,1
Kraftwerk Werk Hamborn ThyssenKrupp Steel Europe 2.070.000 131 186
Kokerei, Werk Schwelgern Pruna Betreiber GmbH 2.050.000 1.420 450
Schwellenwert nach PRTR [59] 100.000 100 150 100 10 20 50

Folgekosten/ Externe Kosten

Da externe Effekte diffus in ihrer Auswirkung sind, konnen diese nicht direkt monetar bewertet, sondern nur durch Schatzungen ermittelt werden. Ein Ansatz, die externen Kosten der Umweltbelastung der Stromerzeugung herzuleiten, ist die Methodenkonvention des Umweltbundesamtes . Danach betragen die externen Kosten der Stromproduktion aus Braunkohle 10,75 ct/kWh, aus Steinkohle 8,94 ct/kWh, aus Erdgas 4,91 ct/kWh, aus Photovoltaik 1,18 ct/kWh, aus Wind 0,26 ct/kWh und aus Wasser 0,18 ct/kWh. [60] Fur Atomenergie gibt das Umweltbundesamt keinen Wert an, da unterschiedliche Studien zu Ergebnissen kommen, die um den Faktor 1.000 schwanken. Es empfiehlt die Kernenergie angesichts der großen Unsicherheit, mit den Kosten des nachstschlechteren Energietragers zu bewerten. [61]

Die gesellschaftlichen Kosten von Braunkohlebergbau und -verstromung wurden fur Deutschland im Jahr 2015 auf 15 Mrd. Euro veranschlagt. [62]

Im November 2011 veroffentlichte die Europaische Umweltagentur eine Studie uber die gesellschaftlichen Kosten der Luftverschmutzung durch große Industrieanlagen, die ihre Emissionen im Europaischen Schadstoffemissionsregister (EPER) melden mussten. Dabei handelt es sich um externe Kosten , die nicht durch den Verursacher, in diesem Fall die Industrie, getragen werden. In der Studie werden die Kosten dieser Umweltverschmutzung EU-weit auf mindestens 102 bis 169 Mrd. Euro fur das Jahr 2009 beziffert, wobei ein großer Teil der verursachten Kosten auf die Energiegewinnung durch Kohlekraftwerke (insbesondere Braunkohlekraftwerke) entfallt. Mit verursachten Kosten von 1,55 Mrd. Euro 2009 rangiert das polnische Braunkohlekraftwerk Bełchatow auf Platz 1 der Industrieanlagen mit den hochsten Folgekosten.

Auf den ersten 10 Platzen sind ausschließlich Kohlekraftwerke zu finden. Darunter befinden sich funf deutsche Braunkohlekraftwerke: Janschwalde (Platz 3 mit 1,23 Mrd. Euro), Niederaußem (Platz 4), Weisweiler (Platz 7), Neurath (Platz 8) und Frimmersdorf (Platz 9 mit 742 Mio. Euro). [63] [64] [65]

Erwarmung von Flussen

Kohlekraftwerke erzeugen, wie alle Warmekraftwerke , naturgemaß Abwarme in die Umgebung. Wenn die Kuhlung nicht uber einen Kuhlturm , sondern durch Direktkuhlung mit Flusswasser erfolgt, dann fuhrt die Abwarmeeinleitung zu einer Erwarmung des Gewassers. Von Umweltschutzorganisationen wird dabei befurchtet, dass es durch den bei der Erwarmung sinkenden Sauerstoffgehalt der Flusse zur Veranderung der Flussfauna bis hin zu einem Absterben derselben kommt. [66] Um dies zu verhindern, ist die maximale Erwarmung der Flusse in einigen Staaten behordlich festgelegt. Wird die Grenztemperatur uberschritten, kann die Kraftwerksleistung gedrosselt werden oder das Kraftwerk ganz vom Netz genommen werden.

Radioaktivitat

Kohle enthalt fast immer auch Spuren der radioaktiven Elemente Uran , Thorium und Radium . Der Gehalt liegt je nach Lagerstatte zwischen wenigen ppm und 80 ppm. [67] Da weltweit etwa 7.800 Millionen Tonnen Kohle pro Jahr in Kohlekraftwerken verbrannt wird, schatzt man den Gesamtausstoß auf 10.000 Tonnen Uran und 25.000 t Thorium, der zum großen Teil in der Asche enthalten ist. Die Asche von europaischer Kohle enthalt etwa 80?135 ppm Uran. Zwischen 1960 und 1970 wurde in den USA etwa 1100 Tonnen Uran aus Kohleasche gewonnen. 2007 beauftragte die chinesische National Nuclear Corp die kanadische Firma Sparton Resources, in Zusammenarbeit mit dem Beijing No. 5 Testing Institute Versuche durchzufuhren, Uran aus der Asche des Kohlekraftwerks Xiaolongtang in der Provinz Yunnan zu gewinnen. [68] Der Urangehalt der Asche liegt mit durchschnittlich 210 ppm Uran (0,021 %U) uber dem Urangehalt mancher Uranerze.

Kohleabbau

Mountaintop removal mining in West Virginia , USA
Tagebau Hambach

Wahrend Steinkohle untertagig und im Tagebau gefordert wird, erfolgt der Abbau von Braunkohle ublicherweise im Tagebau . Bei der Forderung kommt es zum Teil zu gravierenden Eingriffen in die Kulturlandschaft sowie zu massiven okologischen Problemen . So kann der im Untertagebau betriebene Steinkohlebergbau große Bergschaden auslosen. Hierzu zahlen beispielsweise Schaden an Gebauden und sonstiger Infrastruktur durch Bodensenkungen sowie Veranderungen in der Hydrologie , deren Ausgleich sogenannte Ewigkeitskosten nach sich zieht. Diese betragen laut einem Gutachten der Wirtschaftsprufungsgesellschaft KPMG im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums alleine fur den deutschen Steinkohlebergbau mindestens 12,5 bis 13,1 Milliarden Euro, wovon 5 Milliarden Euro nur auf die Grubenwasserhaltung entfallen. [69]

Wo Steinkohle relativ nahe an der Oberflache ansteht, kann Steinkohle auch im Tagebau abgebaut werden. Ein Beispiel hierfur ist die Mine El Cerrejon in Kolumbien, mit einer Flache von 690 km² eine der großten Steinkohleminen der Welt. In den USA ist geologisch bedingt das Mountaintop removal mining sinnvoll, bei dem zunachst Bergkuppen abgetragen werden und die Steinkohle anschließend im Tagebau gewonnen wird. Dafur wurden in den Appalachen auf einer Flache von 5.700 km² etwa 500 Bergkuppen abgetragen. [70]

Da Rohbraunkohle wegen des hohen Transportaufwandes eher in nahegelegenen eigens errichteten Kraftwerken verbrannt wird, kann relativ einfach eine Energiebilanz von Rohstoffforderung und Energieerzeugung aufgestellt werden. Im Rheinischen Braunkohlerevier mussen fur den Tagebaubetrieb (Schaufelradbagger, Bandforderanlagen, elektrische Guterbahnen, Absetzer, Grundwasserhaltung) z. B. 530 Megawatt [71] elektrischer Leistung vorgehalten werden. Das sind ca. 5 % der installierten elektrischen Leistung des im Rheinischen Braunkohlerevier vorhandenen Kraftwerkparks. Das Lausitzer Braunkohlerevier hat in seinen Tagebauen im Jahr 2012 ca. 2,5 % des im Revier aus Braunkohle erzeugten Stroms fur den Tagebaubetrieb verbraucht. [72] Setzen Kraftwerke andere Energietrager ein, z. B. Steinkohle oder Erdgas, ist die Bilanzierung auf Grund der verschiedenen Gewinnungs- und Aufbereitungsarten, Transportstufen und Entfernungen, die diese Energietrager durchlaufen, weitaus schwieriger.

Der Abbau von Braunkohle im Tagebau ist mit einem immensen Flachenverbrauch verbunden (siehe auch: Liste deutscher Braunkohletagebaue ). So wurden z. B. alleine im Rheinischen Braunkohlerevier bis ins Jahr 2006 296 Quadratkilometer Flache abgebaggert. [73] Insgesamt betragt der Flachenverbrauch aller deutschen Braunkohletagebauten ca. 2400 km², [74] was rund der vierfachen Flache des Bodensees bzw. nahezu der Flache des Saarlandes entspricht. Damit einher gingen und gehen großflachige Umsiedlungen fur die Bevolkerung (siehe auch: Liste abgebaggerter Ortschaften ). Nach Schatzungen des BUND-NRW werden alleine im Zeitraum 1950?2045 45.000 Menschen im Rheinischen Braunkohlerevier umgesiedelt werden, falls die bisher genehmigten Tagebaue vollstandig ausgekohlt werden. [75] Unter anderem aufgrund der sozialen Komponenten, die mit einer Umsiedlung einhergehen, z. B. dem Auseinanderreißen von Ortsgemeinschaften, dem Verlust der Heimat usw., stoßen Braunkohletagebaue insbesondere bei der betroffenen Bevolkerung auf starke Kritik, [76] [77] was sich u. a. in der Grundung von Burgerinitiativen gegen die Neuausweisung von Braunkohletagebauen außert. [78] Uberdies wird von Kritikern moniert, dass Braunkohletagebaue massiv in die Umwelt eingriffen, dem Tourismus sowie der Naherholungsfunktion der Landschaft schadeten sowie zu großen Wertverlusten an Gebauden und Grundstucken fuhrten. [79] Auch seien Anwohner einer großen Staubbelastung ausgesetzt, die sich in gesundheitlichen Problem außere. [80]

Politische Diskussion

Entwicklung in Deutschland

Der Bund fur Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND) und die Deutsche Umwelthilfe (DUH) haben 2013 ein Gutachten vorgestellt, welches die rechtlichen Instrumente zur Verhinderung des Neubaus von Kohlekraftwerken und zur Begrenzung von Laufzeiten fur bestehende Kohlekraftwerke untersucht hat. Es zeigt auf, dass es rechtlich moglich ware, neue Anlagen zu verhindern und die Laufzeit bestehender Anlagen zu begrenzen. Mit den von den Umweltverbanden vorgeschlagenen Kriterien an Emissionen und Effizienz konnte der Gesetzgeber diese klimaschadliche Erzeugungsart beenden, so deren Votum. [81] Ein Gutachten im Auftrag der Grunen zeigt die bestehenden rechtlichen Moglichkeiten in der Burgerbeteiligung beispielsweise im Planfeststellungsverfahren auf. [82] Mehrfach kam es zu Demonstrationen gegen Kohleverstromung, beispielsweise im August 2014 in Form einer Menschenkette mit ca. 7500 Teilnehmern von Brandenburg bis Polen. [83]

In Deutschland wird sich der Beitrag der Kohle zur Stromversorgung parallel zum Ausbau der Erneuerbaren Energien bis zur Mitte des Jahrhunderts stark reduzieren. Bis 2050 sollen Erneuerbare Energien mindestens 80 % der Stromversorgung leisten, sodass fossile Energien nur noch maximal 20 % decken mussen. Nach einem Eckpunktepapier von Bundeswirtschaftsminister Sigmar Gabriel (2015) sollen alte Kohlekraftwerke bis 2020 deutlich seltener zum Einsatz kommen, was durch die teils kritisierte Kapazitatsreserve erreicht werden soll. [84] [85]

Internationale Entwicklung

Die kanadische Provinz Ontario hat als erste großere Verwaltungseinheit den Kohleausstieg umgesetzt, als 2014 das letzte Kohlekraftwerk vom Netz ging. [86] Die Weltbank und die Europaische Investitionsbank investieren nur noch in Ausnahmefallen in Kohlekraftwerke. [87] [88]

Auch in anderen Landern (z. B. in 12 von 34 chinesische Provinzen [89] ) und bei einigen Investoren (z. B. dem staatlichen Pensionsfonds Norwegens [90] ) wird diskutiert oder geplant, aus der Kohleverstromung auszusteigen. General Electric hat angekundigt, aus dem Geschaft mit dem Neubau von Kohlekraftwerken auszusteigen. [91]

Gerd Muller , Bundesminister fur wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung sagte im September 2019, in Afrika seien 950 neue Kohlekraftwerke in Planung oder Bau. [92] Im Marz 2021 sprach er von 400 Kohlekraftwerken. [93] Laut einer anderen Quelle produzieren (Stand Marz 2021) 34 Kohlekraftwerke insgesamt etwa 53 Gigawatt und liefern damit ein Drittel der benotigten Elektrizitat auf dem Kontinent. 19 dieser Kraftwerke stehen in Sudafrika . [94] Laut der Website Global Coal Plant Tracker sind in Afrika derzeit 25 neue Kohlekraftwerke geplant. [94] [95]

Global sank in der ersten Jahreshalfte 2020 erstmals die Gesamtleistung aller Kohlekraftwerke, da mehr Kohlekraftwerksleistung stillgelegt wurde (21,2 GW) als neue in Betrieb genommen wurde (18,3 GW). [96]

CO 2 -Abscheidung

Treibhausgase nach Energiequelle. Kohle ist der Energietrager mit den meisten Treibhausgasen.

Da Kohlenstoffdioxid der wichtigste Treiber der menschengemachten globalen Erwarmung ist, muss sich die technologische Weiterentwicklung der Kohlekraftwerke in den nachsten Jahrzehnten maßgeblich an ihrem CO 2 -Ausstoß orientieren. In Deutschland betrug der durchschnittliche CO 2 -Ausstoß bei der Steinkohleverstromung im Jahr 2010 ca. 900 g/kWh und bei Braunkohleverstromung ca. 1160 g/kWh. [97] Der Bau von Kohlekraftwerken mit Kohlendioxidabscheidungen und Speicherung , die das Treibhausgas aus dem Rauchgas entfernen und sicher endlagern, wird derzeit erforscht, zudem existieren eine Reihe von Pilotanlagen. Der Beweis fur die technische und wirtschaftliche Umsetzbarkeit der CCS-Technik in der Praxis steht bisher jedoch noch aus. [98]

Drei Prinzipien der CO 2 -Abtrennung werden diskutiert:

  1. Pre Combustion : Abscheidung der kohlenstoffhaltigen Bestandteile des Brennstoffes vor der Verbrennung,
  2. Post Combustion : Abtrennung des Kohlenstoffdioxids aus dem Rauchgas nach der Verbrennung,
  3. Oxyfuel-Prozess : Verbrennung des Brennstoffes in reiner Sauerstoffatmosphare und Verflussigung des entstehenden Kohlenstoffdioxids.
Ehemalige Pilotanlage auf dem Gelande von Kraftwerk Schwarze Pumpe

Alle diese Verfahren beinhalten einen erheblichen Eigenbedarf innerhalb des Gesamtprozesses der Stromerzeugung . Bei gleicher Stromausbeute liegt der Primarenergiebedarf eines CCS-Kraftwerkes gegenuber einem konventionellen Kraftwerke um 14?25 % hoher, was vor allem durch den Energieverbrauch der Rauchgastrennung sowie der Verdichtung des CO 2 -s verursacht wird. Dafur lasst sich der CO 2 -Ausstoß deutlich senken, wenn auch nicht auf Null reduzieren. Wahrend konventionelle Steinkohlekraftwerke in einer Lebenszyklusanalyse einen CO 2 -Ausstoß von 790?1020 g/kWh aufweisen, liegt der Ausstoß eines CCS-Kraftwerkes bei 255?440 g und damit deutlich hoher als Erneuerbare Energien oder Kernkraftwerke. [99]

Die beim Prozess der CO 2 -Abtrennung gewonnenen Stoffe konnen an anderer Stelle verwendet werden. Geplant ist beispielsweise, das Kohlenstoffdioxid in der Erdolforderung zur Erhohung der Lagerstattenausbeute in den Untergrund zu verpressen. Diese Lagerung von Kohlenstoffdioxid ist jedoch umstritten, da Katastrophen befurchtet werden, falls große Mengen Kohlenstoffdioxid plotzlich austreten (siehe auch: Nyos-See ). Zudem werden auch eine Gefahr fur das Grundwasser und eine verstarkte Erdbebentatigkeit in den betroffenen Gebieten befurchtet.

Ebenfalls negativ ist der hohe Wasserverbrauch von Kohlekraftwerken mit Kohlenstoffdioxidabscheidung, der hoher liegt als bei allen anderen Kraftwerksarten. In Industriestaaten gehoren Warmekraftwerke zu den großten Wasserkonsumenten; in den USA entfallen etwa 40 % der gesamten Wasserentnahme aus Frischwasserquellen auf Warmekraftwerke. [100]

Von September 2008 bis August 2014, betrieb die Vattenfall Europe Technology Research GmbH eine erste Pilotanlage auf Basis des Oxyfuel-Prozesses. Sie war auf dem Gelande des Kraftwerkes Schwarze Pumpe entstanden und hatte eine Leistung von 30 Megawatt (thermisch). [101]

Kosten fur Kohlekraftwerksneubauten

In der folgenden Tabelle sind Daten zur Kostenstruktur eines Kraftwerkneubaus fur Steinkohle aufgelistet. Hierbei ist zu beachten, dass sich die Kosten seit dem Jahr 2003 teilweise deutlich erhoht haben. Fur den Kraftwerksneubau in Herne wurde beispielsweise ein spezifischer Anlagenpreis von 2133 Euro je Kilowatt installierter Leistung zugrunde gelegt. [102]

Kostenstruktur und weitere Kenndaten eines modernen Kohlekraftwerkes fur Steinkohle (Stand 2003) [103]
Kostenkategorie Betrag Einheit
Installierte Bruttoleistung 600 MW
Spezifischer Anlagenpreis 798 /kW (brutto)
Absoluter Anlagenpreis 478,8 Mio. €
Elektrischer Eigenbedarf 7,4 % der Bruttoleistung
Elektrischer Eigenbedarf 44,4 MW
Instandhaltung 1,5 %/Jahr
Bedienungspersonal 70 Personen
Personalkosten je Beschaftigtem 70000 Euro/Jahr
Hilfs- und Betriebsstoffe 1,00 Euro/ MWh
Brennstoffpreis 1) 106,01 Euro/t SKE
Brennstoffkosten 1) 3,3 Cent/ kWh
Stromgestehungskosten 1) ?5,2 ohne CO 2 -Abgabe Cent/ kWh
1) Stand 2. Quartal 2008, ohne Steinkohlesubventionen

Bei Neubauprojekten kommt es regelmaßig zu unvorhergesehenen Kostensteigerungen und Bauverzogerungen. So sollte das neue Kohlekraftwerk von RWE in Hamm bereits 2012 ans Netz gehen, doch es kam immer wieder zu Verzogerungen. Die Kosten stiegen von 2 Mrd. auf 2,4 bis 3 Mrd. Euro im Jahr 2014. [104] Im Dezember 2015 wurde ein Block des Kohlekraftwerks schließlich vor Fertigstellung stillgelegt. [105]

Zahlreiche Planungen fur neue Kohlekraftwerke in Deutschland wurden in den letzten Jahren aus verschiedenen Grunden zuruckgezogen. Grund seien laut Handelsblatt ?immer wieder Proteste von Burgern vor Ort“ sowie wirtschaftliche Faktoren: ?Angesichts des rasant wachsenden Anteils erneuerbarer Energien, deren Stromerzeugung stark schwankt, wird es immer schwieriger, ein Kohlekraftwerk uber lange Zeitraume im Volllastbetrieb zu fahren. Das macht den Betrieb weniger wirtschaftlich“, konstatiert das Handelsblatt. Zudem lassen steigende Kosten fur den Kraftwerksneubau, den Brennstoff Kohle und fur Emissionszertifikate die Rentabilitat neuer Kohlekraftwerke ebenso schrumpfen wie die Aussicht auf langere Laufzeiten der Atomkraftwerke. [106] Der danische Energiekonzern DONG investiert deshalb am Standort Deutschland statt in Kohlemeiler kunftig lieber in Gaskraftwerke, berichtet die Financial Times Deutschland . Sie seien als flexibler Ausgleich fur schwankende Strommengen aus Wind und Sonne die beste Alternative und emittierten zudem wesentlich weniger Kohlendioxid als Kohlekraftwerke. [107] Auch E.ON -Chef Johannes Teyssen ging 2014 nicht mehr davon aus, ?dass mit der konventionellen Stromerzeugung kunftig noch nennenswert viel Geld verdient werden kann.“ [108]

Eine von der WestLB finanzierte Studie von 2009 kommt zu dem Schluss, dass neue Kohlekraftwerke unter den neuen Bedingungen des Emissionshandels und des Ausbaus der Erneuerbaren Energien nur noch selten wirtschaftlich rentabel sind: ?Unter den heutigen Rahmenbedingungen am deutschen Strommarkt rechnen sich Investitionen in fossile Großkraftwerke oft nicht mehr. … Ein Ausbau der Erneuerbaren Energien hat eine Strompreis senkende Wirkung an der Stromborse. Dies fuhrt zu einer Verschlechterung der Rendite von allen Kraftwerken, die sich am Strommarkt behaupten mussen. (…) Die vermehrte Investition der großen Stromversorger in Erneuerbare Energien ist (…) als wirtschaftlich richtiger Schritt zu werten.“ [109]

Das Buro fur Technikfolgenabschatzung beim Deutschen Bundestag warnt in einem Bericht fur den Forschungsausschuss vor Investitionen in neue Kohlekraftwerke und bezeichnet diese als ?stranded investment“. Neben dem okonomischen Aspekt seien Kohlekraftwerke kontraproduktiv fur den Klimaschutz und hinderlich fur den weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien, da Kohlekraftwerke Schwankungen von Solar- und Windstrom auf Grund ihrer Tragheit kaum ausgleichen konnen. [110]

In Deutschland wird Kohle jahrlich mit ca. 3,2 Milliarden Euro staatlich subventioniert. Dies entspricht 51 % aller Kohle-Subventionen der zehn emissionsstarksten europaischen Lander. [111]

Darstellung der in den USA wiederverwendeten (hellrot) und deponierten (dunkelrot) Anteile der Verbrennungsruckstande Flugasche (Fly Ash), Produkte der Rauchgasentschwefelung (FGD Products), Rostasche (Bottom Ash) und Ofenschlacke (Boiler Slag).

Verbrennungsruckstande

Nach der Verfeuerung von Festbrennstoffen verbleiben feste Verbrennungsruckstande. Bei der Rauchgasreinigung fallt vornehmlich Flugasche an, speziell bei der Rauchgasentschwefelung moderner Kraftwerke aber auch REA-Gips . Diese Stoffe werden teilweise im Bauwesen als Bestandteil von Zementen bzw. als Baugips weiterverwendet.

Die im Brennerraum entstehende Rostasche und Schlacke mussen regelmaßig entfernt werden. Sie konnen ebenfalls als Zugabe bei der Herstellung von Zement sowie als Beton-Zuschlagstoff verwendet werden. Teilweise werden sie im Bauwesen als Fullstoffe mit besonderen Eigenschaften eingesetzt, z. B. als Zugabe- und Fullmaterial im Straßenbau. Schlacke kann auch als Strahlmittel oder als Granulat zur Herstellung von Schuttungen eingesetzt werden.

Verbrennungsruckstande enthalten unterschiedlich stark gebundene Anteile von Schwermetallen und konnen teilweise radioaktiv sein.

Siehe auch

Literatur

  • STEAG Aktiengesellschaft Essen (Hrsg.): Strom aus Steinkohle. Stand der Kraftwerkstechnik . Springer-Verlag, Berlin 1988, ISBN 3-540-50134-7 .
  • Ernst Riensche, Sebastian Schiebahn, Li Zhao, Detlef Stolten: Kohlendioxid-Abtrennung aus Kohlekraftwerken ? Aus der Erde in die Erde. In: Physik in unserer Zeit. 43(4) (2012), ISSN   0031-9252 , S. 190?197.
Wiktionary: Kohlekraftwerk  ? Bedeutungserklarungen, Wortherkunft, Synonyme, Ubersetzungen
Commons : Kohlekraftwerke  ? Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  3. faz.net: Kohlekraft weltweit auf dem Ruckzug (3. August 2020)
  4. a b Transparenzplattform ENTSO-E Generation by Production Type. Abgerufen am 25. August 2021 (englisch).
  5. Lorenz Jarass , G. M. Obermair: Welchen Netzumbau erfordert die Energiewende? Munster 2012, S. 85.
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  8. VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke ? Szenarien bis 2020 , S. 20ff.
  9. Agora Energiewende: 12 Thesen zur Energiewende, Langfassung, November 2012 ( Memento vom 7. Januar 2014 im Internet Archive ; PDF), S. 12, unter Verwendung von VDE-Daten
  10. Jurgen Neubarth: Negative Strompreise: Wer zahlt die Zeche? Marktakteure sind unterschiedlich betroffen. In: ew . Band   109 , Nr.   13 , 2010, S.   26?28 ( Online [PDF; 466   kB ]).
  11. DUH -Hintergrund: Energiewende? Kohlewende! Kohlekraftwerke im Dauerbetrieb treiben den Stromexport auf historische Hohen und gefahrden die nationalen Klimaschutzziele . Berlin 2013 (PDF; 907 kB)
  12. Nicola Armaroli , Vincenzo Balzani , Towards an electricity-powered world . In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193?3222, S. 3197 doi:10.1039/c1ee01249e .
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  19. Vgl. Matthias Gunther: Energieeffizienz durch Erneuerbare Energien . Wiesbaden 2015, S. 25.
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