Swiss Solar Power. Ökobilanz

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1 Swiss Solar Power Ökobilanz Felix Hegetschweiler, El. Ing. HTL Felix Hegetschweiler; V1.0 Seite

2 Inhalt Einleitung... 2 Vorgehensweise... 3 Zusammenstellung... 4 Gegenüberstellung der Werte und Schlussfolgerung... 6 Referenzen... 7 Einleitung Bei der Evaluation nachhaltiger Energieversorgungssysteme sind neben der technischen Machbarkeit und den ökonomischen Gesichtspunkten auch die Umweltbelastungen aller Komponenten ein wichtiges. Die Internationale Organisation für Standardisierung (ISO) entwickelte zur Erstellung von Ökobilanzen die Norm Environmental management Life cycle assessment (LCA). Diese internationale Norm liefert Vorgaben zur Analyse, Erfassung und Bewertung aller Material- und Energieflüsse von der Herstellung über den Betrieb der Anlage bis zur Entsorgung. Verschiedene Organisationen und Institute haben gemäss ISO LCA Ökobilanzen für solarthermische Kraftwerke, Stromtransportsysteme, für die Photovoltaik, die Windenergie und weitere nachhaltige Energieversorgungssysteme erstellt. Das vorliegende Dokument vergleicht die Ergebnisse dieser Ökobilanzen, wobei in erster Linie die einheimische Photovoltaik mit dem Stromimport aus solarthermischen Kraftwerken in Nordafrika betrachtet wird. Felix Hegetschweiler; V1.0 Seite

3 Vorgehensweise Die Zahlen von mindestens zwei Ökobilanzen je für die Photovoltaik, für solarthermische Kraftwerke und den Stromtransport wurden analysiert und verglichen um eine grösstmögliche Verlässlichkeit zu erhalten. Es zeigte sich, dass untenstehende Ökobilanzen vollständige und repräsentative Zahlen enthalten welche in dieses Dokument aufgenommen und gegenübergestellt wurden. Ökobilanz eines Stromtransfers von Nordafrika nach Europa (2005), Fakultät Physik und Geowissenschaften, Technische Universität Braunschweig Die Zahlen dieser Ökobilanz stammen vom Parabolspiegelkraftwerk SEGS in Kalifornien, das mit Thermoöl als Wärmetransfermedium arbeitet und mit einem Salz- Wärmespeicher für den kontinuierlichen Betrieb des Kraftwerks ausgerüstet ist. Der SEGS Kraftwerkstyp ist technologisch vergleichbar mit den neuen Andasol Kraftwerken in Spanien welche kürzlich den Betrieb aufgenommen haben. Die Zahlen für die Stromübertragung wurden aus mehreren bestehenden Anlagen auf drei Trassenvarianten übertragen und extrapoliert. Die drei gerechneten Kabeltrassen von Nordafrika nach Europa mit je ca km Länge bestehen aus einem Mix aus Überlandleitungen, Seekabeln und Erdleitungen. Auch die zugehörigen Stromrichter und Transformatoren wurden berücksichtigt. Lebenszyklusanalyse ausgewählter Stromerzeugungstechniken (2005), Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung IER Diese Studie bezieht sich auf multi-kristallinen PV Modulen in Mitteleuropa mit 880 Nutzstunden im Jahr und einer Lebensdauer von 25 Jahren. Berücksichtigt ist die Modulherstellung, Montage, Betrieb, Demontage und das Recycling mit allen damit verbundenen Hilfsmaterialien und Transporten. Alle verwendeten Quellen sind im Abschnitt Referenzen aufgelistet. Felix Hegetschweiler; V1.0 Seite

4 Zusammenstellung Alle untenstehenden Tabellen zeigen die Werte für die Systemkomponenten bezogen auf 1 kwh erzeugte oder übertragene Energie: Stromerzeugung mit solarthermischem Kraftwerk: Kraftwerk +Anlage Transporte, Auf-Abbau Kraftwerk Total Einheit Solarfeld Speicher Betrieb (KEA) MJ 0,103 0,027 0,0028 0,032 0,0252 0,19 Energierückgewinnung Monate 3 Eutropierung NOx mg 3 1 0,1 0,4 3,2 7,7 Schwefeldioxyd SO2 mg 39,4 9 1,3 4,1 22,6 76,4 CO2 g 8,3 3,4 0,3 0,8 2,4 15,2 Eisen g 2,7 0,168 0,1 0 0,082 3,05 Bauxit g 0, ,006 Kupfer g 0, ,0002 0,0049 Aus den Zahlen ist ersichtlich, dass vor allem die Bereitstellung des Solarfelds mit den Parabolspiegeln, Wärmereceivern und den Stahlträgern und die Transporte beim Aufund Abbau der Anlage ins Gewicht fallen. Die Dampfturbine, Stromgenerator und Wärmespeicher des Kraftwerks belasten die Rechnung wenig. Neuere Spiegeltechnologien, wie die Fresnel Spiegel die in der spanischen Anlage PE1 seit 2009 im Einsatz sind, brauchen nur die Hälfte des Materials und verwenden Wasser als Wärmetransfermedium. Für diese Technologien sind noch keine Ökobilanzzahlen verfügbar. Stromtransport HGÜ (Hochvolt Gleichstrom Übertragung) Einheit HGÜ Stromtransport (KEA) MJ 0,005 Energierückgewinnung Monate Eutropierung NOx mg 0,2 Schwefeldioxyd SO2 mg 3 CO2 g 1,4 Eisen g 0,076 Bauxit g 0,014 Kupfer g 0,001 Obige Zahlen stammen von einer berechneten Kabeltrasse von Algerien über Gibraltar nach Deutschland mit 18 km Seekabel und 3099 km Freileitung aber ohne Erdkabel. Die Trasse wurde nach ökologischen Gesichtspunkten gewählt um die Felix Hegetschweiler; V1.0 Seite

5 Umwelteinwirkungen der elektrischen und magnetischen Felder zu minimieren und um das Landschaftsbild möglichst wenig zu stören. Ein Vergleich mit der Ökobilanz der Stromerzeugung zeigt, dass der Transport nur wenig ins Gewicht fällt. Mit Erdkabeln lassen sich viele Emissionen von Freileitungen vollständig eliminieren, die Kosten sind allerdings 10 mal höher. Stromerzeugung mit Photovoltaik: Einheit Photovoltaik (KEA) MJ 2,1924 Energierückgewinnung Monate 32 Eutropierung NOx mg 280 Schwefeldioxyd SO2 mg 330 CO2 g 160 Eisen g 4,969 Bauxit g 2,189 Kupfer g 0,281 Fläche m2 0, Diese Werte beziehen sich auf polykristalline PV Module von typischen dezentralen Anlagen in der Schweiz. Monokristalline Module, Dünnschicht- und andere Technologien haben leicht abweichende Werte. Die Zahlen widerspiegeln auch die aufwändigen Montagearbeiten wie sie bei vielen kleinen dezentralen Anlagen auftreten. Bei der Produktion und dem Recycling der Photozellen fallen Emissionen von Schwermetallen wie Arsen, Cadmium und Blei an. Diese sind hier nicht quantifiziert, da die Solarthermie ohne solche Stoffe auskommt. An Standorten mit höherer Sonneneinstrahlung in Südeuropa oder Nordafrika werden um den Faktor 2 bis 3 bessere Werte erzielt. Dies vor allem auch dann, wenn grosse Flächen für Solarfarmen zur Verfügung stehen, welche den Montage- und Materialeinsatz verringern. Felix Hegetschweiler; V1.0 Seite

6 Gegenüberstellung der Werte und Schlussfolgerung Einheit Solarthermischer Stromimport Photovoltaik Faktor (KEA) MJ 0,1950 2, ,2 Energierückgewinnung Monate 3, , ,7 Eutropierung NOx mg 7, , ,4 Schwefeldioxyd SO2 mg 79, ,0000 4,2 CO2 g 16, ,0000 9,6 Eisen g 3,1260 4,9690 1,6 Bauxit g 0,0200 2, ,5 Kupfer g 0,0059 0, ,6 Fläche m2 0,0065 0,0175 2,7 Dieser Ökobilanzvergleich zeigt die klare ökologische Überlegenheit des Stromimports von solarthermischem Strom, der um Faktoren besser dasteht als die Photovoltaik. Ein Einstieg in thermische Solarkraftwerke drängt sich somit auch aus ökologischer Sicht auf. Diese Zahlen beziehen sich wiederum auf 1 kwh erzeugte Energie. Die Schweiz alleine verbrannte im Jahr GWh an fossilen Energien, was die Grössenordung zeigt in der wir uns befinden bezüglich Materialeinsatz, Flächenbedarf und Umweltbelastung. Der Verbrauch der fossilen Energien muss in den nächsten Jahren teils reduziert und teils durch erneuerbare Energien ersetzt werden, damit der CO2 Ausstoss reduziert und die Versorgungssicherheit gewährleistet ist. Dazu eignen Solarthermische Kraftwerke wesentlich besser als die einheimische Photovoltaik. Felix Hegetschweiler; V1.0 Seite

7 Referenzen 1. Ökobilanz eines Stromtransfers von Nordafrika nach Europa (2005), Fakultät Physik und Geowissenschaften, Technische Universität Braunschweig 2. Trans-Mediterranean Interconnection for Concentrating Solar Power (2006), German Aerospace Center (DLR) Institute of Technical Thermodynamics Section Systems Analysis and Technology Assessment 3. Life Cycle Environmental Impacts of Electricity Production by Solarthermal Power Plants in Spain (2008), Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) 4. Lebenszyklusanalyse ausgewählter Stromerzeugungstechniken (2005), Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung IER 5. Lebenszyklusanalysen ausgewählter zukünftiger Stromerzeugungstechniken (2002), Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, Universität Stuttgart und Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Stuttgart 6. Ökobilanzen erneuerbarer Energiesysteme (2005), Ines Junghans Felix Hegetschweiler; V1.0 Seite