Energieeffiziente Maßnahmen in der Deutschen Bundesbank. Carolin Nowak und Betül Odabas. Biologie GK 12/2

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1 Energieeffiziente Maßnahmen in der Deutschen Bundesbank Carolin Nowak und Betül Odabas Biologie GK 12/2 14. Juni 2010

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Energiesparverordnung Allgemeiner Energieverbrauch in Deutschland 4 3 Was ist ein BHWK? Das BHKW in der Deutschen Bundesbank Vor- und Nachteile 7 4 Das Müllheizkraftwerk Nordwest Die Verfahrenstechnik Energie entsteht durch Abfallverbrennung Säuberung der schädlichen Gase... 9/ Vor- und Nachteile 10/11 5 Fazit Literatur- und Quellenverzeichnis

3 1. Einleitung Die zwölfte Klasse der Wöhlerschule nimmt in Biologie am "Wettbewerb Energieeffizienz 2010/2011" der F.A.Z. teil. Im Rahmen des Projekts "Jugend recherchiert" entscheiden wir uns, den Betrieb Bundesbank in Frankfurt auf energieeffiziente Maßnahmen zu untersuchen. Energieeffizienz ist ein aktuelles Thema. Um unseres Klima zu schützen und unsere Ressourcen, die immer knapper werden, zu schonen, müssen wir einen effizienten Umgang mit Energie anstreben. Deshalb kommt immer häufiger die Frage auf, wie man auf andere Weise Energie herstellen kann, dabei spielt vor allem die erneuerbare Energie eine wichtige Rolle. Wir machen uns Gedanken darüber, wie große Betriebe den nötigen Energiebedarf für die Arbeitsgeräte ihrer Mitarbeitern, Klima- und Heizanlagen decken. Durch Kontakte gelangen wir an die Bundesbank. Auch diese legt Wert darauf, Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz durchzuführen. Die Deutsche Bundesbank ist die Zentralbank der Bundesrepublik Deutschland. Das hauptsächliche Geschäftsfeld ist die Geldpolitik des Eurosystems. Auch das Finanzund Währungssystem, die Bankenaufsicht, der unbare Zahlungsverkehr und das Bargeld gehören zu weiteren Aufgabenfeldern. In unserem Bericht legen wir unseren Schwerpunkt auf das seit 1998 in der Deutschen Bundesbank vorhandene Blockheizkraftwerk (BHKW) und das Zukunftsprojekt, welches vorsieht, die Bundesbank mit Energie durch den Anschluss an das Müllheizkraftwerk Nordwest zu versorgen. Welche Vorteile hat das Zukunftsprojekt? Ist das Blockheizkraftwerk wirklich energieeffizient und erfüllt es die Erwartungen? Wie funktionieren diese Kraftwerke? Um an die nötigen Informationen und Materialien zu gelangen, führen wir ein Gespräch mit dem Maschinenbauingenieur Joachim Frommhold, der gleichzeitig der Bauleiter der Deutschen Bundesbank ist. Des Weiteren besichtigen wir die Bundesbank, um uns ein klares Bild über die Lage zu verschaffen. Inwiefern betreibt die Bundesbank energieeffiziente Maßnahmen? - 3 -

4 2.1 Energieeinspargesetz Durch die am 1. Oktober 2009 in Kraft getretene Energieeinsparverordnung (EnEV) sind die Energie betreffenden Anforderungen für Neubauten um 30 Prozent verschärft worden. Aber auch für Modernisierungsmaßnahmen bei bestehenden Gebäuden setzt die Verordnung neue Richtlinien und es werden neue Bußgeldvorschriften eingeführt. Änderungsverordnung EnEV 4: Zu errichtende Nichtwohngebäude sind so auszuführen, dass der Jahres-Primärenergiebedarf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüftung, Kühlung und eingebaute Beleuchtung den Wert des Jahres-Primärenergiebedarfs eines Referenzgebäudes gleicher Geometrie, Nettogrundfläche, Ausrichtung und Nutzung einschließlich der Anordnung der Nutzungseinheiten einer angegebenen technischen Referenzausführungen nicht überschreitet. Der Jahres-Primärenergiebedarf ist nach DIN V zu ermitteln, welches ein Verfahren zur Durchführung der Gesamtenergiebilanz von Gebäuden bereitstellt. Das heißt, dass Gebäude einen bestimmten Energieverbrauch nicht überschreiten dürfen. Fossile Energieträger wie Erdgas, Erdöl und regenerative Energieträger, wie Windkraft und Solarenergie, aus denen man Endenergie herstellen kann, werden als Primärenergie bezeichnet. Das Energieeinspargesetz spielt eine wichtige Rolle im Hinblick auf die energieeffizienten Maßnahmen in der Deutschen Bundesbank. 2.1 Der allgemeine Energieverbrauch in Deutschland Die vorhandene Grafik zeigt links den gedachten und rechts den tatsächlichen Energieverbrauch in Deutschland. Wie man erkennen kann, glaubt die Mehrheit der Befragten, dass in dem Elektrobereich am meisten Energie verbraucht wird. Tatsächlich wird jedoch am meisten Energie für die Heizung verbraucht. [1] Aufgrund dieser Erkenntnis entscheiden wir uns in der deutschen Bundesbank die energieeffizienten Maßnahmen im Hinblick auf die Heizung zu untersuchen

5 3. Was ist ein BHKW? Wird in einer Anlage zur selben Zeit Wärme und Strom, also Kraft produziert, so spricht man von einer Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Geschieht dies in einer fest gefügten Anlage und nicht in einem Heizkraftwerk, so wird diese als Blockheizkraftwerk (BHKW) bezeichnet. Durch eigenständige Hervorbringung von Strom und Wärme verfügen Blockheizkraftwerke über eine hohe Energieeffizienz und ermöglichen enorme Energieeinsparungen. Denn in gewöhnlichen Kraftwerken ist es so, dass die eingesetzte Energie aus Erdgas, Öl oder Kohle zur Stromerzeugung nur partiell verbraucht wird. So hat ein modernes Kohlekraftwerk einen Wirkungsgrad von rund 35 bis 40 Prozent. Der verbleibende Anteil der zum Einsatz kommenden Energie von 45 bis 60 Prozent wird in Wärme abgeändert und geht verloren. Ungebraucht verpufft diese Energie durch den Schornstein. Nahezu die Hälfte der in Anspruch genommenen Energie wird also bei der Veränderung in Strom vergeudet. Im Folgenden werde ich den Aufbau von einem BHKW anhand einer Grafik erläutern: [2] Im Blockheizkraftwerk (1) wird über einen Verbrennungsmotor, der mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen (5) angekurbelt wird, der Generator (2) zur Stromerzeugung angetrieben. Beim Verbrennungsvorgang des Motors entsteht Wärme, diese so genannte Abwärme kann z.b. in einem daran angeschlossenen örtlichen Versorgungsnetz für Warmwasser oder Heizwärme (3) genutzt werden. Schließlich werden die Abgase über eine Abgasanlage (4) ins Freie geleitet werden. Ein BHKW ist also eine Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von Wärme und Strom nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Das nützliche Verhältnis zwischen Arbeit und Ergebnis von BHKWs beruht auf der Nutzung der Abwärme, wie aus dem bereits oben geschriebenen hervorgeht. Im Kontrast zur Solartechnik laufen BHKWs nicht nur mit Hilfe von erneuerbaren Energien, sind jedoch von wichtiger Bedeutung, wenn es um die größtmögliche Nutzung fossiler Brennstoffe und Energieeinsparung geht

6 3.1 Das BHKW in der Deutschen Bundesbank Die Deutsche Bundesbank hat sich 1998 zwei BHKWs für je 2 Millionen DM angeschafft. Mittlerweile wurde eines der beiden BHKWs demontiert, da es die Investitionskosten nicht einarbeitete. Immer wieder seien, so laut Frommhold die empfindlichen Sensoren beschädigt worden, die zu sehr hohen Reparatur- und Monteurfahrtskosten führten. Das BHKW, welches zurzeit in der Bundesbank in Funktion ist, wird mit Dieselöl betrieben. Auch hierbei profitiert die Bundesbank von der Steuervergünstigung auf das Dieselöl, da es nicht zum Autofahren genutzt wird. Die BHKW-Abwärme wird das ganze Jahr über für Warmwasser und zum Heizen genutzt, im Sommer wird sie in einer Absorbtionskältemaschine in Kälte umgewandelt und zum Befeuchten der Luft in den Klimaanlagen bzw. zum Kühlen des Rechenzentrums, welches rund um die Uhr in Betrieb sein muss, gebraucht. Fest steht, dass ein BHKW mindestens 4000 Stunden im Jahr auf Volllast laufen muss, um wirtschaftlich zu sein. Die Energiebilanzen für das Jahr 2007 zeigen, dass die Gesamtlaufzeit des BHKWs im Jahr 2007 nur 1671 Betriebsstunden betrug. Laut Frommhold sei 2007 kein gutes Jahr gewesen. Durch die immer wieder kehrenden Reparaturkosten musste das Kraftwerk des Öfteren stillgelegt werden. Dennoch betrug der Wirkungsgrad vom BHKW im Jahr ,6 Prozent. Die derzeitigen Umstände bekräftigen Herr Frommholds Aussage im Bezug auf die Reparaturkosten, denn momentan wird der Abhitzkessel erneuert, da die Säure, die bei der Verbrennung vom Dieselöl entsteht, die Schweißnähte und den Stahl angegriffen habe. Im Großen und Ganzen kommt Herr Frommhold zu dem Fazit, dass es effizienter gewesen wäre, wenn er mehrere kleine BHKW s angeschafft hätte, denn dadruch hätte man den Vorteil, dass man das gesamte Kraftwerk nicht stilllegen müsse, wenn eines dieser nicht mehr funktionieren würde. Trotzdem hat die Deutsche Bundesbank nicht vor das zweite BHKW zu demontieren, einerseits weil sie an das Energiespargesetz, welches in der Einleitung ausführlich erklärt wurde, gebunden ist, andererseits auch weil sie weiß, wie wichtig es ist die Atmosphäre zu schützen und die Ressourcen zu schonen

7 3.2 Die Vor- und Nachteile von BHKWs Die von den Großkraftwerken in Deutschland nutzlos abgegebene Wärme übersteigt das Wärmebedürfnis aller Wohnbauten in Detuschland. Hierin zeigt sich die beträchtliche Energieeinsparmöglichkeit und der wesentliche Vorteil von BHKWs, denn der Wirkungsgrad dieser beträgt rund 85%. Der Energieverbrauch wird um mehr als ein Drittel verringert, der CO² Ausstoß wird bis zu 60% herabgesetzt und man trägt zur Senkung der Energiekosten in Gebäuden bei. Folgende Grafik zeigt, dass BHKWs weniger co2 ausstoßen als herkömmliche Kraftwerke. Vorallem sind BHKWs, die mit Erdgas angetrieben werden energieeffizient. [3] Entscheidend für den wirtschaftlichen Betrieb ist, abgesehen von der steuerlichen Vergünstigung, vor allem der eigene Verbrauch der eigenständig produzierten Wärme und Stroms. Jedoch ist auch anzuführen, dass BHKWs relativ hohe Anschaffungs-, Wartungs- und Reparaturkosten haben, wie man am BHKW der Deutschen Bundesbank sehen kann. Ferner ist der Bau eines Schornsteins bzw. einer Abgasanlage nötig. Außerdem müssen BHKWs eine Mindestanzahl an Stunden im Jahr auf Volllast laufen um wirtschaftlich zu sein

8 4. Das Müllheizkraftwerk Nordwest Die Anlage MHKW in Frankfurt am Main ist ein Nachfolger der Abfallverbrennungsanlage AVA. Da die Technische Anleitung Siedlungsabfall(TASi) seit Juni 2005 vorschreibt, dass verwertbare Abfälle nicht mehr ohne Vorbehandlung durch Verbrennung oder Vergärung deponiert werden dürfen, wird die AVA modernisiert und die Betreiber FES und Mainova AG gründen eine Tochtergesellschaft, das MHKW Frankfurt am Main. Die Anlage erzeugt sowohl Fernwärme als auch Strom. Auch die Bundesbank sieht vor, durch einen Anschluss an das MHKW von der Fernwärme zu profitieren. Die genehmigte Verbrennungskapazität beträgt Tonnen pro Jahr, die in vier Kesseln verfeuert werden können, eine thermische Wärmeleistung von bis zu 99 Megawatt erzielen und damit eine mittelgroße Stadt von etwa Einwohnern beheizen können. Das MHKW arbeitet an 365 Tagen im Jahr und an fünf Tagen in der Woche liefern täglich 250 Fahrzeuge durchschnittlich Tonnen Müll an. (3) 4.1 Die Verfahrenstechnik Der in Frankfurt am Main und der Region gesammelte Hausmüll wird bei der Anlieferung gewogen und dann in einen Müllbunker gekippt. Von dort gelangt der Müll auf einen der Feuerroste der vier Feuerkessel. Diese haben die Aufgabe, durch die bei der Verbrennung entstehenden Wärme Wasser in Heißdampf umzuwandeln, der notwendig ist, um Energie herzustellen. Die Verbrennungstemperatur beträgt ungefähr 850 C. Diese Temperatur verhindert, dass sich schädliche organische Verbindungen bilden. Die Schlacke, die die Abfallmasse ist, die bei einer Verbrennung zurückbleibt, wird in einen Schlackebunker gebracht, eingehend kontrolliert und wiederverwertet, beispielsweise im Straßen- und Wegbau

9 4.1.1 Energie entsteht durch Abfallverbrennung Teil1 In den Wänden des Feuerkessels sind Rohrleitungen verlegt, in denen zunächst Wasser zirkuliert, das aus einem Speisewasserbehälter stammt, welchem in einem Kreislauf ständig Wasser zugeleitet wird. Durch die Wärme im Kessel verwandelt sich das Wasser in den Rohrleitungen jedoch in Dampf von 500 Grad Celsius bei einem Druck von 60 bar. Die Nutzung des Dampfes und damit der Wärme erfolgt in Kraft-Wärme-Kopplung. Von den Verbrennungskesseln strömt der Dampf in einen Turbogenerator. Dieser ist eine Turbine, die mit Wasserdampf angetrieben wird und mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist. Der Generator erzeugt 47 MW-Strom, der dann ins öffentliche Stromnetz übertragen wird. Außerdem wird bis zu 99MW Fernwärme erzeugt, indem der Dampf in der Menge von 190t/ h durch die Turbine gefahren wird. Weiterhin erfolgt die Übertragung der Wärmeenergie des Dampfes an das Heizwasser des Fernnetzes im Heizkondensator, einem Wärmetauscher, der den Dampf kondensiert und je nach Außentemperatur das Wasser auf Temperaturen zwischen 70 und 120 Grad Celsius erwärmt. Zuletzt gelangt der Dampf in den Luftvorwärmer, dessen Wärme zur Warmhaltung der Kessels dient. Zudem wird der zu Wasser heruntergekühlte Dampf wieder in den Speisewasserbehälter geleitet, damit in einem Kreislauf bei der Verbrennung wieder Dampf entstehen kann Säuberung der schädlichen Gase Teil 2 Die Rauchgase, die das Wasser im Kessel aufgeheizt haben, enthalten Inhaltsstoffe wie Staub, Asche, Salzsäure, Schwefelsäure, Kohlenstoffdioxid, Flusssäure, Ammoniak und Schwermetalle. Deshalb wird das Rauchgas in einem zweistufigen Verfahren, dem Circoclean Verfahren, von Schadstoffen und Staub befreit, um die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte sicher einzuhalten. Die schädlichen Stoffe strömen aus dem Verbrennungskessel mit einer Temperatur von 244 Grad Celsius in die Rauchgasreinigungsanlage, den Circoclean Reaktor. Hier findet durch Hinzufügen von Kalkhydrat und dem Herdofenkoks (HOK, das aus Braunkohle - 9 -

10 hergestellt wird) eine Neutralisation der Gase statt, wie auch durch das Hinzufügen von Wasser eine Abkühlung der Gase auf 140 Grad Celsius. Jetzt sind jedoch noch schädliche Stoffe des Rauchgases vorhanden, wie unreagiertes Kalkhydrat und Herdofenkoks. Diese rund 50 bis 60 kg pro Tonne anfallenden Rauchgasreststoffe werden deponiert. Bevor sie deponiert werden, werden sie in einem Gewebefilter aus den Abgasen herausgefiltert und kommen in das Reststoffsilo. Silolastwagen befördern diesen Sondermüll zur Untertagedeponie, um sie dort als Endlagerung zu verpressen. Die nun gereinigten Abgase gelangen durch den Saugzug in den Kamin, den sie mit rund 130 Grad Celsius in die Umgebungsluft verlassen. Vor- und Nachteile eines MHKWs Nachteile eines Müllheizkraftwerkes sind vor allem die Schadstoffe, die trotz Säuberung der schädlichen Gase anfallen. Auf der Grafik links erkennt man, wie viel Schadstoffe in µg ein m³ enthält. Wie man erkennen kann, wird am meisten Stickstoffdioxid freigesetzt, welches ein sehr giftiges Gas ist. Ein weiterer Nachteil ist der Sondermüll, (6) der bei der Verbrennung entsteht und nicht weiter genutzt werden kann. Er muss in einer Sonderdeponie gelagert werden. Bei der Anlieferung des Mülls an das MHKW wird ebenfalls Kraftstoff benötigt und damit werden Schadstoffe produziert, die wiederum die Natur belasten. Zuletzt wird im Sommer nicht viel Fernwärme des MHKWs gebraucht. Nun müssen Kältemaschinen eingesetzt werden, um die Wärme umzutauschen, was weitere Kosten zur Folge hat. Der Anschluss der Deutschen Bundesbank an das MHKW hat aber sehr große Vorteile für die Deutsche Bundesbank

11 Durch die Änderung und Verschärfung des Energieeinsparungsgesetztes muss sich die die Deutsche Bundesbank bei Sanierungen stark einschränken. Der Anschluss an das MHKW ist eine einfache Methode um Fernwärme geliefert zu bekommen, ohne größere Umbauten durchführen zu müssen und sich somit an das ENeV halten zu können. Auch dadurch, dass die Wärme, die bei der Erzeugung von Strom in einem MHKW anfällt, nicht einfach ungenutzt an die Umwelt abgegeben wird, sondern durch einen Wärmetauscher direkt in das Heizwasser des Fernnetztes eingespeist wird, liegt der Gesamtnutzungsgrad eines MHKWs bei 80%-90%. Das ist ein großer Vorteil, denn damit weist das System bei gleichzeitiger Erzeugung von Strom und Wärme eine hohe Energieeffizienz auf, es spart bei geringeren Erzeugungsverlusten Kosten und Energie und entlastet damit unsere Umwelt größtenteils von Schadstoff-Emissionen. 5. Fazit Unseren Untersuchungen zu Folge weist die Bundesbank energieeffiziente Maßnahmen auf. Vor allem wird dem Bereich Heizanlagen und Warmwasser viel Beachtung geschenkt. Zwar verfügen BHKWs durch eigenständige Hervorbringung von Strom und Wärme über eine hohe Energieeffizienz und ermöglichen enorme Energieeinsparungen, aber dennoch muss man zwischen Theorie und Praxis unterscheiden, wie das BHKW in der Bundesbank zeigt. Das zurzeit stillgelegte BHKW kann nicht zur Energiegewinnung genutzt werden, da der Abhitzkessel erneuert werden muss. Das BHKW in der Deutschen Bundesbank erfüllt nicht die Erwartungen, da die damit verbundenen Personal-, Reparatur-, Standhaltungskosten die Idee energieeffiziente Maßnahmen durchzusetzen abschwächen. Dennoch hat die Deutsche Bundesbank ein neues Zukunftsprojekt vor Augen, welches energieeffizient ist. Das Müllheitskraftwerk Nordwest gibt die Wärme, die bei der Erzeugung von Strom entsteht, nicht unnütz an die Umwelt ab, sondern speist es durch einen Wärmetauscher an das Heizwasser des Fernnetztes ein. Durch die Energieeinsparungsg werden die Bauingenieure stark unter Druck gesetzt, besonders wenn es um größere Umbauten geht. Mit dem einfachen Anschluss an das MHKW profitiert die Bundesbank ohne großen Aufwand von der Fernwärme und greift damit sogar zu einer umweltfreundlichen Maßnahme

12 Quellenverzeichnis: wie-funktioniert-ein-blockheizkraftwerk-.html Schülerbroschüre: mid=babgehc xt7b2aqz1i.71&uid=arpzywjgli5mgjkc4mlpxffjz Gl1ZFg B9?OpenDocument Abbildungsverzeichnis: [1] [2] [3] [4] [5] [6]

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14 Anhang Recherche vor Ort Um uns ein klares Bild von den energieeffizienten Maßnahmen zu beschaffen, machen wir einen Termin aus und lassen uns von dem Maschinenbauingenieur Joachim Frommhold durch die Deutsche Bundesbank führen. Die technische Zentrale Das BHKW Absorbtionskältemaschine Betül und Carolin mit dem Rechercheausweis vor der Deutschen Bundesbank