(ENT2 03) – Bilanz eines Steinkohlekraftwerks [Vergleich mit / ohne Rauchgasreinigung]

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Nachdem wir bisher die freigesetzten Schadstoffe eines Kraftwerks untersucht haben, betrachten wir nun die Bilanz von einem Steinkohlekraftwerk. Unser Fokus liegt auf der Untersuchung der freigesetzten Emissionen.

Für ein optimales Verständnis helfen dir zahlreiche, ausführliche Videoclips und viele anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Energietechnik findest du im Kurs: ENT2-Kraftwerkstechnik

 

Damit wir am Ende auch eine Unterscheidung vornehmen können, setzen wir zwei Kraftwerke in einen direkten Vergleich. 

Steinkohlekraftwerk - Bereiche des Kraftwerks
Bereiche des Kraftwerks

 

Kohlekraftwerk – Grundlegendes

Ein 700 MWel-Steinkohlekraftwerk ist eine bestimmte Art von Kraftwerk, das elektrische Energie aus der Verbrennung von Steinkohle erzeugt und eine Nennleistung von 700 Megawatt elektrisch (MWel) hat. Hier sind einige Merkmale, die ein solches Kraftwerk auszeichnen:

  1. Brennstoff: Das Kraftwerk verwendet Steinkohle als Hauptbrennstoff. Steinkohle ist eine fossile Brennstoffquelle, die durch Bergbau gewonnen wird und beim Verbrennen Wärmeenergie freisetzt, die zur Stromerzeugung genutzt wird.

  2. Leistung: Die Nennleistung des Kraftwerks beträgt 700 Megawatt elektrisch (MWel). Dies bedeutet, dass das Kraftwerk kontinuierlich bis zu 700 Megawatt elektrischer Leistung produzieren kann, die in das Stromnetz eingespeist wird.

  3. Verbrennungsprozess: Im Kraftwerk wird die Steinkohle verbrannt, um Dampf zu erzeugen. Dieser Dampf treibt dann Turbinen an, die wiederum Generatoren antreiben, um elektrische Energie zu erzeugen.

  4. Wärme- und Energieumwandlung: Das Kraftwerk verfügt über Wärmeaustauscher und Dampferzeuger, die die bei der Verbrennung erzeugte Wärme in Dampf umwandeln. Dieser Dampf wird dann genutzt, um die Turbinen anzutreiben und Strom zu erzeugen.

  5. Umweltauswirkungen: Die Verbrennung von Steinkohle kann verschiedene Umweltauswirkungen haben, darunter die Freisetzung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid (CO2) sowie von Luftschadstoffen wie Schwefeldioxid (SO2), Stickoxiden (NOx) und Feinstaub.

  6. Emissionskontrolle: Moderne Steinkohlekraftwerke sind mit Abgasreinigungssystemen ausgestattet, die dazu beitragen, die Emissionen von Schadstoffen zu reduzieren. Dazu gehören Systeme wie Rauchgasentschwefelung (FGD) zur Reduzierung von SO2-Emissionen und selektive katalytische Reduktion (SCR) zur Reduzierung von NOx-Emissionen.

  7. Effizienz: Neue Kraftwerke sind in der Regel effizienter als ältere Anlagen und können einen höheren Wirkungsgrad aufweisen, was bedeutet, dass sie mehr elektrische Energie aus der gleichen Menge an Brennstoff erzeugen können.

 

Für ein 700 MWel-Steinkohlekraftwerk gehen wir von einer stündlichen Beschickung mit 220 Tonnen Kohle aus (also 220 t/h).

 

Wir betrachten aus umwelttechnischer Sicht zwei mögliche Szenarien:

  • Betrieb des Kraftwerks ohne Rauchgasreinigung [1] \rightarrow keine reinigenden Verfahren,
  • Betrieb des Kraftwerks mit Rauchgasreinigung [2] \rightarrow moderne reinigende Verfahren.

 

Rauchgasreinigung – Eigenschaften, Besonderheiten

Eine Rauchgasreinigung im Kraftwerk ist ein Prozess, bei dem Schadstoffe aus den Abgasen entfernt werden, die bei der Verbrennung von Brennstoffen entstehen. Diese Schadstoffe können verschiedene Verbindungen umfassen, darunter Schwefeldioxid (SO2), Stickoxide (NOx), Staubpartikel und andere Schadstoffe.

Die Rauchgasreinigung erfolgt typischerweise in mehreren Stufen:

  1. Entstaubung: In dieser Phase werden Staubpartikel aus den Rauchgasen entfernt. Dies geschieht oft durch mechanische Verfahren wie Elektrofilter oder Staubabscheider, die die Partikel aus dem Gasstrom herausfiltern.

  2. Rauchgasentschwefelung (FGD): Dieser Prozess entfernt Schwefeldioxid aus den Rauchgasen. Es gibt verschiedene Techniken für die Rauchgasentschwefelung, darunter Nass- und Trockenverfahren. Nassverfahren verwenden eine Lösung, um das SO2 zu absorbieren, während Trockenverfahren Sorptionsmittel wie Kalkstein oder Natriumbicarbonat verwenden, um das SO2 zu binden.

  3. Denoxierung: Diese Phase zielt darauf ab, Stickoxide aus den Rauchgasen zu entfernen. Dies kann durch selektive katalytische Reduktion (SCR) erfolgen, bei der Ammoniak oder Harnstoff als Reduktionsmittel eingesetzt wird, um die Stickoxide in Stickstoff und Wasser umzuwandeln.

  4. Weitere Behandlung: Je nach den Anforderungen können weitere Behandlungsschritte erforderlich sein, um andere Schadstoffe zu entfernen oder den Rauchgasstrom weiter zu reinigen.

Die Rauchgasreinigung ist ein wichtiger Bestandteil moderner Kraftwerke, da sie dazu beiträgt, die Emissionen von Schadstoffen zu reduzieren und die Luftqualität zu verbessern. Die Einhaltung von Umweltauflagen und -vorschriften erfordert oft den Einsatz von Rauchgasreinigungssystemen, um sicherzustellen, dass die Emissionen unter den gesetzlich festgelegten Grenzwerten bleiben.

Steinkohlekraftwerk aus der Luft [Im Betrieb]
Kraftwerk aus der Luft [Im Betrieb]

 

Steinkohlekraftwerk – Betrieb ohne Rauchgasreinigung – Bilanzierung

Dass bei der Erzeugung von elektrische Energie bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern Schadstoffe entstehen, ist ja nichts neues. Die Frage, die sich hier jedoch stellt ist, wie gehen Kraftwerksbetreiber mit dem Problem um und welche Lösungsansätze bieten sie der Bevölkerung an. 

In unserer ersten Betrachtung handelt es sich um einen Betreiber, dem der eigene Profit wohl mehr am Herzen liegt, als der Schutz der Bevölkerung. 

Denn sein Kraftwerk verzichtet auf eine Reinigung. In diesem Szenario würde das Kraftwerk, die im nächsten Bild angegebenen Emissionswerte an die Umgebung abgeben.

Bilanz eines Steinkohlekraftwerks [Eingangsstoffe, Ausgangsstoffe] ohne Rauchgasreinigung
Bilanz eines Steinkohlekraftwerks [Eingangsstoffe, Ausgangsstoffe] ohne Rauchgasreinigung

 

Steinkohlekraftwerk – Betrieb mit Rauchgasreinigung – Bilanzierung

In unserer zweiten Betrachtung handelt es sich um einen Betreiber, dem der eigene Profit auch wohl mehr am Herzen liegt aber auch der Schutz der Bevölkerung wichtig ist. 

Denn sein Kraftwerk setzt auf eine moderne Reinigung. In diesem positiveren Szenario würde das Kraftwerk, die im nächsten Bild angegebenen Emissionswerte an die Umgebung abgeben. Die Reinigung führt aber auch dazu, dass mehr Einsatzstoffe benötigt werden und mit Gips und Asche Nebenprodukte anfallen. Letzte können dann aber teilweise in der Bauwirtschaft verwendet werden. 

Bilanz eines Steinkohlekraftwerks [Eingangsstoffe, Ausgangsstoffe] mit Rauchgasreinigung
Bilanz eines Kraftwerks [Eingangsstoffe, Ausgangsstoffe] mit Rauchgasreinigung

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem wir jetzt den “guten” Krafwerksbetreiber mit dem “schlechten” Kraftwerksbetreiber verglichen haben, setzen wir uns im nächsten Kurstext mit dem Thema Luftschadstoffe auseinander.

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