Urbaner Metabolismus

6. Heizkraftwerk Mitte

Den Energieumwandlungsprozess erläutern wir anhand des Heizkraftwerks Berlin-Mitte. Dieses Kraftwerk liegt mitten in der Stadt zwischen Wohn- und Gewerbegebieten direkt an der Spree, deshalb wurden hohe Anforderungen an den Betrieb der Anlage gestellt. Zum Anwohnerschutz wurden die Schadstoff-und Lärmemissionsgrenzen auf ein Minimum eingeschränkt. Zum Betrieb der Anlage ist die Lage an der Spree erforderlich, hier wird Kühl- und Betriebswasser gewonnen und das Heizöl wird auf dem Schiffsweg geliefert. Andererseits erfordert die Nähe zum Wasser hohe Anforderungen an den Gewässerschutz. Diese Auflagen machten es notwendig, eine der modernsten und effizientesten Anlagen der Welt zu errichten.

Das HKW-Mitte hat eine elektrische Leistung von 380 MW, die Spitzenheizleistung liegt bei 240 MW, somit ist es der größte Wärmelieferant im Verbundnetz der BEWAG. Durch die günstige Lage, direkt in Verbrauchernähe, sind die Wärmeverteilungsverluste sehr niedrig und die Beeinträchtigung der Umwelt gering. Das Kraftwerk Mitte versorgt unter anderem den Bereich Potsdamer und Leipziger Platz. Es können insgesamt etwa 60.000 Wohnungen sowie rund 500 öffentliche Gebäude versorgt werden.

Das Heizkraftwerk Mitte ist die einzige Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage in Berlin. Das HKW besteht aus zwei Gasturbinen, zwei Abhitzekesseln und einer Dampfturbine mit drei Heizkondensatoren. Erdgas bzw. leichtes Heizöl werden in den Brennöfen verbrannt. Die heizen Abgase strömen über die Schaufelräder der Gasturbine, durch die Drehbewegung wird im Generator Strom erzeugt. Die heißen Abgase werden weiter genutzt, sie durchlaufen den Abhitzekessel und lassen das Kesselwasser verdampfen. Dieser Dampf treibt wiederum eine Dampfturbine an, so wird ein zweites Mal Strom durch einen Generator erzeugt. Anschließend gelangt der Dampf in die drei Wärmetauscher, dort gibt er seine noch nutzbare Wärmeenergie an das Heiznetzwasser ab. Über dieses Netz gelangt die Wärme zum Verbraucher. Die Vorlauftemperatur beträgt etwa 135°C, die Rücklauftemperatur liegt zwischen 50 und 70°C.
Im Sommer ist der Wärmebedarf naturgemäß geringer, es muss weniger Heizenergie bereitgestellt werden. Somit wird im HKW-Mitte auch entsprechend weniger Strom erzeugt, denn für die effiziente Nutzung der KWK müssen Heizmenge und Stromerzeugung gekoppelt sein, die Anlage arbeitet also "wärmegeführt".

Im Heizkraftwerk-Mitte werden bis zu 90 Prozent der eingesetzten Primärenergie in Strom und Wärme umgewandelt, in einem herkömmlichen stromerzeugenden Kraftwerk liegt der Energienutzungsgrad bei nur etwa 40 Prozent. Die Anlage ist für den Betrieb mit leichtem Heizöl und Erdgas ausgelegt.

Jedoch wird im Heizkraftwerk Mitte vorrangig Erdgas als Brennstoff eingesetzt, da es ein günstigeres CO2-Emissionsverhalten als Heizöl hat. Mit der modernen Gas- und Dampfturbinentechnik und durch die Kraft-Wärme-Kopplung werden zudem Effizienzwerte erreicht, die deutlich über dem weltweiten Durchschnitt der Energieerzeugungsanlagen mit fossilen Brennstoffen liegen. Gegenüber der Altanlage des Heizkraftwerkes Mitte können ca. 60 Prozent der CO2-Emissionen eingespart werden. Das Heizkraftwerk Mitte leistet damit einen bedeutenden Beitrag zum Klimaschutz.

Die spezifischen CO2-Emissionen der Stromerzeugung des Heizkraftwerkes Mitte liegen unter dem bundesweiten Durchschnitt, bei dem der gesamte Energieträgermix Deutschlands inklusive eines Anteils von ca. 30 Prozent Kernenergie Berücksichtung findet. Für die durch das Heiz-kraftwerk Mitte erzeugte Fernwärme ergeben sich im Vergleich zu erdgasbetriebenen Einzelfeuerstätten hat dieses Kraftwerk ebenfalls geringere Emissionen.

Durch die Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades konnten die spezifischen Emissionen, bezogen auf die Strom- und Wärmeerzeugung, nochmals gesenkt werden. Die absoluten Emissionen stiegen aufgrund der für die Produktionssteigerung notwendigen größeren Brennstoffmenge.

Kraftwerks-Emissionen

Bei der ökologischen Bewertung des Brennstoffeinsatzes und der Kraftwerkstechnik darf man nicht nur die reinen Emissionen aus der Verbrennung berücksichtigen. Auch die vor- und nachgelagerten Prozessketten tragen mehr oder weniger stark zu CO2-Emissionen bei. Es zeigt sich, dass die Kombianlagen (Gas- und Dampfturbinen) sowohl im direkten Verbrennungsprozess als auch in den Vor- bzw. Nachketten die beste ökologische Bilanz bieten.

Im Diagramm auf der folgenden Seite sind nicht nur die CO2-Emissionen aus der Verbrennung berücksichtigt, sondern auch die indirekten CO2-Emissionen aus vor- und nachgelagerten Prozessketten. Gegenüber den CO2-Emissionsfaktoren bei der Verbrennung der fossilen Energieträger hat sich die Reihenfolge geändert: Die Steinkohle führt zu höheren spezifischen CO2-Emissionen als die Braunkohle, dies liegt vor allem an den Methanausschleusungen.

Metahn ist wie Kohlendioxid ebenfalls ein klimarelevantes Gas, es wird im Steinkohlebergbau und bei der Förderung und beim Transport von Erdgas freigesetzt. Methan hat gegenüber Kohlendioxid eine um den Faktor 32 höhere Treibhauswirkung pro Molekül. Dies kann in ein CO2-Äquivalent umgerechnet werden und findet Einfluss im unten aufgeführten Diagramm.

Der CO2-Emissionsfaktor beim Energiesystem mit dem erdgasbefeuerten GuD beträgt nur ungefähr ein Drittel gegenüber dem konventionellen Steinkohlekraftwerk. Hauptursache für die CO2-Emissionen aus der vor- und nachgelagerten Prozesskette ist der Erdgastransport durch die Pipelines.

Der Einfluss der vor- und nachgelagerten Prozesskette ist auch bei den Energiesystemen mit fossilen Energieträgern bedeutend - beim Energiesystem mit dem Steinkohlskraftwerk machen diese etwa 40% aus und bei demjenigen mit dem GuD 14%. Auch zwischen den häufig als CO2-frei angesehenen Erneuerbaren und der Kernenergie gibt es auffällige Unterschiede. Das Photovoltaikkraftwerk führt zu CO2-Emissionen auf dem halben Niveau des Energiesystems mit dem GuD. Dies liegt vor allem an der energieintensiven Herstellung des Siliziums und der geringen Sonneneinstrahlung in Deutschland. Die Energiesysteme mit dem Kernkraftwerk und dem Windkraftwerk haben demgegenüber ein sehr niedriges CO2-Emissionsniveau.

Die CO2-Emissionen der vor- und nachgelagerten Prozesskette haben ganz unterschiedliche Hauptursachen: Bei der Kernenergie und dem Erdgas sind es die Emissionen aus dem Energieverbrauch bei Aufbereitung und Transport (energiebedingte CO2-Emissionen), bei der Steinkohle die angesprochenen Methanausschleusungen - also prozessbedingte Emissionen - und bei der Photovoltaik sind es die Materialbedingten Emissionen.

Beim Energiesystem mit GuD ist die Höhe der CO2-Emissionen durch den Erdgastransport in den Pipelines und den Methanfreisetzungen beeinflusst. Die statistische Reichweite der inländischen Erdgaslagerstätten beträgt etwa 15 Jahre. Langfristig muss das Erdgas aus immer weiter entfernten Gebieten bezogen werden. Schon heute beträgt die durchschnittliche Transportentfernung von importiertem Erdgas 3.700 km. Für den Transport des Erdgases müssen über 12% des Erdgases in den Verdichterstationen eingesetzt werden.