EW-R-4: Wassereffizienz thermischer Kraftwerke

Nahaufnahme von Kühlturm.zum Vergrößern anklicken
Wassereffiziente Kühlsysteme sind unabhängiger von Frischwasser und unempfindlicher bei Trockenheit
Quelle: Kurt Michel / pixelio.de

Monitoringbericht 2019 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel

Inhaltsverzeichnis

 

EW-R-4: Wassereffizienz thermischer Kraftwerke

Der Einsatz von Frischwasser zu Kühlzwecken ging durch Effizienzsteigerungen und Maßnahmen wie Mehrfach- bzw. Kreislaufnutzungen signifikant zurück und lag 2010 um etwa ein Drittel niedriger als 1991. Insgesamt wird der Kühlwasserbedarf thermischer Kraftwerke im Zuge der Energiewende künftig eine abnehmende Rolle spielen.

Die Liniengrafik stellt von 1991 bis 2016 auf einer für 1991 auf 100 indexierten Skala die Wassermenge zur einmaligen Nutzung (mit signifikant fallendem Trend) und die Wassereffizienz (mit signifikant steigendem Trend) dar. Die zusätzlich abgebildete Zeitreihe zur Stromerzeugung thermischer Kraftwerke, die bis 2017 reicht, zeigt einen quadratisch fallenden Trend.
EW-R-4: Wassereffizienz thermischer Kraftwerke

Die Liniengrafik stellt von 1991 bis 2016 auf einer für 1991 auf 100 indexierten Skala die Wassermenge zur einmaligen Nutzung (mit signifikant fallendem Trend) und die Wassereffizienz (mit signifikant steigendem Trend) dar. Die zusätzlich abgebildete Zeitreihe zur Stromerzeugung thermischer Kraftwerke, die bis 2017 reicht, zeigt einen quadratisch fallenden Trend.

Quelle: StBA (Umweltstatistik
 

Wasserknappheit als Problem für konventionelle thermische Kraftwerke

In heißen und trockenen Sommern kann die Versorgung mit Frischwasser für Kühlzwecke ein Flaschenhals für die Stromerzeugung in Wärmekraftwerken sein, die von der Verfügbarkeit von Kühlwasser abhängig sind. Thermische Kraftwerke tragen jedoch im Zuge der Energiewende einen geringeren Anteil zur Stromerzeugung bei, daher wird auch der Kühlwasserbedarf im Zuge der Energiewende künftig eine abnehmende Rolle spielen.

Bislang ist die Energiewirtschaft noch immer die bei weitem größte Wassernutzerin hierzulande. Mehr als die Hälfte des insgesamt zur Nutzung entnommenen Grund- und Oberflächenwassers werden in Deutschland in der Energieversorgung vor allem zu Kühlzwecken in Wärmekraftwerken eingesetzt.

Knapp 95 % des von der Energieversorgung zu Kühlzwecken eingesetzten Wasser wird in Durchlaufkühlsystemen genutzt. Durchlaufkühlsysteme galten als wirtschaftlich effizienteste und daher auch die häufigste Art der Kraftwerkskühlung in Deutschland. Sie sind gleichzeitig aber auch die wasserintensivsten Kühlsysteme. Das Kühlwasser wird einem Wasserkörper entnommen und einmalig zur Kühlung des Dampfkreislaufs im Kraftwerk genutzt. Anschließend wird das erwärmte Wasser dem Wasserkörper wieder zugeführt. Abhängig vom Standort können dabei Kühltürme zum Einsatz kommen, um die Temperatur des Kühlabwassers zu verringern und eine unerwünschte bzw. unzulässige Erwärmung der Flüsse, in die das Wasser eingeleitet wird, zu vermeiden.

Um Mangelsituationen vorzubeugen, kann der Kühlwasserbedarf für thermische Kraftwerke u. a. mithilfe technischer Maßnahmen verringert werden. Kreislaufkühlsysteme können den Wasserbedarf von thermischen Kraftwerken deutlich reduzieren. Die Kühlung kann dabei in einem offenen System (Nasskühlung) oder geschlossenen System (Trockenkühlung) erfolgen. Bei offenen Systemen ist eine Wasserentnahme aus Gewässern nur für den Ausgleich des Verdunstungsverlusts notwendig und beträgt im Vergleich zur Durchlaufkühlung nur etwa 2 bis 3,5 %. Bei der Trockenkühlung wird die Wärme über einen Wärmetauscher durch Konvektion an die Luft abgegeben. Ein Verdunstungsverlust findet nicht statt, d. h. der Wasserbedarf wird auf ein Minimum reduziert. Die beiden Systeme können auch in sogenannten Hybridanlagen kombiniert werden.

Neben dem zunehmenden Einsatz wassersparender Technologien spielt die technische Optimierung der Wärmekraftwerke eine wichtige Rolle für die Wassereffizienz. In den vergangenen Jahrzehnten konnten die Wirkungsgrade von Kraftwerken mit fossilen Energieträgern beträchtlich gesteigert werden. Als Folge dieser Entwicklungen nahm die Wassereffizienz kontinuierlich zu. Gleichzeitig tragen Kernkraftwerke und Steinkohlekraftwerke einen geringeren Anteil zur Stromerzeugung bei, sodass derzeit noch nicht vollständig absehbar ist, welche Bedeutung zukünftig einer wassersparenden Kühlwassernutzung zukommt.

 

Schnittstellen

EW-I-3: Umgebungstemperaturbedingte Stromminderproduktion thermischer Kraftwerke

WW-R-1: Wassernutzungsindex

WW-I-4: Niedrigwasser

 

Ziele

Erwägen von technischen Methoden und Verbesserungen zur effizienteren Kühlung von Kraftwerken nach dem Prinzip der Verhältnismäßigkeit (DAS, Kap. 3.2.3)

Ermittlung und Bewertung von möglichen Versorgungsrisiken und Eruierung von Maßnahmen zu ihrer Reduzierung (DAS, Kap. 3.2.9)