Ökobilanz eines Solarstromtransfers von Nordafrika nach Europa

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Hajo Lorenz
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TECHNISCHE UNIVERSITÄT BRAUNSCHWEIG Fakultät für Physik und Geowissenschaften Ökobilanz eines Solarstromtransfers von Nordafrika nach Europa

1 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BRAUNSCHWEIG Fakultät für Physik und Geowissenschaften Ökobilanz eines Solarstromtransfers von Nordafrika nach Europa Diplomarbeit von Nadine May Erster Referent: Prof. Dr. Wolfgang Durner Zweiter Referent: Prof. Dr. Otto Richter Braunschweig, den 17. August 2005

2 Vorwort Im Folgenden möchte ich mich für die Unterstützung einer Reihe von Personen recht herzlich bedanken, ohne die die Anfertigung dieser Diplomarbeit nicht möglich gewesen wäre. Herrn Prof. Dr. Wolfgang Durner und Herrn Prof. Dr. Otto Richter möchte ich recht herzlich für die Übernahme des Haupt- bzw. Co-Referats danken. Mein besonderer Dank gilt auch meinem Betreuer Dr. Franz Trieb am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart, der mich für diese spezielle Thematik der Erneuerbaren Energien erst sensibilisiert hat und mir immer wieder neue Denkansätze vermitteln konnte. Daneben sei auch Dr. Peter Viebahn gedankt, der mir speziell für die Erstellung der Ökobilanz immer wieder beratend zur Seite gestanden hat. An dieser Stelle möchte ich auch die gesamte Abteilung für Systemanalyse und Technikbewertung am Institut für Technische Thermodynamik des DLR in Stuttgart erwähnen, in deren Umfeld ich mir viele neue Erkenntnisse aneignen konnte und mir das Arbeiten sehr viel Spaß bereit hat. Weiterhin möchte ich mich ganz herzlich bei Herrn Klaus Treichel und Herrn Bo Normark von der Firma ABB bedanken, die mir bezüglich der Zusammenstellung von technischen Daten eine entscheidende Hilfe gewesen sind. III

3 Zusammenfassung Die gegenwärtige Energieversorgung beruht zum größten Teil auf fossilen Energiequellen. Aufgrund von sich verknappenden Ressourcen und einem weltweit anwachsenden Energiebedarf und der damit verbundenen Zunahme der Umweltbelastungen müssen langfristig gesehen andere Energiequellen erschlossen werden. In diesem Zusammenhang wird auf das große Solarenergiepotenzial in Nordafrika hingewiesen, welches theoretisch den Weltenergiebedarf um ein Vielfaches deckt. Unter Einsatz solarthermischer Kraftwerkstechnologie kann vor Ort Solarstrom produziert und mit Hilfe von Hochspannungsgleichstromübertragungen auch über große Entfernungen verlustarm nach Europa transportiert werden. In dieser Arbeit werden dazu die Umweltauswirkungen beschrieben, die sich aus der Installation der diesbezüglich notwendigen, neuen Infrastruktur ergeben. Weiterhin wird eine GIS-gestützte Trassenlegung unter ökologischen Gesichtspunkten durchgeführt. Die resultierenden Trassen werden zusammen mit den Kraftwerken im Rahmen einer Ökobilanzierung auf mögliche Umweltwirkungen und stoffliche und energetische Ressourcenverbräuche untersucht. Dabei kann gezeigt werden, dass die Stromleitung im Vergleich zum Kraftwerk nur einen geringen Beitrag zu den auftretenden Umweltwirkungen leistet. Der Vergleich der auf eine Kilowattstunde normierten Gesamtergebnisse aus der Wirkungsabschätzung mit einem Referenzstrom-Mix ergibt in allen Bereichen eine deutlich geringere Umweltbelastung. Nur was die stofflichen Ressourcenaufwendungen betrifft, sind größere Stoffmengen zum Aufbau der Infrastruktur notwendig. IV

4 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Elektrizitätsversorgung in Europa und Nordafrika Deckung des gegenwärtigen Elektrizitätsbedarfs Nutzung erneuerbarer Energieressourcen Solarthermische Kraftwerke Strahlungsangebot im Mittelmeerraum Solarthermisches Gesamtertragspotenzial Stromversorgungsnetze Mediterraner Ringschluss Grundlagen der Übertragung elektrischer Energie Energietechnischer Vergleich Freileitung/Kabel Wechselstrom Gleichstrom Technologie Geschichte der HGÜ Prinzip einer HGÜ Einsatzmöglichkeiten und Beispiele bestehender HGÜ-Trassen Verluste der Freileitungsübertragung Verluste der Kabelübertragung Kostenvergleich Umweltauswirkungen von Freileitungen Flächenverbrauch Landschaftsbild Elektrische und magnetische Felder Gefährdungspotenzial für Tiere und Pflanzen Gefährdungspotenzial für Boden und Grundwasser Umweltauswirkungen von Erdkabeln Umweltauswirkungen von Seekabeln Ökologisch optimierte Trassenführung (GIS-Analyse) Erzeugung einer Ausschlussmaske Ausschlusskriterium: Schutzgebiet Ausschlusskriterium: Industriestandorte Ausschlusskriterium: Besiedlungsräume Ausschlusskriterium: Meerestiefe Ausschlusskriterium: Hydrologische Merkmale Ausschlusskriterium: Geomorphologische Merkmale Erzeugung einer isotrophen Reibungskarte Landbedeckung Kulturelle und religiöse Stätten Infrastruktur Naturgefahren Erzeugung einer anisotrophen Reibungskarte Berechnung der Kosten-Abstands-Karte und Trassenlegung V

5 9 Analyse der Ergebnisse Trasse 1: Algerien-Aachen Trasse 2: Libyen-Mailand Trasse 3: Ägypten-Wien Auswertung Produktökobilanz - Life Cycle Assessment ISO Standardisierung Stoffstromnetze Ökobilanzierung eines Solarstromtransfers Ziel und Untersuchungsrahmen Festlegung der Systemgrenzen Gegenstand der Modellierung Datenbasis und Prozesse Verwendete Module Dienstleistungen Einschränkungen und geografische Konsistenz Auswahl der Wirkungskategorien Sachbilanz Modellierung des solarthermischen Kraftwerks Modellierung der HGÜ Wirkungsabschätzung und Auswertung Solarthermisches Kraftwerk HGÜ Ergebnisse und Schlussfolgerungen Referenzangaben Verwendete Datensätze Anhang VI

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