Kumulierte Treibhausgasemissionen zukünftiger Energiesysteme

Durch die Energieversorgung auf der Basis fossiler Brennstoffe werden in zunehmendem MaB Kohlendioxid und weitere Gase emittiert, die durch ei ne Verstarkung des atmospharischen Treibhauseffekts zu erheblichen Klima veranderungen fuhren konnen. Angesichts dieser Gefahr werden Energietech niken mit deutlich reduziertem TreibhausgasausstoB gefordert. Fur eine ge rechte Beurteilung des Potentials eines Energiesystems zur Emissionsminde rung sind nicht nur die CO -Emissionen wahrend des Betriebs, sondern auch 2 die herstellungsbedingten und weitere Emissionen im gesamten Lebensweg des Systems zu erfassen. Das Ziel dieses Buches ist die einheitliche Bestimmung dieser kumuliert an fallenden klimarelevanten Emissionen. Hierzu werden in einem ersten Schritt umfassende Energie- und Treibhausgasbilanzen fur Kraftwerke, Heiz- und Warmwassersysteme auf fossiler, nuklearer und regenerativer Basis erstellt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse werden anschlieBend verschiedene Ener gieversorgungsszenarien fur die Bundesrepublik Deutschland hinsichtlich der im Fall ihrer Umsetzung zu erwartenden Treibhausgasemissionen untersucht. In zwei Exkursen werden erganzend die langfristige Verfugbarkeit fossiler Brennstoffe und der anthropogene Treibhauseffekt thematisiert. Die diesem Buch zugrundeliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Thermodynamik der Universitat Hannover. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr.-Ing.

1 Einleitung.- 1.1 Zielsetzung der Arbeit.- 1.2 Überblick.- 2 Energetische und treibhausgasbezogene Analyse von Energiesystemen.- 2.1 Der kumulierte Energieaufwand.- 2.2 Energetische Kenngrößen.- 2.3 Erweiterung der energetischen Analyse zur Emissionsanalyse.- 2.4 Diskussion der Netto-Energieanalyse und verwandter Methoden.- 3 Instrumentarium zur Bestimmung der kumulierten THG-Emissionen.- 3.1 Emissionsfaktoren von Brennstoffen.- 3.2 Emissionen bei der Bereitstellung von Energieträgern und Beton.- 3.2.1 Brennstoffe.- 3.2.2 Elektrizität.- 3.2.3 Bestimmung eines CO2?Emissionsfaktors von Beton.- 3.3 Input-Output-Analyse (IOA).- 3.4 Prozeßkettenanalyse (PKA).- 3.5 Erläuterungen zur weiteren Vorgehensweise.- 4 Analyse von Stromerzeugungssystemen.- 4.1 Betrachtung des derzeitigen Kraftwerksparks.- 4.2 Fortschrittliche Kraftwerke auf fossiler Basis.- 4.2.1 Gas- und Dampfturbinen - (GuD)-Prozesse.- 4.2.2 Brennstoffzellen-Kraftwerke.- 4.3 Stromerzeugung aus regenerativen Energien.- 4.3.1 Windkraftwerke.- 4.3.2 Photovoltaik-Kraftwerke.- 4.3.3 Einbindung regenerativer Kraftwerke in die Energieversorgung.- 4.4 Ergebnisübersicht.- 5 Analyse der Raumwärme- und Warmwasserversorgung.- 5.1 Festlegung von Versorgungsaufgaben.- 5.2 Konventionelle Heizsysteme.- 5.3 Wärmepumpen.- 5.4 Fern- und Nahwärmeversorgung mit Kraft-Wärme-Kopplung.- 5.4.1 Zuordnung von Brennstoffverbrauch und Emissionen bei der Kraft-Wärme-Kopplung.- 5.4.2 CO2?Emissionen der Nah- und Fernwärmeversorgung.- 5.5 Thermische Solarkollektoranlagen.- 5.5.1 Analyse einzelner Komponenten.- 5.5.1.1 Kollektor.- 5.5.1.2 Speicher.- 5.5.2 Systemanalyse.- 5.5.2.1 Brauchwassererwärmung.- 5.5.2.2 Solare Raumwärmeversorgung mit Kurzzeitspeicher.- 5.5.2.3 Solare Nahwärmeversorgung mit Langzeitspeicher.- 5.6 Analyse von Wärmeschutzmaßnahmen.- 5.7 Ergebnisübersicht.- 6 Energieversorgungsszenarien für die Bundesrepublik Deutschland.- 6.1 Energieverbrauch und CO2?Emissionen im Referenzjahr 1987.- 6.2 Nutzungspotentiale regenerativer Energiequellen.- 6.3 Erläuterungen zur Szenarienanalyse.- 6.4 Voruntersuchungen für ausgewählte Sektoren der Energieversorgung.- 6.4.1 Stromerzeugung.- 6.4.2 Raumwärme- und Warmwasserversorgung.- 6.5 Szenarien des Übergangs auf eine CO2?arme Energieversorgung.- 7 Zusammenfassung und Ausblick.- A Langfristige Verfügbarkeit fossiler Brennstoffe.- B Der anthropogene Treibhauseffekt.- C Ergebnismatrix der energetischen Input-Output-Analyse.- Literatur.