Ganzheitliche Bewertung des Umwelteinflusses der Windenergie

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1 Ganzheitliche Bewertung des Umwelteinflusses der Windenergie André Sternberg, André Bardow 7. Ökobilanz-Werkstatt, September 2011

2 Kennzahlen Windenergie Stromerzeugung [TWh] Stromerzeugung Anteil an der Stromerzeugung % 15% 12% 9% 6% 3% 0% Anteil an der ges. Stromerzeugung Treibhausgasemissionen (GWP 100a ): 11,3 g CO 2eq/kWh Quellen: Nationaler Aktionsplan für erneuerbare Energie gemäß der Richtlinie 2009/28/EG zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen; Bundesregierung Deutschland ecoinvent: electricity, at wind power plant 800kW October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 2

3 Festlegung der Systemgrenzen Strom ab Windkraftanlage GWP: 11,3 g CO 2eq/kWh Herstellung Betrieb Entsorgung Leistung [MW] Jan. 10 Mrz. 10 Mai. 10 Jul. 10 Aug. 10 Okt. 10 Dez. 10 October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 3

4 Festlegung der Systemgrenzen Ganzheitliche Bewertung Strom ab Windkraftanlage GWP: 11,3 g CO 2eq/kWh Auswirkung auf das Stromnetz Herstellung Lastausgleich Betrieb Leistung [MW] Jan. 10 Mrz. 10 Speicherung Mai. 10 Jul. 10 Aug. 10 Okt. 10 Dez. 10 Entsorgung October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 4

5 Lastausgleich Bestehender Kraftwerkspark stellt Reserven bereit Konventionelle Kraftwerke vermehrt in Teillast mit Windstromeinspeisung ohne Windstromeinspeisung spezifische CO2-Emissionen der konventionellen Kraftwerke Zusätzliches GWP der Windenergie: 55 g CO 2eq /kwh Wind Quellen: Roth et. al.; Windenergiebedingte CO2-Emissionen konventioneller Kraftwerke; 2005 October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 5

6 Gesamtsystem Ganzheitliche Bewertung Strom ab Windkraftanlage GWP: 11,3 g CO2eq /kwh Auswirkung auf das Stromnetz Herstellung Lastausgleich GWP: 55 g CO2eq /kwh Betrieb Speicherung Entsorgung October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 6

7 Simulation der Speicher Input - Windkennlinie aus 50 Hertz Netz - Durchschnittsleistung: 17,3 MW Output (Funktionelle Einheit) - Konstante Leistung (P max ; 10 MW; 5 MW; 2 MW) Annahme: Inselbetrieb Ziele: - GWP des Speichers bestimmen Ziele: - Optimierung der Speichergröße October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 7

8 Pumpspeicher Berechnung Speicherkapazität Eingabe Leistungsbedarf GWP Bau GWP Betrieb Lebensdauer Wirkungsgrad 37,7 t CO 2eq /MWh storage capacity 1,8 t CO 2eq /GWh 60 Jahre 77,5 % Quellen: Denholm et. al.; Life cycle energy requirements and greenhouse gas emissions from large scale energy storage systems; 2003 October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 8

9 Pumpspeicher Umwelteinfluss des Pumpspeicherkraftwerks GWP Speicher 80 GWP Gesamt GWP WEA GWP [gco2eq/kwh] Speicherkapazität Speicherkapazität [MWh] konstante Nettoleistung [MW] 0 October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 9

10 Wasserstoffspeicher Berechnung Nennleistung Berechnung Speicherkapazität Eingabe Leistungsbedarf Elektrolyse Speicher Brennstoffzelle GWP Bau 0,59 t CO 2eq /kw 76,5 kg CO 2eq /kg H2 1,18 t CO 2eq /kw Lebensdauer 10 Jahre 40 Jahre 10 Jahre Wirkungsgrad ca. 80 % % Quellen: ecoinvent Hydrogen Production and Storage; OECD/IEA 2006 October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 10

11 Wasserstoffspeicher Umwelteinfluss der Wasserstoffspeicherung GWP Speicher GWP Gesamt GWP WEA GWP [gco2eq/kwh] konstante Nettoleistung [MW] October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 11

12 Diskussion / Ausblick GWP: 45 g CO 2eq /kwh Strom ab Windkraftanlage Auswirkung auf das Stromnetz Herstellung Lastausgleich GWP: 55 g CO 2eq /kwh Betrieb Speicherung Entsorgung October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 12

13 Diskussion / Ausblick GWP: 66 g CO 2eq /kwh Strom ab Windkraftanlage GWP: 11,3 g CO2eq /kwh Auswirkung auf das Stromnetz Herstellung Lastausgleich GWP: 55 g CO 2eq /kwh Betrieb Speicherung Entsorgung October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 13

14 Diskussion / Ausblick Ganzheitliche Bewertung Ansatz für Gewichtung der Anteile Strom ab Windkraftanlage Weitere Umweltindikatoren berücksichtigen GWP: 11,3 g CO2eq /kwh Auswirkung auf das Stromnetz Herstellung Lastausgleich GWP: 55 g CO 2eq /kwh Betrieb -Berechnung präzisieren -Weitere Speicher betrachten Entsorgung Speicherung October 4, 2011 Ökobilanz-Werkstatt 14

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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