Gro?feuerungsanlagen

Bei den Gro?feuerungsanlagen handelt es sich um gro?e industrielle Anlagen zur Energieumwandlung durch Verbrennung fossiler und biogener Energietr?ger.

Inhaltsverzeichnis

 

Gro?feuerungsanlagen in Deutschland

In Deutschland gibt es circa 600 Gro?feuerungsanlagen. Ein gro?er Teil davon befindet sich in den Kraftwerken der ?ffentlichen Versorgung und der Industrie. Daneben gibt es Gro?feuerungsanlagen zur W?rmeversorgung von Industrie, Gewerbe und Haushalten. Der enorme Bedarf an Strom und W?rme in Deutschland erfordert den Einsatz gro?er Mengen fossiler und biogener Energietr?ger.

Aufgabe des ⁠UBA⁠ ist es, Strategien und Ma?nahmen zur Senkung der damit verbundenen Umwelt- und Klimabelastungen auszuarbeiten und diese im Zuge der fachlichen Beratung an die Politik heranzutragen. Sie umfassen thematisch die Emissionen in die Luft und Ma?nahmen zu deren Minderung, den Wasserverbrauch und die Abwasserreinigung, die in den Gro?feuerungsanlagen anfallenden Abf?lle und Nebenprodukte sowie umweltvertr?gliche Verfahren zu deren Verwertung. In allen genannten Bereichen betrachtet das UBA auch den sparsamen Energie- und Brennstoffeinsatz.

Der Begriff der Gro?feuerungsanlagen umfasst alle Feuerungsanlagen mit einer Feuerungsw?rmeleistung von 50 Megawatt oder mehr, in denen Brennstoffe fossiler Herkunft – vor allem Braun- und Steinkohle sowie Erdgas – oder Brennstoffe biogener Herkunft wie Holz eingesetzt werden.

Die Gro?feuerungsanlagen dienen überwiegend der Stromerzeugung in W?rmekraftwerken. Dort übertragen sie die Brennstoffenergie auf einen Gasturbinenprozess oder auf einen Dampfkraftprozess zum Antrieb von Turbinen: Diese wandeln das Gas oder den Dampf in elektrische Energie um. Erfolgt die Auslegung des Gasturbinen- oder Dampfkraftprozesses so, dass die Anlage neben Strom auch nutzbare W?rme bereitstellen kann, spricht man von einer Anlage mit Kraft-W?rme-Kopplung (KWK). Daneben gibt es Gro?feuerungsanlagen zur reinen W?rmebereitstellung. Dies k?nnen Heizwerke zur Bereitstellung von Dampf, Hei?wasser oder Warmwasser sein, aber auch Anlagen zur W?rmeübertragung an andere Stoffe, wie zum Beispiel Thermal?l oder Unterfeuerungen in Raffinerien.

Die hohe Umweltrelevanz der Gro?feuerungsanlagen resultiert aus den mit ihrem Betrieb verbundenen gewaltigen Stoff- und Energiestr?men. So haben die deutschen Steinkohle-, Braunkohle- und Erdgaskraftwerke im Jahre 2012 346 Terawattstunden elektrische Energie (brutto) bereitgestellt. Das sind 56 Prozent der gesamten Bruttostromerzeugung (Vergleichszahlen für 1990: 348 Terawattstunden, 63,3%). Der hierfür notwendige Brennstoffeinsatz in den Kraftwerken betrug 40,1 Millionen Tonnen Steinkohle (in Tonnen Steinkohleeinheiten), 166 Millionen Tonnen Braunkohle und 135 Milliarden Kilowattstunden Erdgas. Entsprechend dem Aschegehalt der festen Brennstoffe fallen bei ihrem Einsatz in Gro?feuerungsanlagen gro?e Mengen Flug- und Kesselasche, Schmelzkammergranulat und weitere Rückst?nde an (in Steinkohle-Gro?feuerungsanlagen insgesamt ca. 6,1 Mio. t, in Braunkohle-GFA ca. 10,6 Mio. t, Angaben jeweils für 2008).

W?rmekraftwerke sind überdies die gr??ten Wasserverbraucher. Alle zusammen – also einschlie?lich der Kernkraftwerke – ben?tigten im Jahre 2005 circa 22,5 Milliarden Kubikmeter Wasser. Auf die fossil-gefeuerten Kraftwerke entfallen sch?tzungsweise 60 Prozent davon. Hinzu kommen weitere Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe, wie etwa Einsatzstoffe für die Abgasreinigung. Darunter fallen alleine j?hrlich circa vier Millionen Tonnen Kalkstein für die Rauchgasentschwefelungseinrichtungen der Stein- und Braunkohlekraftwerke. Die Menge des von diesen Anlagen erzeugten Gipses belief sich im Jahre 2008 auf 6,9 Millionen Tonnen.

 

Umweltauswirkungen von Gro?feuerungsanlagen

Hierzu geh?ren insbesondere die Emissionen in die Luft, darunter klimawirksame, versauernde und eutrophierende Luftschadstoffe, wie ⁠Kohlendioxid (CO2)⁠, Schwefel- und Stickstoffoxide (SO2 und NOx) sowie Staub inklusive Feinstaub und Schwermetalle. Ma?nahmen zur Minderung von Emissionen haben seit den 1980er-Jahren ma?geblich zur Verbesserung der Luftqualit?t in Deutschland beigetragen.

So konnten die Gro?feuerungsanlagen ihre Staub- und SO2-Emissionen um circa 90 Prozent und ihre NOx-Emissionen um circa 70 Prozent mindern. Dennoch haben diese Anlagen auch heute noch einen ma?geblichen Anteil an den nationalen Gesamtemissionen. So trugen sie im Jahre 2011 zu über 48 Prozent zu den SO2-Emissionen bei (NOx 20%, Gesamtstaub 3,4%). Hohe Bedeutung haben auch die CO2-Emissionen: Sie stammen zu über 46 Prozent aus Gro?feuerungsanlagen.

Der hohe Kühlwasserbedarf von W?rmekraftwerken kann die Gew?sser insbesondere thermisch belasten. Die Einhaltung von vorgeschriebenen Obergrenzen der Aufheizung kann im Extremfall ein Herunterfahren des Kraftwerks erzwingen. So ist es zum Beispiel im hei?en Sommer 2003 mehrfach geschehen. Abw?sser aus den Wasseraufbereitungsanlagen, den Kühlkreisl?ufen und den Abgasreinigungseinrichtungen sind vor der Einleitung in die Gew?sser zu reinigen.

Die in einer Gro?feuerungsanlage anfallenden Rückst?nde werden rechtlich entweder als Nebenprodukt oder als Abfall zur Verwertung oder als Abfall zur Beseitigung eingestuft. Abf?lle sollen in erster Linie umweltvertr?glich verwertet werden. Rückst?nde aus dem Sprühabsorptionsverfahren k?nnen zum Beispiel bei Einhaltung vorgeschriebener Anforderungen als Dünger in der Land- und Forstwirtschaft eingesetzt werden. Flugaschen aus Braunkohlekraftwerken werden h?ufig als Abfall zur Verwertung eingesetzt zur Verfüllung in Tagebauen.

Gips aus der nassen Kalksteinw?sche (?REA-Gips”) f?llt in vielen Anlagen in hochreiner Form an – h?ufig reiner als Naturgips – und kann daher in vielen F?llen als Nebenprodukt des der Erzeugung von elektrischer Energie angesehen werden. Der Gips wird in der gipsverarbeitenden Industrie unter anderem zur Herstellung von Gipskartonplatten verwendet. Ebenso kann Steinkohlenflugasche h?ufig als Nebenprodukt eingestuft werden.

Gro?feuerungsanlagen und ?Nachhaltige Produktion”

Das ⁠UBA⁠ wirkt an der kontinuierlichen Fortentwicklung des Standes der Technik in Gro?feuerungsanlagen mit. Es tr?gt damit zur Emissionsbegrenzung und zum sparsamen Brennstoff- und Ressourceneinsatz bei. Errichtung und Betrieb von Gro?feuerungsanlagen k?nnen auf diese Weise langfristig und zunehmend den Kriterien einer nachhaltigen Produktion – hier der Bereitstellung von Strom und W?rme – entsprechen. Der Einsatz von fossilen Brennstoffen erfüllt das Nachhaltigkeitskriterium allerdings nicht (kein geschlossener Kreislauf, Verbrauch von endlichen, nicht nachwachsenden Ressourcen).

 

Rechtliche Grundlagen für die Errichtung und den Betrieb von Gro?feuerungsanlagen

Europarechtliche Einordnung

  • Gro?feuerungsanlagen fallen in den Geltungsbereich der Richtlinie 2010/751/EU über Industrieemissionen (⁠IE-Richtlinie⁠). Diese regelt die Genehmigung von Industrieanlagen. Kernstück ist das Konzept der Besten Verfügbaren Technik (BVT). Für Gro?feuerungsanlagen gelten die Sondervorschriften des Kapitel III der Richtlinie in Verbindung mit den emissionsbegrenzenden Mindest-Anforderungen des Anhangs V. Dieser regelt die Begrenzung der Emissionen der Luftschadstoffe SO2, NOx, CO und Staub.
  • Im Rahmen des Informationsaustausches nach Artikel 17 (2) der Vorg?nger-Richtlinie 2008/1/EG ist das englischsprachige BVT-Merkblatt für Gro?feuerungsanlagen entstanden (Juli 2006). Das ⁠UBA⁠ hat die Arbeiten an dem Merkblatt durch ein Ende 2002 abgeschlossenes Forschungsvorhaben zum Stand der Technik bei ausgew?hlten Gro?feuerungsanlagen in Deutschland unterstützt und eine Teilübersetzung des Merkblattes in die deutsche Sprache veranlasst.
  • Seit 2011 l?uft auf EU-Ebene die Revision des Merkblattes. Sie wird voraussichtlich in 2014 abgeschlossen sein. Ihre wesentlichen Ergebnisse – die sogenannten BVT-Schlussfolgerungen – werden kraft ihrer in der IE-Richtlinie verankerten h?heren Verbindlichkeit eine Anpassung der geltenden nationalen Vorschriften erfordern. Das UBA unterstützt auch die Revision mit einem Forschungsvorhaben zum Stand der Technik bei ausgew?hlten Gro?feuerungsanlagen; dieses wird in 2013 abgeschlossen werden, und der Abschlu?bericht wird auf die BVT-Seite eingestellt werden.
  • Zu weiteren für Gro?feuerungsanlagen relevanten EU-rechtlichen Regelungen geh?ren unter anderem die? ⁠Wasserrahmenrichtlinie⁠ 2000/60/EG sowie die Richtlinie 2008/105/EG zu Umweltqualit?tsnormen im Bereich der Wasserpolitik. Auf ihrer Grundlage sind die Verschmutzung durch besonders umweltsch?dliche Stoffe – sogenannte priorit?r gef?hrliche Stoffe – schrittweise zu reduzieren und ihre Einleitung in die Gew?sser zu beenden oder schrittweise einzustellen. So stellt die weitergehende Minderung der Quecksilberemissionen aktuell eine gro?e Herausforderung dar.
  • Im Hinblick auf in Gro?feuerungsanlagen anfallende Abf?lle sind die Richtlinien 2008/98/EG und 2006/12/EG relevant. Soweit die Rückst?nde aus einer Feuerung oder ihrer Abgasreinigung wie zum Beispiel Steinkohlenflugasche oder REA-Gips seitens der Beh?rde nicht als Abfall eingestuft werden, fallen diese in der Regel unter die ⁠REACH⁠-Verordnung und sind als Stoffe im Sinne dieser Vorschrift registrierungspflichtig.

Rechtliche Regelungen auf nationaler Ebene

Gro?feuerungsanlagen sind nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (⁠BImSchG⁠) genehmigungsbedürftig. Emissionsbegrenzende und weitere Anforderungen sind in der Verordnung über Gro?feuerungs- und Gasturbinenanlagen – 13. ⁠BImSchV⁠ – fixiert, die im Mai 2013 novelliert worden ist. Soweit Gro?feuerungsanlagen neben Regelbrennstoffen Abf?lle mitverbrennen, fallen sie unter die Verordnung über die Verbrennung und Mitverbrennung von Abf?llen – 17. BImSchV – die ebenfalls im Mai 2013 novelliert worden ist.
Abwasserrechtliche Anforderungen fu?en auf dem Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts und sind konkretisiert in der Abwasserverordnung. Ihr Anhang 31 regelt die Wasseraufbereitung, Kühlsysteme und Dampferzeugung; Anhang 47 die W?sche von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen. Die abfallrechtlichen Anforderungen an GFA basieren auf dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrWG).

Innovationen: Abscheidung von CO2

Bisher haben Gro?feuerungsanlagen ihre CO2-Emissionen lediglich spezifisch senken k?nnen. So ben?tigt ein neues Stein- oder Braunkohlekraftwerk infolge seines h?heren thermischen Wirkungsgrades für die Erzeugung von einer Kilowattstunde elektrischer Energie etwa 25 Prozent weniger Energie als eine vergleichbare Altanlage. Die spezifische CO2-⁠Emission⁠ sinkt entsprechend. Dennoch bleiben die Gro?feuerungsanlagen auch nach Abschluss der derzeit stattfindenden Kraftwerkserneuerung die Anlagengruppe mit den gr??ten CO2-Emissionen.

Eine dem Rückgang der SO2-Emissionen vergleichbare Entwicklung beim CO2 ist nach derzeitigem Kenntnisstand nur durch den weitgehenden Verzicht auf den Einsatz fossiler Brennstoffe oder durch eine CO2-Abscheidung an der Anlage m?glich. Das abgeschiedene CO2 k?nnte entweder zu geeigneten Speichern transportiert und dort gespeichert werden (?Carbon Capture and Storage”, CCS) oder aber einer anderweitigen Nutzung oder Verwertung zugeführt werden.? Beide Optionen sind nicht kurzfristig verfügbar, sondern erfordern erheblichen Forschungs- und Erprobungsbedarf und hohe Investitionen.

Für CCS-Kraftwerke werden seit mehreren Jahren Techniken und Verfahren zur CO2-Abscheidung entwickelt und erprobt. Eine erste Pilotanlage mit einer Feuerungsw?rmeleistung von 30 Megawatt wurde im Jahre 2008 in Betrieb genommen und hat die in sie gesteckten Erwartungen klar erfüllt. Aufgrund der mangelnden Akzeptanz der CCS-Technologie wurden zwischenzeitlich jedoch Pl?ne für eine gro?technische Erprobung zurückgestellt oder aufgegeben. Es ist daher nicht mehr damit zu rechnen, dass CCS-Kraftwerke ab 2020 in Deutschland kommerziell verfügbar sein werden. Die mangelnde gesellschaftliche Akzeptanz beruht vor allem auf der geplanten Speicherung in einer dauerhaften Ablagerungsst?tte. Daneben wird der deutlich h?here Eigenenergiebedarf der Kraftwerke bem?ngelt. Er verursacht nach gegenw?rtigem Stand einen Verlust des elektrischen Wirkungsgrades von knapp zehn Prozent-Punkten bei Neuanlagen, die von Anfang an auf CCS hin ausgelegt werden. Im Falle der Nachrüstung von bestehenden Anlagen mit CCS ist mit einem etwas h?heren Wirkungsgradverlust zu rechnen.