Umweltauswirkungen und Wirtschaftlichkeit von Energiesystemen

Merkmale von Energiesystemen

1 Chemische Kontamination

Die physikalisch-chemische Verschmutzung im Zusammenhang mit der Energieerzeugung stammt hauptsächlich aus der Verbrennung von Kohle, Öl und Gas. Wir können eine Unterteilung nach der Art der Schadstoffe vornehmen.

Treibhausgase: CO2, CO und CH4

Bestimmte Gase in der Atmosphäre lassen Sonnenstrahlung zur Erde durch, halten jedoch einen Teil der reflektierten Wärme zurück, was zur Erwärmung und zum Klimawandel führen kann. CO2 ist das wichtigste Treibhausgas und entsteht primär durch die Nutzung fossiler Brennstoffe. Da es ein Produkt der Verbrennungsreaktion ist, ist es immer präsent. Der effektivste Weg zur Reduktion dieser Emissionen ist die Steigerung der Energieeffizienz.

CO2-Emissionen nach Sektoren:

• Energieumwandlung: 40 % (Raffinerien, Kraftwerke und Wärme)
• Industrie: 22 %
• Transport: 20 %
• Andere: 12 % (Landwirtschaft, Gewerbe und Wohnen)

Luftemissionen: SO2 und NOX

Diese Gase entstehen durch Verunreinigungen in fossilen Brennstoffen. Die Strom- und Wärmeerzeugung für industrielle Prozesse verursacht 90 % dieser Emissionen. SO2 führt zu Metallkorrosion und Atemwegserkrankungen. Die Reduktion erfolgt durch Entschwefelung vor oder während der Verbrennung. NOx verursacht Smog und Atembeschwerden; die Reduktion erfolgt durch Anpassung der Verbrennungstemperatur. Beide Oxide tragen zum sauren Regen bei, indem sie in der Atmosphäre mit Wasser zu Säuren reagieren.

Wirtschaftliche Aspekte

Kostenarten

Die Kosten eines Produkts setzen sich aus den Produktions- und Weitergabekosten zusammen. Für Kraftwerke ist das Produkt die ins Netz eingespeiste elektrische Energie (kWh).

• Interne Kosten:
  • Abschreibungskosten der Investitionen (fix)
  • Treibstoffkosten (variabel)
  • Betriebs- und Wartungskosten (O&M): fix (Personal) und variabel (Schmierstoffe, Abfallwirtschaft)
• Externe Kosten: Soziale Kosten durch Umweltauswirkungen und Abfälle (z. B. Öko-Steuern).

Investitionskosten einer Anlage

Die Kostenbasis umfasst direkte Kosten (Land, Tiefbau, Ausrüstung) und indirekte Kosten (Engineering, Inspektion). Die Gesamtinvestitionskosten hängen von Finanzierungskosten und Bauzeit ab. Die spezifischen Kosten pro installierter Leistung (kWe) variieren je nach Anlagentyp.

Treibstoffkosten

Diese ergeben sich aus den Gesamtkosten des Brennstoffs pro Jahr, dividiert durch die erzeugte Energie. Sie sind bei Wasserkraftwerken verschwindend gering, bei Kernkraftwerken niedrig und bei thermischen Kohle-, Öl- oder Gaskraftwerken sehr hoch.

Spezifische O&M-Kosten

Berechnet aus den jährlichen Betriebs- und Wartungskosten dividiert durch die erzeugte Energie. Diese Kosten variieren kaum mit der Größe des Betriebs.

Gesamtkosten

Die Gesamtkosten der Stromerzeugung sind die Summe aus Investitions-, Treibstoff- sowie Betriebs- und Wartungskosten.

Partikelemissionen

Partikel entstehen bei Verbrennungsprozessen. Dank Elektrofiltern werden Abscheidegrade von 95 % bis 99 % erreicht. Dennoch bleiben sie ein Problem in Ländern mit schwacher Umweltgesetzgebung.

2 Strahlenkontamination

Quelle ist die Kernenergie. Die Emissionsmengen hängen vom Reaktortyp und der Abwasserbehandlung ab. Während des Normalbetriebs werden geringe Mengen an Radionukliden freigesetzt. Strahlenschäden werden in stochastische (z. B. Krebs, keine Schwellendosis) und nicht-stochastische Wirkungen (biologische Veränderungen ab einer Schwellendosis) unterteilt.

3 Thermische Verschmutzung

Durch die Kondensation von Wasserdampf wird Abwärme in die Umwelt abgegeben. Dies kann durch geschlossene Kühlkreisläufe mit Kühltürmen minimiert werden.

4 Lärmbelästigung

Wind- und Geothermieanlagen werden primär als "laut" eingestuft.

5 Landnutzung

Wasserkraftwerke erfordern große Landflächen und verändern Ökosysteme durch Flussumleitungen. Wind- und Solarparks benötigen ebenfalls viel Fläche. Windparks stehen zudem wegen der Gefährdung von Vögeln und ästhetischer Aspekte in der Kritik.