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1. 18 2 3 1 Zur ModellDbildUune 2 en 18 A EE 19 Beschreibung des Gesamtsystems Gewinnung und Verstromung von Braunkohle 21 3 1 Energierohstoff Braunkohle 4 e ue senken taten 21 3 2 Lagerst tten und Braunkohlenreviere in Deutschland 25 3 3 Kontinuierliche Tagebautechnik aaa 28 3 3 1 Definition und Voraussetzungen n n sns 28 3 3 2 Bagger Band Absetzer Systeme ceeccecescesseeceeececeeeeeesaecesaaeceeaeeceaeeeeaeceeaaeceeneeees 30 3 3 3 Direkt Versturz Systeme cic n R esate deed a Gala Gu u ease 31 3 4 Hauptprozesse im Tagebaubetrieb n 32 3 4 sAbbau Gewinnuns u S i pe aN a y h yp au Suq y asua 33 342 F rderung a si Li ER 33 3 4 3 EN E EE 34 3 44 Wasserwittschatt cic A ied a ee ae 34 34 5 Emissionsvermetdung z a nu a L sanieren sn sh niet 37 3 4 6 Pl chenmanspruchnabme A 37 4 5 VI 3 5 Braunkohlenkrart wetke esc u ss a susu pu a Nha SSS stations rsices 38 3 5 1 Konventionelle Dampfkraftwerke AAA 38 3 52 Zukunftsorientierte Kraftwerkskonzepte a 39 3 6 Hauptprozesse beim Betrieb eines Dampfkraftwerks 41 3 0 1 Br nnstoffauf bere tun Seen e s2scesitecdetecs dines rebia e tN Er AE E E sana cedex dascesean
2. Inputs Nicht intendierte Outputs Vow Grubenwasser m3 a Voy Reinwasser m a Mow Fer Eisen ID im Grubenwasser m RW Fe Eisen ID im Reinwasser kg a kg a Mow rat Eisen IID im Grubenwasser m RW so Sulfat im Reinwasser kg a kg a Moy so Sulfat im Grubenwasser kg a m RW Ca Kalzium im Reinwasser kg a Mow ca Kalzium im Grubenwasser Meg Kalzium aus mikrobiologischer kg a Umwandlung kg a m vm neen Kohlens ure im Grubenwasser m Ca NB Kalzium aus Neutralisation und kg a Beliiftung kg a m Luft ke a Mco DB Kohlendioxid t a Mrym FHM kg a Mpi Restluft kg a Hien Mr Kalk fiir mikrobiologische Mans EHS Massenstrom kg a t a Umwandlung kg a Hie ap Kalk fiir Neutralisation und m AEW SO2 Sulfat im AEW kg a Bel ftung kg a Hie GWR Gesamt Kalkbedarf kg a m AEW CaCO Kalziumcarbonat im AEW kg a t a Ve ee Betriebswasser m a M AEW Fe OH Eisenhydroxid im AEW kg a t a E Ge Energiebedarf Druckbeliiftung Mary AEW Massenstrom kg a t a kWh a Fax Energiebedarf Beliiftung kWh a E by Energiebedarf Pumpwerk f r AEW F rderung kWh a en Energieverbrauch GWR insgesamt kWh a 89 5 4 Kraftwerksbetrieb 5 4 1 Stoff und Energiestromnetz Das Teilsystem 03 Verstromung umfasst den Kraftwerksbetrieb und die Abscheidung und Verdichtung des CO aus dem Reingasstrom In diesem Kapitel wird zun chst das Stoff und Energiestromnetz f r
3. Qui 917 IMJ lt i Myra 133kg myra 133kg e ll i mco an 889 21kg Abbildung 40 Inputs und Outputs im Fallbeispiel 2 Aus den hier berechneten und den in Tabelle 27 zusammengefassten Werten kann abgeleitet werden dass fast die 1 8 fache Menge an qualitativ gleichwertiger Rohbraunkohle abgebaut gef rdert und verstromt werden m sste um mit Abscheiden und Verdichten von 90 des CO aus dem Reingasstrom denselben Betrag an elektrischer Energie bereitstellen zu k nnen Dadurch w rde der CO2 AusstoB pro 1 000 Kilowattstunden entspricht einer Megawattstunde an Elektroenergie bezogen auf das Gesamtsystem von 1 183 kg Fallbeispiel 1 auf 209 kg Fallbeispiel 2 sinken Dazu m ssten vermutlich mindestens ein zus tzlicher Tagebau und ein zus tzliches Kraftwerk errichtet werden Au erdem w rden die vorhandenen Ressourcen wesentlich schneller als heute geplant abgebaut und genutzt werden Vor diesem Hintergrund erscheint es nicht sinnvoll konventionelle Dampfkraftwerke mit CO Abscheidung und Verdichtung nachzur sten Unter der Annahme dass weiterentwickelte Verfahren zur Abscheidung und Verdichtung des CO aus dem Reingasstrom vollst ndig in neue Kraftwerke integriert und nicht nachger stet werden und nicht so hohe Energieverbr uche aufweisen wie die hier angenommene Aminw sche mit L semittelregeneration und anschlie ender Verdichtung des CO2 k nnen Abscheidung und Behandlung des CO f r Kraftwerke in der Zukunft jedoc
4. uod YO ET OT TO SO IG ur Zunyosoqneyopruy jey b IO ZUOP TO A 089 yrepuur g Vo uoA cuouunig ur JossemMpuniH HOA U9Q9H W EL OL IO N et J dasseMpunin IosseMpunIn gt VY TuauunIg ur Jessempunin uoa usgqsH O T Ol IO uod 0 T Ol TO FIIU Yost yoo I OF Ing o 0110 NHA onrusgptysSuny9o g SO OI 10 ssnuosi qnlJn 7 OH F O wut IDu stq 8 uosr8o olqoTrlilN Ch 90 01 10 Ke 709 SH aRyns xospAyusstq JOssempunIg Jne InZ tO Ol 10 Gef JosseMuaqnio I81 u ISINYA Abbildung 29 Stoffstromnetz fiir die Grubenwasserreinigung GWR 78 Wie aus Abbildung 29 ersichtlich ist dienen acht Transitionen der Beschreibung der Prozesse die das Grubenwasser nacheinander durchl uft Mit vier Transitionen wird die Bereitstellung von Betriebswasser beschrieben und mit zwei Transitionen die Kalkmilchaufbereitung Die Sedimentation ist als ein aus f nf Transitionen bestehendes Subnetz dargestellt Abbildung 30 01 10 09 01 Sedimentation in Rundeindicker 1 T 01 10 09 02 Sedimentation in Rundeindicker 2 D A si A 01 10 09 03 Sedimentation in Rundeindicker 3 Abbildung 30 Subnetz f r 01 10 09 Sedimentation 61 Stoff und Energiestr me werden in den beiden Netzebenen im Detail bestimmt D
5. Parameter amp Stoffstr me Grubenwasser Oberfl chenwasser Filterbrunnenwasser pH Wert 4 9 3 4 Cow re mg l 648 118 C ow re mg l 2 10 Gees mg l 2 600 760 Cow ea mg l 455 keine Angabe Cow Heer mg l 580 10 8 F r die Berechnungen werden gel stes Eisen I und Eisen II Sulfat Kalzium und Kohlens ure als Komponenten im Grubenwasserstrom ber cksichtigt Die niedrige Konzentra tion an Kohlens ure im Wasserstrom aus den Filterbrunnen kommt dadurch zustande dass das Filterbrunnenwasser mehrere Kilometer weit in einem offenen Graben flie t und zus tzlich in einem Becken zwischengespeichert wird W hrenddessen kann die bersch ssige Kohlens ure ausgasen Minerale im Nebengestein enthalten eventuell Spuren von Schwermetallen die durch saure W sser mobilisieren werden k nnen siehe Kapitel 3 4 4 Die Konzentration von Schwer metallen im Grubenwasser wird hier nicht ber cksichtigt Weiterhin wird davon ausgegangen dass sich die GWRA auf dem vom Tagebau insgesamt in Anspruch genommenen Gel nde befinden Eine Fl cheninanspruchnahme der GWR wird daher nicht separat ausgewiesen sondern ist in den Berechnungen f r den Tagebaubetrieb enthalten 126 6 2 2 Modellparameter Die Konzentrationen der Komponenten im Grubenwasser miissen fiir die Berechnung des Stoffstromnetzes vorgegeben werden Aus den Volumenstr men und Angaben in Tabelle 14 ergeben sich nach Gl 22 die Input Massenstr me f r die K
6. Niederdruckturbine KO Kondensator am WA Re N J NA E ee C e E RECH CC ee 2600 Abbildung 37 Unterkritischer Speisewasser Dampf Kreislauf im T s Diagramm Die Rauchgas Mindesttemperatur nach der Speisewasservorw rmung im Economizer 03 05 02 02 betr gt TraGmin 433 15 K 160 C Vor der Entschwefelung 03 08 03 wird das Rauchgas auf Track 368 15 K 95 C abgek hlt Beim Staubabscheiden 03 08 02 wird mit einem Abscheidegrad von 99 9 fiir alle Partikelgr en der Flugasche gearbeitet 7 0 999 Der spezifische Energiebedarf beim Staubabscheiden z gr betr gt 1 286 kJ kg F r die Spannungsversorgung des Elektrofilters wird ein Wirkungsgrad von 90 angenommen 7gr 0 9 In der Transition f r das Subsystem 03 08 03 Rauchgasentschwefelung wird ein Abscheidegrad f r SO von 95 eingesetzt Tso 0 95 Der Wirkungsgrad des W rmetauschers bei der Rauchgask hlung betr gt 98 7 rack 9987 Der spezifische Energiebedarf der Rauchgasentschwefelungsanlage wird mit Hilfe zweier abgeleiteter Koeffizienten in Gl 148 berechnet G gga 1 400 kJ kg oc rea2 6 000 kJ kg Der Anteil der W rmemenge aus dem Rauchgasstrom der in 03 05 01 01 Verdampfen f r die Erzeugung des Dampf Massenstroms genutzt werden kann ist abh ngig von den anderen Parametern und muss im Modell f r den Einzelfall angepasst werden Der maximale Anteil liegt in diesem Beispiel bei 45 fyp 0 45 Die thermischen
7. Qo 75 Hs o u My Go N An fy Hol Meek mit Mo st ch st chiometrischer Sauerstoffbedarf kg a M RBK verfeuerte Rohbraunkohle kg a a Koeffizienten f r die st chiometrischen Ums tze kg kg UK Massenanteile der Komponenten der Rohbraunkohle TC Ausbrandgrad fc fu fa Faktoren f r die Aufteilung der Stoffstr me Aus dem st chiometrischen Sauerstoffbedarf wird nach G1 64 die st chiometrische Menge an trockener Luft berechnet mit der der Sauerstoffbedarf gedeckt werden kann F r die trockene Luft wird dabei eine Zusammensetzung aus Stickstoff und Sauerstoff angenommen 95 Mo gt st ch Mz stoch Gl 64 r o mit My st ch st chiometrisch ben tigte Luftmenge kg a Hho Massenanteil an Sauerstoff in trockener Luft Um eine m glichst vollst ndige Verbrennung des Kohlenstoffs zu erreichen wird Sauerstoff bzw Luft im berschuss zugef hrt Gl 65 My yg ZA My sach Gl 65 mit Mz vp ben tigte Luftmenge kg a A Luftzahl Die Massenstr me der Komponenten im Rauchgas berechnen sich nach den Gleichungen Gl 66 bis Gl 72 Die Massenstr me an Feuerraumasche und Flugasche werden nach Gl 73 und Gl 74 berechnet Der gesamte Rauchgas Massenstrom wird nach Gl 75 berechnet MRAG CO Geo c Sc Tc Hc Mrex GI 66 IhgaG co amp cosc TI fc Tc Hc Mek Gl 67 Mrag so so ag Hs rex Gl 68 Mrag n o Hy rex Gg oH Hu rex Gl 69 Mercy I Sn
8. bezogen auf 1 MWh bereitgestellter Elektroenergie 174 Nicht intendierte bezogen auf 1 MWh bereitgestellter Outputs Elektroenergie Fallbeispiel 1 Fallbeispiel 2 mit CO gt Abscheiden und Verdichten Vue zcn 8 4 m3 14 8 m3 Von zo 7 9 m3 13 9 m3 Mcn G 0 02 kg 0 03 kg MST TGB 0 0002 kg 0 0003 kg Mpa 1 64 kg 2 89 kg Ven 7 7 m3 13 5 m3 RW Fe 0 02 kg 0 03 kg M pw ca 1 90 kg 3 34 kg Mew soz 8 11 kg 14 30 kg Merry 3 89 kg 6 86 kg Marw 241 9 kg 426 4 kg REG af 6 015 8 kg S MREG CO 1 182 8 kg S REG SO 0 84 kg amp INREG FA 0 04 kg 0 07 kg Ork 4 779 MJ 8 422 MJ Mar 9 99 kg 17 60 kg AH p 9 MJ 17 MJ Mra EF 39 92 kg 70 35 kg AH A EF 4 MJ 8 MJ Man 143 0 m3 252 0 m3 AH rK 3 017 MJ 5 317 MJ Mcaso4x2H O0 42 77 kg 78 94 kg Ou 1 044 MJ 1 840 MJ co AB 1 876 9 kg M MEA Out M AG af IA co M A zo 2 82 kg 8 726 1 kg 208 5 kg 0 15 kg 175 176 12 2 Ubersicht iiber die Subsysteme und Elemente fiir das Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle Codierung 01 01 01 01 02 01 03 01 03 01 01 03 01 01 01 03 01 02 01 03 01 03 01 03 01 04 01 03 02 01 03 02 01 01 03 02 02 01 03 02 03 01 03 02 04 01 03 03 01 03 03 01 01 03 03 02 01 03 04 01 03 04 01 01 03 04 02 01 03 04 03 01 03 05 01 03 05 01 01 03 05 02 01 03 05 03 01 03 05 04 01 03 05 05 01 03 05 06 01 03 05 07 01 03 05 08 01 03 05 09 01 03 06 01 03 06 01 01 03 06 02 01 03 0
9. Durch den Kamineffekt str mt st ndig K hlluft von unten in den K hlturm ein Mitgerissenes K hlwasser bildet Dampfwolken Schwaden ber dem K hlturm Strau 2006 Abbildung 18 zeigt das Schema eines K hlkreislaufs mit Frischwasser und Ablaufk hlung im Nassk hlturm 43 Dampf 4 Schwaden HeiBwasser Kondensat Abbildung 18 K hlkreislauf mit Ablaufkiihlung im Nassk hlturm schematisch nach Strau 2006 3 6 6 Rauchgasreinigung Je nach lagerst ttenbedingter Zusammensetzung inerte nicht brennbare Bestandteile Stickstoff und Schwefelverbindungen und gew hlter Verbrennungstechnik entstehen bei der Verbrennung der Braunkohle wechselnde Mengen an Feststoffen und Kohlen Schwefel und Stickoxiden und werden im Rauchgas abgef hrt Zur Minderung der Emissionen sowie zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte und Vorgaben des Bundes Immissionsschutzgesetzes BImSchG Kapitel 3 7 2 k nnen prim re und sekund re Ma nahmen zum Einsatz kommen Als prim re Ma nahmen werden Verfahren angesehen die eine Vorbehandlung des Brennstoffs oder eine Modifikation der Verbrennungsf hrung betreffen Die Rauchgasreinigung in speziellen Anlagen geh rt zu den Sekund rma nahmen Stickoxide entstehen bei der Verbrennung durch Reaktionen zwischen dem Stickstoff und dem Sauerstoff der zugef hrten Luft und durch Oxidation des im Brennstoff enthaltenen Stickstoffs Es werden drei Bildungsmechanismen unterschieden e thermi
10. In den folgenden Kapiteln werden die Prozessmodelle f r die Einzelprozesse im Kraftwerksbetrieb abgeleitet und die dabei freigesetzten nicht intendierten Outputs aufgezeigt 5 4 2 1 Bekohlung Im Rahmen der Bekohlung werden im Modell die Massenstr me der Komponenten der Rohbraunkohle und die Werte zu ihrer Charakterisierung berechnet Der obere Heizwert auch Brennwert kann nach Gl 51 von Eisermann 1980 aus der Elementaranalyse der wasser und aschefreien Substanz berechnet werden H ar 1 000 152 19 Au 98 767 Gl 51 lc waf 3 HH waf Ki Ho wi be Hs wap 8 mit Howay oberer Heizwert der wasser und aschefreien Substanz Reinkohle kJ kg L4Hwaf Massenanteil Wasserstoff H an der wasser und aschefreien Substanz Ucwaf Massenanteil Kohlenstoff C an der wasser und aschefreien Substanz Houer Massenanteil Sauerstoff O an der wasser und aschefreien Substanz Ls waf Massenanteil Schwefel S an der wasser und aschefreien Substanz Die Massenanteile aus den Analysenwerten der Inhaltsstoffe Komponenten der Rohbraunkohle werden nach Gl 52 auf die wasser und aschefreie Substanz Reinkohle umgerechnet Hk a Se EK waf mit UkK waf Massenanteil einer Komponente an der wasser und aschefreien Substanz UK Massenanteil einer Komponente an der Rohbraunkohle uw Wasseranteil in der Rohbraunkohle HA Asche in der Rohbraunkohle Der obere Heizwert wird nach Gl 53 auf die gesamte Ro
11. Schaltegger et al 2002 Pape et al 2003 2 2 5 Methodenvergleich Nachdem zahlreiche Bewertungsmethoden vorgestellt wurden werden an dieser Stelle kurz Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen ihnen herausgestellt Die kologieorientierten Bewertungsmethoden besch ftigen sich v a mit der Bewertung der Auswirkungen eines Systems auf die Umwelt Mit Hilfe von Wirkungskategorien und Kennzahlen wird die Belastung der Umwelt bewertet die durch verschiedene Aktivit ten hervorgerufen werden z B die Bereitstellung eines Zwischen Produktes oder einer Dienstleistung Werden die Bewertungsmethoden im life cycle assessment eingesetzt beziehen sie sich auf den gesamten Lebensweg eines Produktes d h alle Vorketten wie z B Rohstoffgewinnung Transport Herstellung von Materialien oder Zwischenprodukten sowie die Entsorgung des Produktes werden in die Untersuchungen einbezogen Schweizer Methoden UBA und CML Methode Eco Indicator 99 Bei MIPS und KEA werden Inputgr en zusammengefasst Innerhalb der kologieorientierten Bewertungsmethoden k nnen diejenigen die als Ergebnis eine bzw einige wenige Kennzahlen haben wie Umweltbelastungspunkte kritische Volumina Eco Indicator 99 MIPS und KEA von denjenigen abgegrenzt werden deren Ergebnis ein mehrdimensionales koprofil ist das sich durch die Bewertung innerhalb mehrerer Kategorien ergibt wie bei UBA und CML Methode Bei der Ermittlung des Eco Indicator 99 bei der Anwendung von
12. TasseM sdip agosed p PURANA 1a ampong sq rn g A t matsd I _ gt X sun qoy g 10 0 sesyoney qneJsuspyoy Sy mT G ox m 5 lt F Oe 3 qnjsBunuusiqsa A 3 Leama aan u proyosqeqneIs Z0 80 0 as N Meee ee sesyoney CU SO CH 7 SunuusigIo A y UPA 0 20 20 80 N PO rO CH Tu u jdurepigA 10 10 S0 0 SuNUIRMIOAIIN 0 Z0 70 CH J ryoyunerqyoy P gt urigAseSuonez N Oe 8 Y Y seSuros Un sesyoney g T u z tu4 q 0 10 S0 0 SS IS1Su osJIIH t 1 woziryogn Fr 0 10 50 E0 d TOSSEATUNM odumd sssemjyny T WW WIEPIOT 10 E0 LO EO Een a ee SAS 70 70 S0 0 H H I N Zunjyny ossem D d BEER est Z0 TO LO EO S Wel KEE aduindiassemastodg yru Sunyguroyoniq 10 Z0 S0 0 DUIGINIYONIPIIPIIN ye u yop ur Sunqpuem on Sun pueAun I81ouq CO OCH mar 0 20 90 C0 I urqinjyonipuooH op ur 1 Zi en we Zunjpuemumarsioug 10 Z0 90 0 D 211 malen 21120 IPSJ F gt Ge gt a SULIEMISNLO A On On ZION sur u st dsurq 0 11 0 Surqamyyon pfonIM Jop ur Sun pueaum r8i uq Z0 20 90 0 tromnetz Kraftwerksbetrieb Stoff und Energies Abbildung 31 91 Das Stoff und Energiestromnetz ist aus 19 Transitionen und 45 Stellen aufgebaut Sechs davon liefern Inputs in das Netz 11 sind Output Stellen und 28 Verbindungsstellen Mehr als 70 Stoff und Energiestr me verbinden die Transitionen und Stellen miteinander 5 4 2 Prozessmodelle
13. z Jasse plxospAyuasi3 sayosijexly MIY Eu us ejueyeyas H ma pneq Bsq 13 g jeueyyneinz ebejuesbunjeseqjneossemyuUL uone si isop ines USYJOMIYNY HU USYISAUYIIUWINIEM usdwndwwejysspe uoy ueduundyoyjiwyjey ueyoeqsbunyo0 4 Bel ue1j isoq WH3 usdwndisssemsgqsuag u duind WAV usylsemuyung HU Ua499q MIV yromduind MIV BYES z Sep L SYBNS Bunpesaqyneyoyiuyjey UDI GJOl YOSUID solls u uunigq z u uunig u uunig e ueyoeqpuny ES usgyeng u uonepIxouas 3 y s w y y Y omneginejuig uoyeJuswipes ueyoeqpuny Deppmbbee a Kli Abbildung 13 GWRA schematisch nach Vattenfall 10 2006 36 3 4 5 Emissionsvermeidung Gewinnung F rderung und Verkippung im Tagebau verursachen Staub und L rmemissionen Staubemissionen entstehen haupts chlich bei Trockenheit oder Wind auf den Kippenfl chen Um die Staubfracht die aus den Tagebauen herausgetragen wird m glichst gering zu halten werden neben Schutzw nden und d mmen technische und landschaftsgestalterische Ma nahmen ergriffen e Installation von Bed sungseinrichtungen an Gro ger ten Ubergabestellen Antriebs stationen und Bandanlagen e Installation von Spr heinrichtungen an F rderwegen der Gewinnungs und Verkippungsseite e Installation von Spr hmasten oder Nebelkanonen e Benetzung der Kieswege innerhalb des Tagebaus e Ausbau des Wegenetzes mit Bitumen e Ei
14. Abscheiden und Verdichten 5 5 1 Stoff und Energiestromnetz Abscheiden und Verdichten von CO aus dem Reingasstrom sind als Subsysteme zweiter Ordnung dem Subsystem erster Ordnung 03 09 CO gt Abscheiden und Verdichten zugeordnet Hier werden zwei Subsysteme zweiter Ordnung in die Untersuchung einbezogen 03 09 01 Chemische Absorption und 03 09 03 CO gt Verdichten Beide Prozesse werden in einem separaten Stoff und Energiestromnetz abgebildet als Erg nzung zum Netz Kraftwerksbetrieb Die beiden Netze stellen zusammen das Teilsystem 03 Verstromung dar Der CO Massenstrom aus dem Reingasstrom verbindet die beiden Netze Aus dem Netz f r den Kraftwerksbetrieb wird der CO2 Massenstrom an das Netz CO gt Abscheiden und Verdichten weitergeleitet Das Stoff und Energiestromnetz CO2 Abscheiden und Verdichten umfasst zwei Transitionen vier Input zwei Output Stellen und eine Verbindungs Stelle Acht Stoff und Energiestr me verbinden Transitionen und Stellen Abbildung 36 zeigt das Stoff und Energiestromnetz CO2 Abscheiden und Verdichten CO2 aus dem Reingas elektrische Energie Emissionen N N J elektrische Energie CO2 zum Speichern f gt I e 03 09 01 Chemische Absorption 03 09 03 CO2 Verdichten Betriebsmittel MEA Abbildung 36 Stoff und Energiestromnetz f r das CO2 Abscheiden und Verdichten 5 5 2 Prozessmodelle In den folgenden Kapiteln werden die Prozessmodell
15. April 2009 ber die geologische Speicherung von Kohlendioxid und zur nderung der Richtlinie 85 337 EWG des Rates sowie der Richtlinien 2000 60 EG 2001 80 EG 2004 35 EG 2006 12 EG und 2008 1 EG des Europ ischen Parlaments und des Rates sowie der Verordnung EG Nr 1013 2006 In ABl L 140 vom 05 06 2009 S 114 Richtlinie 2008 98 EG ber Abf lle und zur Aufhebung bestimmter Richtlinien vom 19 November 2008 Abfallrahmenrichtlinie In ABl L 312 vom 22 11 2008 S 3 Richtlinie 2008 50 EG vom 21 Mai 2008 ber Luftqualit t und saubere Luft f r Europa Luftqualit tsrichtlinie In Ab L152 vom 11 06 2008 S 1 Richtlinie 2006 21 EG vom 15 M rz 2006 ber die Bewirtschaftung von Abf llen aus der mineralgewinnenden Industrie und zur nderung der Richtlinie 2004 35 EG Bergbauabfallrichtlinie In ABl L 102 vom 11 04 2006 S 15 Richtlinie 2006 118 EG des Europ ischen Parlaments und des Rates vom 12 Dezember 2006 EU Grundwasserrichtlinie zum Schutz des Grundwassers vor Verschmutzung und Verschlechterung In ABl L 372 vom 27 12 2006 S 19 156 Richtlinie 2004 8 EG vom 11 Februar 2004 ber die F rderung einer am Nutzw rmebedarf orientierten Kraft W rme Kopplung im Energiebinnenmarkt und zur nderung der Richtlinie 92 42 EWG In ABl L 52 vom 21 02 2004 S 50 Richtlinie 2003 54 EG des Europ ischen Parlaments und des Rates vom 26 Juni 2003 ber gemeinsame Vorschriften f
16. Distickstoffmonoxid Diesel kg a Schwefeldioxid Diesel kg a Staub Diesel kg a Restluft Diesel kg a Dieselabgas Massenstrom kg a 5 3 Grubenwasserreinigung 5 3 1 Stoff und Energiestromnetz Die Grubenwasserreinigung GWR wird innerhalb des Teilsystems 01 bergbauliche Gewinnung dem Subsystem erster Ordnung 01 10 Wasserwirtschaft zugeordnet Die GWR umfasst zehn Prozesse die als Subsysteme zweiter Ordnung definiert sind 01 10 04 Zulauf 01 10 05 Druckbel ftung 01 10 06 Mikrobiologische Eisen I Umwandlung 01 10 07 Chemische Eisen II Oxidation durch Neutralisation und Bel ftung 01 10 08 Flockung 01 10 09 Sedimentation 01 10 10 Ablauf ber Ablaufbauwerk 01 10 11 F rdern 01 10 12 Kalkmilchaufbereitung und 01 10 13 Bereitstellung von Betriebswasser Abbildung 29 zeigt das in Umberto erstellte Stoff und Energiestromnetz Grubenwasser reinigung Es umfasst insgesamt 14 Transitionen Quadrate in denen die einzelnen Prozesse beschrieben werden und 15 Stellen Kreise die der Verbindung der einzelnen Prozesse dienen Drei davon sind Port Stellen die ein Subnetz einbinden Das Netz hat neun Input Stellen und f nf Output Stellen 77 MEY Fosse My prxospAquastg sayosteyTy urtup u5s13eluo y uoA Zuni ynpyony a Hiopio TT OTTO N UONEZJUIUIPIS TOSSe MUTOY ett OI 10 JOSSE MSAN UOA
17. Einfl sse anderer Rauchgaskomponenten auf die Entschwefelung bleiben unber cksichtigt F r die Berechnung der Massenstr me wird der Abscheidegrad Ts f r SO ber cksichtigt Mcaco REA caco so Tso IlpAG so Gl 140 Mew rea Gu o so Tso IlpAG so Gl 141 ge wen GI 142 Hro mit Deen REA Bedarf an Kalk kg a Acaco SO Koeffizient fiir die Bestimmung des Kalkbedarfs kg kg Tso Abscheidegrad f r SO gt aus dem Rauchgas Mrac so SO2 Massenstrom im Rauchgas kg a nach Gl 68 Kapitel 5 4 2 3 Maw REA Betriebswasserbedarf kg a 40 50 Koeffizient f r die Bestimmung des Betriebswasserbedarfs kg kg ME REA Luftbedarf kg a Qo so Koeffizient f r den st chiometrischen Sauerstoffbedarf kg kg HLo Massenanteil an Sauerstoff in trockener Luft Die Menge des entstehenden Gipses Kalziumsulfat Dihydrat wird mit Gl 143 berechnet Mcaso x2H 0 amp cas0 x2H 0 so Tso RaG so Gl 143 mit Mcaso x2n o Massenstrom Gips kg a Qcaso x2H 0 so Koeffizient f r die st chiometrische Gipsentstehung kg a 113 Bei der Reinigung des Rauchgases in der REA ver ndern sich die Massenstr me seiner Komponenten SO gem Gl 144 CO gem Gl 145 und N gt gem Gl 146 Das gereinigte Rauchgas wird nach der Rauchgasreinigung als Reingas bezeichnet Hiere so 1 Tso IRkAG so Gl 144 Merrgco rac co amp co s0 Tso MRaG so GI 14
18. K hlwasser K hlwasserpumpe Kraftwerk Luft RAGK RBK REG RK RL RW SD SO SO ST st ch SW SWP TGB TH TU VB VD VDT VL VW VWL waf WD ZF ZU Rauchgask hlung Rohbraunkohle Rauchgas entschwefelungsanlage Reingas R ckk hlung Restluft Reinwasser Schwefel Sch ttdichte Schwefeldioxid Sulfat Staub st chiometrisch Speisewasser Speisewasserpumpe Transformator Tagebau thermisch Turbinen berhitzer Vorschnittbetrieb Verbrennung Verdampfen Verdichten Verlust Luftvorw rmung vorgew rmte Luft Wasser wasser und aschefrei Wasserdampf Zerkleinerung Zugf rderung Zwischen berhitzer 167 168 12 Anhang 12 1 Kennzahlen fiir die Auswertung Tabelle 23 Kennzahlen fiir die Bewertung der nicht intendierten Outputs aus dem Tagebau betrieb bezogen auf 1 t Rohbraunkohle Inputs bezogen auf 1 t RBK Nicht intendierte Outputs bezogen auf 1 t RBK Egy 2 78 kWh t 15 7 Varv 1 0 m t Ey 6 52 kWh t 36 9 VARB 6 0 m i V n rGB 7 0 m t Eye 2 56 kWh t 14 5 Kong 5 44 m t Egor 1 41 kWh t 8 0 Vorw 1 16 m t Veier 6 60 m3 t Hien o 12 1 g t Ex ree 3 62 kWh t 20 5 Msr G 25 mg t EE ore 0 78 kWhit 4 4 Mgr y 19 mg t Ex rep 17 67 kWh t 100 0 arr 114 mg t Msr TGB 158 mg t Dina co 0 41 kg t Mp 0 13 kg t Mpa co 1 2 g t Mm 1 24 kg t Dina cn 17 mg t MDA NOx 5 3 git MpA N 0 17 mg t Mpa nmvoc 17 mg t Tip SO 0 42 g t ee
19. R Ewringmann D Koch L Th ne M Praktische Anwendung der Methodenkonvention M glichkeiten der Ber cksichtigung externer Umweltkosten bei Wirtschaftlichkeitsrechnungen von ffentlichen Investitionen Z rich K ln 2007 http www umweltdaten de publikationen fpdf 3194 pdf abgerufen am 22 09 2009 Merten D K hndelt H Braunkohlenhewinnung und Braunkohlenbrikettierung in den neuen Bundesl ndern Daten f r die Jahre 1999 2005 2020 Forschungszentrum J lich 1994 IKARUS Instrumente f r Klimagas Reduktionsstrategien Nr 3 05 Mila i Canals L Bauer Ch Depestele J Dubreuil A Freiermuth Knuchel R Gaillard G Michelsen O Miiller Wenk R Rydgren B Key Elements in a Framework for Land Use Impact Assessment Within LCA In International Journal of Life Cycle Assessment 12 2007 1 S 5 15 Moller A Grundlagen stoffstrombasierter Betrieblicher Umweltinformationssysteme Bochum Projekt Verlag 2000 M ller A Berechnungsverfahren unter Umberto A In Schmidt Mario H uslein Andreas Hrsg Okobilanzierung mit Computerunterst tzung Produktbilanzen und betriebliche Bilanzen mit dem Programm Umberto Berlin u a Springer 1997 S 115 130 Miller D Klimaschutz durch Innovation Das CCS Projekt von Vattenfall In Mensch amp Technik 15 2009 I S 10 11 M ller V Konventionelle Aufbereitung von Eisenhaltigen Grube
20. Reinigen von Bandanlagen Br ckenf rderung R cken der F rderbr cke F rderung mit mobilem Ger t Kombiger t Diskontinuierliche F rderung mit SKW Diskontinuierliche gleisgebundene Zug F rderung R cken von Gleisanlagen Gebirgssicherung Gebirgssicherung mit Ausbau Gebirgssicherung mit Ankern Gebirgssicherung mit Versatz 01 06 01 06 01 01 06 01 01 01 06 01 02 01 06 01 03 01 06 01 04 01 06 02 01 06 02 01 01 06 02 02 01 06 02 03 01 06 02 04 01 06 03 01 06 03 01 01 06 03 02 01 06 03 03 01 06 03 04 01 06 04 01 06 04 01 01 06 04 02 01 06 04 03 01 06 04 04 01 06 05 01 06 05 01 01 06 05 02 01 06 05 03 01 06 05 04 01 07 01 07 01 01 07 02 01 07 03 01 07 04 01 07 05 01 07 06 01 08 01 08 01 01 08 01 01 01 08 01 02 01 08 01 03 01 08 02 01 08 02 01 01 08 03 01 08 03 01 01 08 03 02 01 08 04 01 08 04 01 01 09 01 09 01 01 09 01 01 01 09 01 02 01 09 01 03 01 09 02 Materialtransport Transport tibertage Transport mit mobilem Ger t Transport mit Ziigen Transport mit Gurtf rderer Transport in Rohrleitungen Transport im Schacht Transport mit F rdermaschine Transport mit Wagengestell Transport mit Gef Skip Transport in Rohrleitungen Transport im Stollen Transport mit mobilem Ger t Transport mit Z gen Transport mit Gurtf rderer Transport in Rohrleitungen Transport untertage Transport mit mobilem Ger t Transport mit Z gen Transport mit Gurtf rderer Transport in Rohrleitungen Tr
21. Rohbraunkohle wird an der Abnahmestelle meist in Bunker z B Hochbunker oder Graben bunker entladen bzw verkippt Der gegen ber der Rohbraunkohle in wesentlich gr eren Massenstr men gef rderte Abraum wird auf Kippen verkippt bzw verst rzt Kippen k nnen unterschieden werden nach ihrer rtlichen Lage in Au en und Innenkippen Hoch und Tiefkippen sowie Halden nach ihrem Zweck in Hauptkippen Vorkippen St tzkippen Sonderkippen und Vorratskippen sowie nach ihrer technischen Ausr stung Bei Einsatz von Abraumf rderbr cken sind Gewinnungs und Verkippungsger te ber die Bandbr cke direkt miteinander verbunden Zum Aufbau standsicherer Kippen verf gt die Br cke auf der Kippen seite ber mehrere Abwurfstellen Strzodka u a 1979 Niemann Delius amp Stoll 2009 3 4 4 Wasserwirtschaft Zur Freihaltung der Lagerst tte bzw f r einen sicheren Tagebaubetrieb wird bereits vor seinem Aufschluss der Grundwasserspiegel mittels Filterbrunnenentw sserung gro r umig abgesenkt W hrend des Tagebaubetriebs werden zur Abriegelung seitlicher Wasserzufl sse Randriegel brunnen betrieben Der Entw sserungsvorlauf vor aktiven Baggerschnitten wird durch Feldesbrunnen das sind Filterbrunnen im Vorfeld des Tagebaus gesichert Wenn es erforderlich ist werden zus tzlich Sohlenbrunnen im offenen Tagebau betrieben Die Grund wasserabsenkung kann nicht auf den Tagebauraum begrenzt werden Sie hat Auswirkungen auf Wasserwirtschaft und Land
22. a 89 5 4 Kr ftwerksbetrieb yas cite pauk ul abi sin eae 90 5 4 1 Stoff und Energiestromnetz l an niii a 90 54 2 Prozessmodell e2Ju s s susan mr Na NE Os MUR ahnen 92 5 4 2 1 Bekohlu e eege ara al 92 5 4 2 2 Feinzerklemerung enion essen aha Sect Nhi SEA 93 5 4 2 3 Verbrenne oe hk Masel habeas ia 94 5 4 2 4 LE ftvorw rmuns u 22200 80 sl eked esha EE 4 GY 98 5 4 2 5 Da mprerZ Gu TEE 100 5 4 2 6 PpelsewasservOtrw rmung n nunana 103 5 4 2 7 Energieumwandlung in der Turbogruppe esssssesssessssssssseessressesseessressresseeso 105 5 4 2 8 Bereitstellen von Blekttoenergie nennen 107 5 4 2 9 Rondgang n nanaawan as qan ui 109 3 4 2 10 K hlung 228er ase 110 3 42 11 Ra Wchgasrelnigune defteg SDS Hl EEN eet ee 111 5 4 3 Inputs und Outputs beim Kraftwerksbetrieb 115 5 5 CO Abscheiden und Verdichten 117 5 5 1 Stoff gt tnd Energiestromnetz ss u a a aap apu asua aa 117 KGR Ee EE 117 5 5 2 1 CO 52ADsSChemWena eerste Su Q Shui a aus 117 5 5 2 2 LE RENE E E 119 5 5 3 Inputs und Outputs beim Abscheiden und Verdichten von CO 119 VII 6 Fallbeispiele fiir die Berechnung nicht intendierter Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle AAA 121 6 1 Braunkohlentagebau mit Direkt Nersturz System 121 6 1 1 Allgemeine Beschreib
23. berechneten Kennzahlen f r Vergleiche verschiedener Tagebaue und Kraftwerke herangezogen werden und eventuell einem Benchmarking innerhalb der Branche dienen 148 8 Literaturverzeichnis Ahbe S Braunschweig A M ller Wenk R Methodik f r kobilanzen auf Basis kologischer Optimierung Bern 1990 Schriftenreihe Umwelt Nr 133 Bundesamt f r Umwelt Wald und Landschaft BUWAL Ant n A Castells F Montero J I Land use indicators in life cycle assessment Case study The environmental impact of Mediterranean greenhouses In Journal of Cleaner Production 15 2007 5 S 432 438 Arnold I Rolland W Braunkohlenbergbau in sensiblen Naturr umen Schutz und Ausgleichsma nahmen der Vattenfall Europe Mining AG exemplarisch dargestellt f r die Tagebaue Cottbus Nord und J nschwalde In World of Mining Surface amp Underground 57 2005 6 S 383 389 Asmus S Dose T CO Speicherung im tiefen Untergrund A In World of Mining Surface amp Underground 60 2008 5 S 294 303 Asmus S Thielemann T Entstehung Lagerst tten Hauptf rderl nder In Stoll R D Niemann Delius Ch Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Heidelberg Springer 2009 Baehr H D Kabelac S Thermodynamik 14 Aufl Dordrecht Heiderberg London New York Sprin
24. der Absorbersuspension Kalksteinw sche Gipsentw sserung Ammoniakw sche Abwasserreinigung Entstickung SNCR Verfahren SCR Verfahren Wasserabscheidung Tropfenabscheider Abgask hlung CO Abscheiden und Verdichten Chemische Absorption Rauchgask hlung CO Absorption Desorption Regeneration des Absorptionsmittels Waschmittel Physikalische Absorption Rauchgask hlung CO Absorption Desorption Regeneration des Absorptionsmittels Waschmittel CO Verdichten Wasserwirtschaft Speisewasserversorgung aus Wasserhaltung Tagebau oder Entnahme aus Oberfl chengew sser oder Grundwasser Speisewasseraufbereitung K hlwasserversorgung K hlwasseraufbereitung Abwasserreinigung Reinigung technologischer Abw sser Entw sserung z B Asche oder Gips Sedimentation Filtration Sedimentation Kl rung Betriebskl ranlage 03 10 06 03 10 07 03 11 03 11 01 03 11 02 03 12 03 12 01 03 12 01 01 03 12 01 02 03 12 02 03 12 02 01 03 12 03 03 13 03 14 03 14 01 03 14 02 03 14 03 03 14 04 03 14 05 Wasserforderung Ableitung in den Vorfluter Bereitstellen von Elektroenergie Einspeisen ins Stromversorgungsnetz Eigenbedarfsversorgung Lagern Bevorraten Verladen Lagern Lagern auf Halden Deponierung im Tagebau Bevorraten Bevorraten in Bunkern Verladen Reparatur Instandhaltung Betrieb der Gesamtanlage Betrieb des Kesselhauses Feuerung und Dampferzeugung Betrieb der Maschinenhalle Turbogrup
25. ng o n an su nb ageveca dees EEN apu ee 121 6 1 2 Modellparam eters u u B en Rare eigene q gate edie 123 0 13 EE 124 6 2 EU EE ET 126 6 2 1 Allgemeine Beschreibung nee nenne 126 6 22 Modellpar iieter u u 22 2288 areas edd ee 127 6 2 3 Ergebnissen MER E det ER EESE 129 6 3 Verstromung in einem konventionellen Dampfkraftwerk 131 63 1 Allgemeine Beschreibung a een ea ren 131 6 3 2 M dellpar meter erunstinsesuskiniustkiesiiiinehbunelnnnelkunellinshlsn 131 6 3 3 Ergebnisse en aaa rl RE frei 136 6 4 CO gt Abscheiden und Nerdchten ee eenenennnenennnnnnnnnennnnnnnnnnenenenenenenenn 139 6 4 1 Allgemeine Beschreibung 139 64 2 Modell parameterizrc ctsscsaczseisseersinccchestgsadecas esiet Eun eee neei ie a inea i eai Eain 140 64 3 reg bt See tere aqa au E E hana uqu O ee S 140 6 5 Auswertung und Diskussion 2 un qasasqa qia nssqa usshs q elbyraaqaksiyqas 141 7 Zusammenfassung und Ausbleck 147 S Literaturverzeichins 2 a 28 Br Rn 149 9 Abkldugoessverzerchs Eed hie huu cc ee Sek Das q ln Lee ai Sas 161 10 Fabell nverzetc E 163 11 Symbolverze ichmis g t Side cases cated stds a uha i ed deaeteees 165 12 Anhan amp u n h ie a cr RL I EIER 169 12 1 Kennzahlen f r die Ausgwertung cic ee eeccseeeeeeeeseeeseecaeecsaecaeceaecesecsseeseeeseeeeneees 169 12 2 bersicht ber die Subsysteme und Elemente f r das Gesamtsystem VIII Gewinnun
26. 02 02 03 05 02 03 03 05 03 03 05 03 01 03 05 03 02 03 05 04 03 05 04 01 03 05 04 02 03 05 04 03 03 05 05 03 05 05 01 03 05 05 02 03 06 03 06 01 03 06 02 03 06 02 01 03 06 02 02 03 06 02 03 03 06 03 03 06 04 Sauerstoffzufuhr Ansaugen von Frischluft Prim r und Sekund rluft Luftzerlegung F rderung mit Gebl se Luft Vorw rmung Zuteilung Dosierung und Zufuhr mit Brenner Rauchgasrezirkulation Verbrennung Rostfeuerung Staubfeuerung Wirbelschichtfeuerung Zyklonfeuerung Austrag der Verbrennungsr ckst nde Absaugen der Rauchgase Rauchgask hlung Entschlackung trocken oder nass Entaschung Filtration bei Nassentschlackung Transport der Asche K hlung der Asche Lagerung der Asche Deponierung der Asche im ausgekohlten Tagebau Mitverbrennung von Kl rschlamm Mitverbrennung von Tiermehl Dampferzeugung W rmeaustausch Verdampfen berhitzen Zwischen berhitzen Speisewasservorw rmung Druckerh hung mit Speise wasser pumpe Speisewasservorw rmung im Economizer Mehrstufige Vorw rmung Wasser Dampf Trennung Wasser Dampf Trennung mit Trommel Wasser Dampf Trennung mit Abscheidezyklon Reinigung der Heizfl chen Entfernen der Bel ge mit Luftstrahlen Entfernen der Bel ge mit Wasserstrahlen Entfernen der Bel ge mit Dampfstrahlen Speisewasseraufbereitung Entgasen Entsalzen z B durch Ionenaustausch Energieumwandlung in der Turbogruppe Energieumwandlung in Gasturbinen Energieumwandlung in Da
27. 1 Konventionelle Dampfkraftwerke Die klassischen Kraftwerke zur Stromerzeugung sind Dampfkraftwerke Bei ihnen wird die W rme des bei der Verbrennung von Kohle mit Luft entstehenden hei en Rauchgases dazu genutzt Dampf zu erzeugen und diesen zu berhitzen Die thermische Energie des Dampfes wird in der Dampfturbine in mechanische Energie Rotationsenergie umgesetzt Die Rotations energie wird mit Hilfe von Generatoren in elektrische Energie umgewandelt Der entspannte Dampf wird in einem K hlsystem kondensiert und in fl ssiger Phase wieder dem Dampf erzeuger zugef hrt Speisewasserkreislauf Ein Teil der bei der Stromerzeugung entstehenden W rme kann zur Fernw rmeversorgung genutzt werden Kraft W rme Kopplung Das entstehende Rauchgas wird in mehreren Schritten gereinigt und abgek hlt Alle ablaufenden Umwandlungsprozesse sind mit Verlusten behaftet Zur Wirkungsgradsteigerung von Braunkohlenkraftwerken auf zurzeit maximal 43 haben in den letzten Jahren eine ganze Reihe von Ma nahmen beigetragen wie z B Abgasw rmenutzung Anhebung der Dampf zust nde Druck und Temperatur Prozessoptimierung bei der Dampferzeugung Einsatz moderner Dampfturbinen und die Verringerung des Eigenbedarfs der Kraftwerke Der derzeitige Stand der Staubfeuerungs Technik ist in Braunkohlenkraftwerken mit optimierter Anlagentechnik BoA mit jeweils ca 1 000 MW Leistung repr sentiert die z B in der Lausitz Standort Boxberg in Mitteldeutschland Stan
28. 124 kJ a E E K P Hilfsenergie f r den Betrieb der K hlwasserpumpe kJ a KWh a 110 k p Wirkungsgrad der K hlwasserpumpe Ov K P Verlust W rmestrom der K hlwasserpumpe kJ a 5 4 2 11 Rauchgasreinigung Die Rauchgasreinigung umfasst in einem konventionellen Braunkohlenkraftwerk Staub abscheiden und Entschwefelung in der Rauchgasentschwefelungsanlage REA die als Sub systeme zweiter Ordnung betrachtet werden 03 08 02 Staubabscheiden und 03 08 03 Rauchgasentschwefelung Unter Staub wird hier die Flugasche im Rauchgasstrom verstanden Die Korngr enverteilung von Braunkohlenflugaschen kann mit einem Intervall von x 9 4 bis 15 um und x99 180 bis 240 um angegeben werden Landwehrs et al 2004 Elektrofilter weisen fiir Partikelgr en x gt 10 um Abscheidegrade von mehr als 99 5 auf Kugeler 2001 F r die Berechnung des Staubabscheidens im Modell wird in diesem Zusammenhang vereinfacht ein konstanter Ab scheidegrad Tgr f r alle Partikelgr en der Flugasche angenommen Damit wird der Massen strom an abgeschiedener Flugasche Filterasche nach Gl 130 berechnet Ein Teil der Flugasche verbleibt als nicht intendierter Output im Rauchgasstrom GI 131 Mra er Ter pA EF In Gl 130 Meg EF Ou 1 T ep Mea EF Im Gl 131 mit Mra Er Filterasche Massenstrom abgeschiedene Flugasche kg a Cop Abscheidegrad des Elektrofilters MFA Er ia Flugasche Massenstrom vor Staubabscheiden
29. 2 H20 gt 95 Wasserl sliche Magnesiumsalze MgO lt 0 10 Wasserl sliche Natriumsalze Na20 lt 0 06 Chloride Cl lt 0 01 Kalziumsulfat Halbhydrat CaSO x 1 2 H20 lt 0 50 pH Wert 5 9 Farbe wei Geruch neutral Toxische Bestandteile keine 1 Die Herabsetzung des Kalziumsulfat Dihydrat Anteils durch inerte Bestandteile ist f r verschiedene Anwendungsf lle nicht nachteilig 2 Abh ngig von der Verwendung des REA Gipses und den jeweiligen Fertigprodukten k nnen unterschiedliche Farbwerte gelten 3 6 7 CO Abscheiden Mit carbon capture and storage CCS werden die Technologien der CO gt Abscheidung und CO Speicherung bezeichnet Sie sollen die Nutzung fossiler Brennstoffe zukunftsf hig machen und gleichzeitig dazu beitragen politisch angestrebte Klimaschutzziele und dabei vorrangig die Verminderung der CO2 Emissionen zu erreichen Voraussetzung f r eine Sequestrierung von CO im Untergrund ist seine Abscheidung in den Kohlekraftwerken Durch die Abscheidung von CO aus dem Rauchgasstrom erh ht sich der Eigenenergiebedarf eines Kraftwerks was zu einer Verringerung seines Wirkungsgrades f hrt d h der Brennstoffverbrauch zus tzlicher Ressourcenverbrauch bezogen auf die bereitgestellte elektrische Energie eines Kraftwerks nimmt zu und damit auch die freigesetzte CO2 Menge die abgeschieden werden muss Dazu kommt dass der Energieaufwand f r die Abscheidung umso gr e
30. 6m 1 Grubenwasser gt Mawes Zune i 1 Tagebaubetrieb reinigun gt My 3 25kg imp 1 37k sung im 0 38kg Mpa b g D A i AEW SO2 Ser i FU 0 120 m i Sun eee i M AEW Fe OH 2 76kg im aew 202 0kg Ep owr 0 4KWh mag 5 022 89k spe sn 0 03kg Oe 3 990 0MJ imar 8 34kg m yp 4 057 60kg ee lt x Nu 119 443 maen 33 33kg i Kraftwerks i Vaw rea 0 01m3 iAH ga Er 3 6MJ i betrieb Nu 119 44m Nw 35 5 i Mra 14 44kg SAH i pe 2 5188MJ e e 35 71kg u Meaco rea 20 76kg Oe 87L7MI Abbildung 39 Inputs und Outputs im Fallbeispiel 1 142 Neben den Inputs und den nicht intendierten Outputs der beiden Teilsysteme kann Abbildung 39 entnommen werden dass mit dem Gesamtsystem der Gewinnung und Verstromung von t Rohbraunkohle unter Beriicksichtigung des Energiebedarfs f r den Tagebaubetrieb inklusive der Grubenwasserreinigung insgesamt 835 1 kWh an elektrischer Energie Ech bereitgestellt werden k nnen Daraus wird f r das Gesamtsystem der Netto Wirkungsgrad nero nach Gl 154 berechnet Egr F EE ToB H Mppx 100 Gl 154 7 Netto 1 mit D Netto Netto Wirkungsgrad des Gesamtsystems Fallbeispiel 1 Esr vom Kraftwerk bereitgestellte elektrische Energie kWh Eg rcg Energieverbrauch des Tagebaubetriebs kWh Ep gwg Energieverbrauch der Grubenwasserreinigung kWh H unterer Heizwert der Rohbraunkohle kWh t Mppg im Kraftwerk ve
31. Anhang 1 TEHG sind die Emissionen T tigkeiten und Anlagen aufgelistet die am Emissionshandel teilnehmen m ssen Die zentrale Frage des Emissions handelsrechts die Zuteilung von CO gt Emissionszertifikaten ist in einem gesonderten Gesetz geregelt das jeweils nur f r eine Handelsperiode gilt Die ma geblichen Zuteilungsregeln f r die aktuelle zweite Handelsperiode 2008 2012 sind im Zuteilungsgesetz 2012 ZuG 2012 und in der Zuteilungsverordnung 2012 ZuV 2012 mit Grandfathering und Benchmarks festgelegt Sie setzen den Nationalen Allokationsplan NAP rechtlich um Nationale Allokationspl ne sind keine eigenst ndigen Rechtsvorschriften sondern von der Europ ischen Kommission genehmigte Pl ne der am Emissionshandel teilnehmenden Staaten Das ZuG legt fest welche Mengen CO die betroffenen Sektoren der Industrie und Energiewirtschaft in einer Handelsperiode insgesamt aussto en d rfen Es enth lt die Regeln nach denen jede einzelne emissionshandelspflichtige Anlage kostenlose CO Emissions zertifikate erh lt Abschnitt 3 ZuG 2012 Die Zuteilung entscheidet dar ber ob ein Unternehmen CO gt Emissionsberechtigungen verkaufen kann bzw hinzukaufen oder den CO gt Aussto verringern muss Das ZuG wird durch die ZuV konkretisiert z B im Hinblick auf das Antragsverfahren und die Einzelheiten der Zuteilungsregeln und des Zuteilungsanspruchs F r Neuanlagen und f r bestehende Anlagen der Energiewirtschaft erfolgt die Zutei
32. Bergrecht und Umweltrecht geben die Rahmenbedingungen f r den Bergbau vor Bei der Erzeugung elektrischer Energie sind insbesondere Energiewirtschafts und Umweltrecht sowie Immissionsschutz Klimaschutz und Emissionshandelsrecht zu ber ck sichtigen Die wichtigsten gesetzlichen Gesetze und Verordnungen und untergesetzlichen Regelwerke sind im Folgenden aufgef hrt Ohne dass alle Regelungen im Detail beschrieben werden soll ein Eindruck ber die in Deutschland zu ber cksichtigenden Vorschriften innerhalb der genannten Rechtsbereiche vermittelt werden Die vorsorgende Sicherung sowie das geordnete Aufsuchen und Gewinnen standortgebundener Rohstoffe fallen nach 2 Abs 2 Nr 4 des Raumordungsgesetzes ROG in den Aufgaben bereich der Raumordnung Au erdem ist den r umlichen Erfordernissen f r eine kosten g nstige sichere und umweltvertr gliche Energieversorgung einschlie lich des Ausbaus von Energienetzen Rechnung zu tragen In den Landesgesetzen m ssen dazu Vorrang und Vorbehaltsfl chen f r die Rohstoffgewinnung ausgewiesen werden Bei Neuvorhaben geht den bergrechtlichen Genehmigungsverfahren ein Raumordnungsverfahren voraus Da Braunkohlentagebaue in besonderem Ma e raumbeanspruchend sind haben sich die davon betroffenen Bundesl nder in ihren Raumordnungs und Landesplanungsgesetzen weitere Vorschriften f r die Braunkohlenplanung geschaffen Schmidt 2009 In den Bundesl ndern Brandenburg und Sachsen sind mit
33. Braunkohle nicht mit einbezogen da Braunkohle nicht wie Erze und Steinkohle aufbereitet wird Deshalb wird hier auf die Darstellung der entsprechenden Subsysteme und Elemente verzichtet Der Aufbau der hierarchischen Systemstruktur ist in Abbildung 3 dargestellt Zur besseren Handhabung der hierarchischen Systemstruktur wird eine vierstellige Codierung benutzt nach der Teilsysteme Subsysteme erster und zweiter Ordnung sowie Elemente jeweils mit einer zweistelligen Code Zahl eindeutig bezeichnet werden so dass eine eindeutige Zuordnung von Inputs und Outputs m glich ist Teilsystem 01 01 01 01 01 Element 01 01 01 02 Element 01 01 01 03 Element 01 01 02 01 Element 01 01 02 02 Element I I 01 01 02 0 0102 01 01 01 Subsystem 2 Ordnung 01 01 02 Subsystem 2 Ordnung 01 01 03 Subsystem 2 Ordnung 01 01 Subsystem 1 Ordnung 01 02 Subsystem 1 Ordnung 01 00 00 01 Element 01 n 00 01 Element 01 n 00 02 Element 01 n 00 n91 101 00 DI nu Subsystem 1 Ordnung Abbildung 3 Hierarchische Struktur am Beispiel des Teilsystems 01 Sowohl bei der Errichtung von Bergwerks und Aufbereitungsanlagen als auch bei ihrer Stilllegung inklusive R ckbau bei der Sicherung stillgelegter Bergwerke und Rekultivierung bzw Sanierung der genutzten Gel nde entstehen zahlreiche nicht intendierte Outputs Bei der entwickelten Methodik zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter
34. DEHSt 2008 http www dehst de cln_162 SharedDocs Downloads Publikationen Zuteilung2012__Auswert ung__Zuteilung templateld raw property publicationFile pdf Zuteilung2012_Auswertung_Zut eilung pdf abgerufen am 12 11 2008 150 DEHSt Deutsche Emissionshandelsstelle 1 Grundlagen des Emissionshandels Berlin DEHSt 2008 http www dehst de cln_153 nn_476210 DE Emissionshandel Grundlagen Grundlagen__node html __nnn true abgerufen am 04 04 2008 Drebenstedt C Betriebsmittel Betriebstechnik und Betriebsorganisation im Tagebau Kontinuierliche Abbausysteme im Tagebaubetrieb In Stoll R D Niemann Delius Chr Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Heidelberg Springer 2009 S 203 261 Dreizehnte Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutzgesetzes Verordnung ber Gro feuerungs und Gasturbinenanlagen 13 BImSchV vom 20 Juli 2004 In BGBl I S 1717 2847 zuletzt ge ndert durch Artikel 1 der Verordnung vom 27 Januar 2009 In BGBl IS 129 Effenberger H Dampferzeugung Berlin u a Springer 2000 Eiserman W Johnson P Congler W 1 Estimating thermodynamic Properties of Coal Tar and Ash In Fuel Processing Technology 1980 3 S 39 53 EPA Environmental Protection Agency Environmental Footprint and Costs of Coal Based Integrated Gasification Combined and Pulveri
35. Davon konnten nach Rekultivierung 59 einer Folgenutzung zugef hrt werden Merten amp K hndelt 1994 DEBRIV 2007 Maa en amp Schiffer 2009 Das Mitteldeutsche Revier erstreckt sich um Leipzig herum vom S dosten des Landes Sachsen Anhalt bis in den Nordwesten des Landes Sachsen Insgesamt lagern hier 10 Mrd t Braunkohle Die Tagebaue haben eine Teufe zwischen 80 und 120 m Die M chtigkeit der Fl ze liegt zwischen 10 und 30 m Wie im Rheinland werden va Bagger Band Absetzer Systeme eingesetzt Kapitel 3 3 2 Im s dlichen Teil des Reviers befindet sich in Sachsen Anhalt der Tagebau Profen und im Freistaat Sachsen der Tagebau Vereinigtes Schleenhain Hauptabnehmer der in den beiden Tagebauen gef rderten Rohbraunkohle sind die Kraftwerke Lippendorf und Schkopau Ausgepr gte Muldenstrukturen erfordern im Mitteldeutschen Revier neben dem Einsatz von kontinuierlich arbeitenden Bagger Band Absetzer Systemen den Einsatz mobiler F rdertechnik Dazu werden Fr swalzen Continuous Surface Miner vom Typ Easy Miner und Schwerlast kraftwagen SKW zur diskontinuierlichen Gewinnung der Rohbraunkohle aus Kessellagen und aus geringm chtigen Fl zen eingesetzt Den Einsatz der kleinen mobilen Flotte im Tagebau Profen beschreibt Chadwick 2008 ausf hrlich Im Tagebau Amsdorf Sachsen Anhalt wird Braunkohle mit hohem Bitumengehalt gewonnen Daraus wird Rohmontanwachs als Grundstoff f r viele Industriezweige hergestellt Die wirtschaftlic
36. Energiestrom steht nicht vollst ndig der Dampferzeugung zur Verf gung Mit einem Teil werden Feuerraum und Flugasche auf Feuerraumtemperatur aufgeheizt Die nderung ihrer Enthalpiestr me wird mit Gl 77 und Gl 78 ber cksichtigt Die hei e Feuerraumasche verl sst die Feuerung als nicht intendierter Output AH r Hy Hinne CHA Tr lu fa GI 77 AR aor Ua Mrge Cpa Tr Ty 1 fa Gl 78 mit AH AF Enthalpiestrom der Feuerraumasche kJ a AH RAG FA Enthalpiestrom der Flugasche kJ a Ma Ascheanteil an der Rohbraunkohle MpBK verfeuerte Rohbraunkohle kg a Cod spezifische W rmekapazit t der Asche kJ kgK Tr Feuerraumtemperatur K Tu Umgebungstemperatur K JA Anteil Feuerraumasche Au erdem muss das Rauchgas nach der Speisewasservorw rmung im Economizer noch eine Mindesttemperatur bzw die entsprechende Enthalpie aufweisen damit die Schwefel verbindungen nicht auskondensieren Mit Gl 79 l sst sich die Enthalpie bestimmen die dazu mindestens im wasser und aschefreien waf Rauchgasstrom verbleibt Auch das im Rauchgas enthaltene Wasser hat nach dem Economizer die Mindesttemperatur und damit eine definierte Enthalpie die mit Gl 80 berechnet wird Die Mindestenthalpie des Rauchgases wird demnach mit Gl 81 bestimmt AH pac waf min Mpac co rac co Mrac o rag Gl 79 Ti sue wo MpaG so p rag Lac min Ty AH en RAG H0 Ah C pwp TRAG min To Copa
37. Energiestromnetze Kraftwerksbetrieb und CO gt Abscheiden und Verdichten Fl chennutzung Braunkohlenplan 2002 Inputs und Outputs f r einen Braunkohlentagebau mit Direkt Versturz System Komponenten der Grubenwasserstr me M ller 2007 Janneck 2007 Ergebnis bersicht f r die Grubenwasserreinigung Zusammensetzung der Rohbraunkohle Fritsche et al 1994 Modellparameter f r einen unterkritischen Speisewasser Dampfkreislauf berechnet mit APWS IF97 2006 Spezifische Enthalpien des Kiihlwasserstroms Spezifische W rmekapazit ten verschiedener Stoffsysteme Brandt 1981 Ergebnis bersicht f r den Kraftwerksbetrieb Verdichtens von CO Fl chennutzung und Fl chenumwandlung durch die einzelnen Betriebsbereiche Inputs und Outputs fiir den Kraftwerksbetrieb mit Beriicksichtigung des Abscheidens und 16 25 25 27 27 46 76 89 93 115 119 122 125 126 129 131 133 135 135 136 141 145 163 Tabellen im Anhang Tabelle 23 Tabelle 24 Tabelle 25 Tabelle 26 Tabelle 27 164 Kennzahlen fiir die Bewertung der nicht intendierten Outputs aus dem Tagebaubetrieb bezogen auf t Rohbraunkohle 169 Kennzahlen fiir die Bewertung der nicht intendierten Outputs aus der konventionellen GWR bezogen auf 1 t Rohbraunkohle 170 Kennzahlen fiir die Bewertung der nicht intendierten Outputs aus dem Kraftwerksbetrieb bezogen auf 1 t Rohbraunkohle 171 Kennzahlen fiir die Bewertung der nicht
38. Herkunft und Zusammensetzung aller Stoff und Energiestr me grundlegende Voraussetzung Anfall und Zusammensetzung vieler Stoff und Energiestr me im Bergbau sind lagerst ttenabh ngig und nicht beeinflussbar Roherz Rohkohle Abraum Staub Grubenwasser etc Ihre Behandlung muss unter Umst nden erfolgen um die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften sicherzustellen Fl chennutzung und Fl chenumwandlung werden bisher nicht bewertet sollen aber zuk nftig ber cksichtigt werden Da die oben genannten Schwierigkeiten bei der Bewertung der Auswirkungen auf die Umwelt auch f r die Auswirkungen der Landnutzung gelten insbesondere hinsichtlich der Auswahl von Indikatoren und Referenzsystemen wird auf eine umfassende kologische Bewertung der Auswirkungen der Landnutzung verzichtet In die Bilanzierung werden die umgewandelten und genutzten Fl chen miteinbezogen und nach M glichkeit ihre Nutzungsart benannt Mit den nicht intendierten Outputs sollen die Stoff und Energiestr me bewertet werden die das Gesamtsystem verlassen und nicht Produktionsziel sind Zur besseren Anschaulichkeit wird das Gesamtsystem in mehrere Teilsysteme gegliedert die auch separat betrachtet werden k nnen Dabei sollen die Auswirkungen der nicht intendierten Outputs auf Mensch und Umwelt im Sinne einer Wirkungsabsch tzung die z B zur Quantifizierung eines Schadens notwendig w re nicht ber cksichtigt werden weil die Auswirkungen der einzelnen emittierten Stoff u
39. Hy rex A a Hit up Gl 70 Mpac no amp no n JN Tiens Gl 71 MAG O A 1 i Mo stich Gl 72 Map Sa Ha Maar fall Te Hc Meek GI 73 Mragra 1 fa Ha Mage 1 fa I Te Hc Mer GL 74 Mpag Mpac co Mrac co Mrac so MRraG H o 2 Gl 75 TmagaG N T IngAaG No T IngAG o RAG FA mit MraG K Komponenten Massenstr me im Rauchgas kg a Mra Rauchgas Massenstrom kg a Map Feuerraumasche kg a M RBK verfeuerte Rohbraunkohle kg a M vg zur Verbrennung ben tigte Luftmenge kg a a Koeffizienten f r die st chiometrischen Ums tze kg kg u Massenanteile der Inhaltsstoffe in der Rohbraunkohle und in Luft TC Ausbrandgrad fc fm fa Faktoren f r die Aufteilung der Stoffstr me 96 Der Energiestrom der der Verbrennung zugefiihrt wird setzt sich aus mehreren Anteilen zusammen aus der an die Rohbraunkohle gebundenen chemischen Energie dem Enthalpie strom des Ascheanteils nach der Zerkleinerung und aus dem Enthalpiestrom der mit der vorgew rmten Verbrennungsluft zugef hrt wird Der insgesamt zugef hrte Energiestrom wird nach Gl 76 berechnet Bea E Ei AH 4 7 AH yw Gl 76 mit Ex D der Verbrennung insgesamt zugef hrter Energiestrom kJ a E RBK chemischer Energiestrom der Rohbraunkohle G1 55 kJ a AH AZ Asche Enthalpiestrom nach Zerkleinerung Gl 60 kJ a AH can Enthalpiestrom der vorgew rmten Verbrennungsluft Gl 84 kJ a Der bei der Verbrennung freigesetzte
40. Mra EF Filterasche kg a t a AH PREF Filterasche Enthalpiestrom kg a t a Ve K hlwasser Volumenstrom m3 a AH Gite Enthalpiestrom des Ktihlwassers kJ a Mcaso x2H 0 Gips kg a t a Be Gen REA Betriebswasser m3 a Ork Abw rme aus dem K hlturm kJ a 115 ML REA Hie Ac REA Ex kw REA Luft kg a m a REA Kalk kg a t a Eigenenergiebedarf fiir Kraftwerksbetrieb MWh a Ou FZ Ove KE Ov vw Ou VD Ono Ong Ou SWP Ou ECO Ou HT Ou ur Ove i Ou GE Ov T Ov KUP Ou EF Ou RAGK Ou Verlust W rmestrom aus der Feinzerkleinerung kJ a Verlust W rmestrom aus der Kesseleinheit kJ a Verlust W rmestrom aus der Luftvorw rmung kJ a Verlust W rmestrom aus dem Verdampfer kJ a Verlust W rmestrom aus dem Uberhitzer kJ a Verlust W rmestrom aus dem Zwischen berhitzer kJ a Verlust W rmestrom aus der Speisewasserpumpe kJ a Verlust W rmestrom aus dem Economizer kJ a Verlust W rmestrom aus der Hochdruckturbine kJ a Verlust W rmestrom aus der Mitteldruckturbine kJ a Verlust W rmestrom aus der Niederdruckturbine kJ a Verlust W rmestrom vom Generator kJ a Verlust W rmestrom vom Transformator kJ a Verlust W rmestrom aus der K hlwasserpumpe kJ a Verlust W rmestrom beim Staubabscheiden kJ a Verlust W rmestrom bei Rauchgask hlung kJ a Verlust W rmestrom insgesamt kJ a 116 5 5 CO gt
41. Outputs bilden jedoch die Aufnahme der eigentlichen Produktion und die Stilllegung eines Bergwerkes die Schnittstellen f r die zeitliche Abgrenzung des Systems Der konkrete Betrachtungszeitraum betr gt jeweils ein Betriebsjahr Die bergabe verwertbarer Aufbereitungsprodukte wie z B Konzentrate oder gewaschene Kohlen an den Transport zu einem weiterverarbeitenden Betrieb wie z B H ttenwerke f r Metallkonzentrate oder Kraftwerke f r Kohlen bildet die r umliche Systemgrenze f r den bergbaulichen Produktionsprozess Als Ergebnis der Systemanalyse liegt ein hierarchisch strukturiertes prozessorientiertes Modell f r das verfahrenstechnische System Bergbaubetrieb vor Wie in Abbildung 3 dargestellt muss die Untergliederung nicht zwangsl ufig f r jeden Prozess Subsysteme erster zweiter Ordnung und Elemente beinhalten Die System bersicht im Anhang 12 2 als Zusammen stellung der Subsysteme und Elemente fiir die einzelnen Teilsysteme kann wegen der Komplexit t des betrachteten Gesamtsystems und seiner Teilsysteme nicht alle denkbaren M glichkeiten umfassen Auf Grund des Aufbaus seiner bereits vorgestellten Struktur und ihrer Codierung ist das System jederzeit erweiterbar Da im Einzelfall nicht alle in der System Ubersicht aufgefiihrten Prozesse zur Anwendung kommen werden fiir Fallstudien nur die jeweils vorhandenen Prozesse ausgew hlt und in das Stoff und Energiestrommodell fiir das zu untersuchende System integriert Der
42. Schwachstellen analyse unterzogen werden Gleichzeitig wird eine Priorit tenliste des Handlungsbedarfs erstellt R diger 2000 2 2 2 Bewertung der Landnutzung Es ist nicht m glich Bergbau im Allgemeinen und Tagebaue im Besonderen ohne Eingriff in die vorhandene Landschaft Siedlungs und Infrastruktur zu betreiben Die Gewinnung der Braunkohle im Tagebau bedeutet den Verlust der ber den abzubauenden Lagerst tten gewachsenen Kulturlandschaft ebenso wie den Verlust von B den und Gesteinen Dabei werden die Grundwasserverh ltnisse gest rt bis vollkommen ver ndert Pflanzen Pflanzengemein schaften und Tiere verlieren ihre Lebensgrundlage Aus Gr nden der technischen Realisier barkeit und Wirtschaftlichkeit m ssen die Lagerst tten m glichst weitgehend abgebaut werden Innerhalb ihrer Grenzen liegen h ufig Ortschaften die beim Abbau nicht ausgespart werden k nnen und somit umgesiedelt werden m ssen Zur Landnutzung werden zwei verschiedene Prozesse gez hlt zum einen die Fl chennutzung land occupation und zum anderen die Fl chenumwandlung land transformation Bei der Fl chennutzung ist neben der Ausdehnung auch die Zeitdauer der Nutzung f r einen bestimmten Zweck wie z B f r die Rohstoffgewinnung f r land oder forstwirtschaftliche Zwecke als Deponiestandort sowie als Wohn oder Gewerbegebiet wichtig Demgegen ber wird unter Fl chenumwandlung verstanden dass die Fl che innerhalb einer kurzen Zeit einer neuen Nut
43. Speisewasser Massenstrom werden als verlustfrei betrachtet und bleiben innerhalb der gesamten Dampferzeugung konstant Ein Teil des an den Rauchgasstrom gebundenen W rmestroms kann zur Dampferzeugung genutzt werden d h schrittweise zur Verdampfung Uberhitzung und Zwischeniiberhitzung des Dampfes und zur Speisewasservorw rmung im Economizer Ein anderer Teil der bei der Verbrennung freigesetzten W rmemenge bleibt im Rauchgasstrom enthalten vergleiche Gl 81 Die Gr e des erzeugten Dampf Massenstroms h ngt von dem aus der Verbrennung zur Verf gung stehenden nutzbaren W rmestrom des Rauchgases ab Zur Aufteilung des insgesamt nutzbaren Rauchgas W rmestroms auf die Verdampfung einerseits und auf berhitzung Zwischen berhitzung und Speisewasservorw rmung andererseits wird ein Faktor definiert Die Erzeugung des Dampf Massenstroms kann im Modell zus tzlich je nach zu untersuchender Kraftwerkskapazit t beschr nkt werden Eventuell bersch ssige W rme wird mit dem Rauch gasstrom abgef hrt 100 Der zur Verdampfung genutzte Anteil des W rmestroms aus der Verbrennung wird nach Gl 90 berechnet und der damit im Verdampfer erzeugte Dampf Massenstrom nach Gl 91 Die von der Flugasche abzugebende W rmemenge wird gleichm ig auf die vier Prozesse Verdampfen Uberhitzen Zwischen berhitzen und Speisewasservorw rmung aufgeteilt 1 Oy vp Qy vp Hl Finse Jun Gl 90 mit Ones nutzbarer W rmestrom aus der Verbrenn
44. Standort Schwarze Pumpe betreibt Vattenfall seit September 2008 eine Pilotanlage mit Oxyfuel Prozess und CO gt Abscheidung 30 MW Vattenfall plant zwischen 2013 und 2015 den Bau eines Demonstrationskraftwerkes 500 MW Leistung am Standort J nschwalde Dabei sollen zwei Verfahren zur CO Abscheidung zum Einsatz kommen auf Basis des Oxyfuel Prozesses und die CO Abscheidung aus dem Rauchgasstrom zur Nachr stung bestehender Kraftwerke In demselben Zeitraum ist der Bau eines weiteren Demonstrationskraftwerkes von Vattenfall in D nemark geplant Bis 2020 soll die auf dem Oxyfuel Prozess basierende Technik serienreif und kommerziell einsetzbar sein M ller 2009 Die kanadische CCPC Canadian Clean Power Coalition und andere kanadische Organi sationen haben bereits Studien und Tests mit Oxycombustion durchgef hrt Das US DOE US Department of Energy f rdert entsprechende Projekte Es gibt aber auch in Amerika bisher keine kommerzielle Anwendung der Oxyfuel oder Oxycombustion Technologie EPA 2006 In den folgenden Kapiteln werden die Hauptprozesse beim Betrieb eines konventionellen Braunkohlenkraftwerks beschrieben Zus tzlich zu den in Abbildung 14 dargestellten Prozessen werden dabei die CO Abscheidung aus dem Rauchgasstrom und die Verdichtung des abgeschiedenen CO als Voraussetzung f r seinen Transport ber cksichtigt 3 6 Hauptprozesse beim Betrieb eines Dampfkraftwerks 3 6 1 Brennstoffaufbereitung Die Bekohlung der
45. Systeminhalt wird bestimmt durch den Inhalt der einzelnen Elemente und deren Relationen zueinander Als Elemente werden hier Prozesse definiert die nicht sinnvoll weiter untergliedert werden k nnen Zu einem Element k nnen inhaltlich jeweils eine oder mehrere Maschinen Apparate und Ger te geh ren an denen bei Verf gbarkeit zuverl ssiger Daten die Bilanzierung der Stoff und Energiestr me erfolgt Ein einfaches Beispiel verdeutlicht dies in Abbildung 4 Input Output Haufwerk Rohf rdergut Energie elektrische Antrieb Staub Energie Kraftstoff etc Abgas Abluft Frischluft Olverlust rischlu f 01 03 04 02 Laden Abrieb Schmier und mit mobilem Ger t Abw rme Betriebsmittel L rm Abbildung 4 Inputs und Outputs f r das Element 01 03 04 02 Die Relationen mit denen die Elemente die Sub oder Teilsysteme miteinander verbunden werden sind die Stoff und Energiestr me Um die Erfassung aller relevanten nicht intendierten Outputs gew hrleisten zu k nnen werden die Stoff und Energiestr me m glichst vollst ndig bilanziert Entsprechend der oben beschriebenen Systemhierarchie kann die Bilanzgrenze je nach Datenlage einzelne Elemente oder Teile von Elementen Sub oder Teilsysteme sowie deren Verschaltungen umfassen Auf diese Weise kann das System beliebig genau beschrieben werden Bielig amp Kuyumcu 2009 1 2 2 1 2 Stoff und Energiestr me Elemente Sub und Teilsysteme sind ber die Stoff und Energiest
46. Ty T GI 80 AH RAG min AH RAG weit mie AH rac u 0 min Gl 81 97 mit AH RAGwaf min Mindestenthalpie des wasser und aschefreien Rauchgasstroms kJ a MraG K Massenstr me der gasf rmigen Rauchgaskomponenten kg a Cy RAG spezifische W rmekapazit t des Rauchgases waf kJ kgK TRAG min Mindesttemperatur des Rauchgases nach Economizer K Tu Umgebungstemperatur K To Bezugstemperatur K AH RAG H 0 min Ah Mindestenthalpiestrom des Wassers ohne FA kJ a spezifische Verdampfungsenthalpie bei der Bezugstemperatur kJ kg C wD spezifische W rmekapazit t des Wasserdampfes kJ kgK C H 0 spezifische W rmekapazit t von Wasser kJ kgK AH RAG min Mindestenthalpiestrom des Rauchgases nach Economizer kJ a Die im Rauchgas vorhandene W rmemenge die der Verbrennung zur Nutzung in der Dampferzeugung entnommen werden kann berechnet sich nach Gl 82 On vs Erp SS AH 7 Au Ge AH RAG min AH Fr AH AG FA Gl 82 wobei Ee nutzbarer W rmestrom des Rauchgases kJ a E BER chemischer Energiestrom der Rohbraunkohle Gl 55 kJ a AH AZ Enthalpiestrom der zugef hrten Asche Gl 60 kJ a AH ok Enthalpiestrom der vorgew rmten Verbrennungsluft Gl 84 kJ a AH RAG min Mindestenthalpiestrom des Rauchgases nach Economizer Gl 81 kJ a AH AF Enthalpiestrom der Feuerraumasche im Feuerraum Gl 77 kJ a AH RAG FA Enthalpiestrom der Flugasche im Feuerraum Gl 78 kJ a Der elektrische Energiebedarf
47. UBA und CML Methode werden die von emittierten Stoff und Energiestr men potentiell verursachten Umweltauswirkungen quantifiziert in dem sie Kategorien wie z B Wirkungs oder Schadenskategorien zugeordnet und dann zusammen gefasst werden Bei der Bewertung der Inanspruchnahme von Land bzw Fl chen steht insbesondere im Rahmen der kobilanzierung Wirkungskategorie Fl chenverbrauch auch die Bewertung der Auswirkungen dieser Inanspruchnahme auf die Natur bzw Umwelt f r die Dauer der Inanspruchnahme und dar ber hinaus durch eine Ver nderung der Qualit t der Fl che im Vordergrund Eine solche Bewertung setzt nicht nur detaillierte Kenntnisse ber die Region sondern auch ber die Nutzung der betroffenen Fl chen vor und nach der Inanspruchnahme voraus Ein Problem besteht daher in der weltweiten Verf gbarkeit der f r eine solche Bewertung notwendigen Daten Es ist unstrittig dass Landnutzung bzw Fl chenverbrauch durch Land und Forstwirtschaft Bergbau sowie die Erschlie ung von Wohn und Industrie gebieten Biodiversit t und Bodenqualit t hinsichtlich der lebensunterst tzenden Funktionen des Bodens ver ndern nat rliche Funktionen im Sinne des 2 Bundes Bodenschutzgesetz Es gibt noch keine weithin akzeptierte Methode zur Bewertung der Auswirkungen der Landnutzung Zur konomischen Bewertung von Stoff und Energiestr men eignen sich besonders die stoff und energiestromorientierten Kostenrechnungsans tze die bisher noch
48. Unterst tzung von Umweltmanagement und kobilanzierung sind zahlreiche Software Pakete und Datenbank Systeme auf dem Markt verf gbar wie z B GaBi PE International Umberto ifu Hamburg ifeu Heidelberg und die ecoinvent Datenbank ecoinvent Zentrum Schweizer Zentrum f r koinventare Mit dem Globalen Emissions Modell Integrierter Systeme GEMIS ko Institut und den Prozessorientierten Basisdaten f r Umwelt management Instrumente ProBas Umweltbundesamt und ko Institut werden Hilfsmittel v a Daten als Grundlage f r die Erstellung von kobilanzen zur Verf gung gestellt Mit der Software Umberto k nnen komplexe hierarchisch aufgebaute Stoff und Energie systeme abgebildet werden Dabei wird das Gesamtsystem als Stoff und Energiestromnetz dargestellt Jeder Einzelprozess kann zus tzlich mit Prozessmodellen beschrieben werden Umberto ist deshalb als Unterst tzung f r die Modellierung zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs auf der in den vorangegangenen Kapiteln beschriebenen Grundlage geeignet 2 1 4 Datenerfassung und Datenmanagement Die Erfassung der f r die Bestimmung und Bewertung der nicht intendierten Outputs notwendigen Betriebsdaten erfolgt im Idealfall vor Ort durch Befragung von Mitarbeitern und die Besichtigung der Anlagen mit Hilfe vorgefertigter Erfassungsb gen und Datenbl tter Neben den allgemeinen Informationen ber einen zu analysierenden Betrieb Betriebsart Lage I
49. Verkippen mit Absetzern 01 09 03 02 Verkippen mit Abraumf rderbr cke 01 09 04 01 Zugverladung 01 09 04 Verladen 10 Wasserwirtschaft 01 10 01 Filterbrunnenentw sserung 01 10 02 Oberfl chenentw sserung 2 BR 01 16 01 Betrieb von Hilfsger ten 01 16 Betrieb der Gesamtanlage und Fahrzeugen Abbildung 26 Gliederung des Teilsystems 01 f r einen Tagebau mit Direkt Versurz System Im Vorschnittbetrieb sind die Elemente 01 03 03 01 L sen und Laden mit Schaufelradbagger 01 04 05 01 Kontinuierliche Bandf rderung und 01 09 03 01 Verkippen mit Absetzern zusammengefasst Der Br ckenbetrieb umfasst 01 03 03 02 L sen und Laden mit Eimerketten baggern 01 04 05 04 Br ckenf rderung und 01 09 03 02 Verkippen mit Abraumf rder br cke Zum Grubenbetrieb geh ren 01 03 03 03 L sen und Laden mit Schaufelradbaggern 69 01 03 03 04 L sen und Laden mit Eimerkettenbaggern 01 04 05 06 F rderung mit Band wagen 01 04 05 07 Kontinuierliche Bandf rderung und 01 09 04 01 Zugverladung Au erdem wird 01 16 01 Betrieb von Hilfsger ten und Fahrzeugen mit Dieselantrieb in den Grubenbetrieb mit einbezogen 01 04 05 08 Diskontinuierliche Zugf rderung der Rohbraun kohle vom Tagebau zum Kraftwerk 01 10 01 Filterbrunnenentw sserung un
50. Versturz System DEBRIV 2010 GWRA schematisch nach Vattenfall 10 2006 Prozesse in einem Braunkohlenkraftwerk nach Vattenfall 01 2006 Gegeniiberstellung der drei Verfahren Radgen et al 2006 Schema der Mahltrocknung Buschsieweke 2006 Weg des Rauchgases nach Kugeler amp Phlippen 1993 Y A Nn A o 10 22 23 24 26 30 31 36 39 40 42 43 K hlkreislauf mit Ablaufk hlung im Nassk hlturm schematisch nach Strau 2006 44 Schema eines Rohr und eines Plattenelektrofilters Schaefer 1995 Schema eines einstufigen Kalkwaschverfahrens nach Strau 2006 Verfahren f r die CO gt Abscheidung aus Radgen et al 2006 Strukturbild des Gesamtsystems Gewinnung und Verstromung von Braunkohle Teil und Subsysteme des untersuchten Gesamtsystems Struktur der Software Umberto Schmidt amp Keil 2002 Stoff und Energiestromnetz nach Bielig amp Kuyumcu 2009 2 Gliederung des Teilsystems 01 f r einen Tagebau mit Direkt Versurz System Oberste Ebene des Stoff und Energiestromnetzes Tagebaubetrieb Subnetz Tagebaubetrieb Stoffstromnetz f r die Grubenwasserreinigung GWR Subnetz f r 01 10 09 Sedimentation Stoff und Energiestromnetz Kraftwerksbetrieb Gliederung des Subsystems 03 05 Dampferzeugung Gliederung des Subsystems 03 05 Dampferzeugung Gliederung des Subsystems 03 06 45 45 47 57 61 63 64 69 70 71 78 79 91 100 103 105 161 Abbi
51. Wirkungsgrade der W rmetauscher bei der Dampferzeugung VD U ZU Kondensation KO Luft VW und Speisewasser vorw rmung ECO werden mit jeweils 98 7 angenommen Die Wirkungsgrade f r die 134 A 2700 Energieumwandlung in den drei Turbinenstufen 03 06 02 01 03 06 02 02 03 06 02 03 werden mit 93 abgesch tzt nur Nur MT F r 03 06 03 Energieumwandlung im Generator wird ein Wirkungsgrad von 99 angenommen ygce 0 99 F r 03 11 01 Einspeisen ins Stromversorgungsnetz ber einen Transformator wird ebenfalls ein Wirkungsgrad von 99 angenommen yr 0 99 F r die Speisewasserpumpe und die K hlwasserpumpe werden f r die Berechnung des Beispiels Wirkungsgrade von 45 angenommen eur g r 0 45 Tabelle 18 fasst die spezifischen Enthalpien des K hlwasserstroms zusammen Das K hlwasser hat beim Eintritt in den K hlkreislauf eine Temperatur von 16 C nach der Kondensation eine Temperatur von 25 C und bei seinem Austritt aus dem K hlkreislauf eine Temperatur von 20 C nach R ckk hlung im K hlturm Tabelle 18 Spezifische Enthalpien des K hlwasserstroms Stoffstrom h kJ kg P MPa T C bar K hlwasser bei Eintritt in den hx m 67 3 0 1 16 K hlkreis 03 07 01 hy of Purl xem 1 K hlwasser bei Eintritt in den hkU KO In 67 5 0 3 16 Kondensator nach h ol Been Tk m 3 K hlwasserpumpe 03 07 01 K hlwasser nach Kondensation hk
52. abbaubaren Kohlefl zen bestehen Bedenken weil eine sp ter eventuell m gliche Nutzung Entwicklungen des Energiemarktes und der Bergbautechnik dadurch auf jeden Fall eingeschr nkt wird Radgen et al 2006 Asmus amp Dose 2009 3 7 Rechtliche Rahmenbedingungen Dieses Kapitel gibt einen berblick ber die wichtigsten rechtlichen Rahmenbedingungen f r den Tagebau und Kraftwerksbetrieb in Deutschland Die gesetzlichen Regelungen haben entscheidenden Einfluss auf den Umgang mit den dabei anfallenden Stoff und Energiestr men insbesondere den nicht intendierten Outputs Zuerst wird auf die europ ische Gesetzgebung eingegangen und im Anschluss daran auf das deutsche Recht Dabei spielen v a Raumplanungs und ordnungsrecht Bergrecht sowie Umweltrecht eine Rolle Die Besonderheiten des Berg baus wie z B die Ortsgebundenheit eines Bergbaubetriebes an die Lagerst tte die notwendigen r umlichen Ver nderungen des Betriebes mit fortschreitendem Abbau eines Rohstoffes die st ndige Anpassung des Betriebes und der Grundwasserabsenkung an die Gegebenheiten der Lagerst tte und die spezifischen Gefahren f r Besch ftigte Dritte und Sachg ter finden sowohl bei der Gesetzgebung als auch beim Vollzug der Gesetze Beachtung 3 7 1 Europ ische Gesetzgebung Die gesetzlichen Regelungen der Europ ischen Union EU geben den Einzelstaaten den Rahmen f r ihre nationale Gesetzgebung vor Auf europ ischer Ebene gibt es zurzeit keine gesetzlich
53. aus dem Grubenwasser entfernt Anderenfalls wird die unver nderte Sulfatfracht weitergefiihrt und nach den jeweiligen Massenanteilen dem Reinwasser und dem Wasseranteil des AEW zugerechnet F r die anderen Inhaltsstoffe des Grubenwassers wie z B Eisen ID und Kalzium Ionen wird diese Aufteilung vernachl ssigt Sie werden vollst ndig dem Reinwasser strom zugerechnet Im Subsystem 01 10 11 F rdern kann f r die Berechnung in Umberto im Modell ein AEW Schlammanteil angegeben werden der zu 01 10 07 Chemische Eisen II Oxidation durch Neutralisation und Bel ftung zur ckgef hrt wird Das verbleibende AEW verl sst die GWR und wird zum Tagebau zur ckgef rdert Der Energieverbrauch des Pumpwerks wird ber einen Koeffizienten mit Gl 49 berechnet Der gesamte Energieverbrauch der GWR wird nach Gl 50 berechnet Ex pw Dr pn aen GI 49 E ush Ei en E pw Gl 50 mit E EPW Energiebedarf Betrieb des Pumpwerks kWh a Qp pw spezifischer Energiebedarf f r die AEW F rderung kWh t Marw AEW Massenstrom Gl 46 kg a t a E E GWR Energiebedarf GWR insgesamt kWh a E E DB Energiebedarf der Druckbel ftung Gl 24 kWh a E EBL Energiebedarf der Bel ftung Gl 37 kWh a 88 5 3 3 Inputs und Outputs bei der Grubenwasserreinigung Tabelle 8 fasst die Inputs und Outputs des Stoffstromnetzes Grubenwasserreinigung zusammen Tabelle 8 Inputs und Outputs f r das Stoffstromnetz Grubenwasserreinigung
54. beschaffen 18 Abs 1 TEHG Die Ausstattung mit EB von Anlagen der Energieerzeugung bleibt in der zweiten Handelsperiode deutlich unter den Ist Emissionen F r Braunkohlenkraftwerke liegt sie wegen der oben genannten Ver u erungsk rzung der anteiligen K rzung nach Effizienzstandards zur Budgetsicherung und wegen der Zuteilung auf Basis eines einheitlichen Kohle Emissionswertes im Mittel knapp 35 unter dem durchschnittlichen Bedarf der ersten Handelsperiode von 2005 bis 2007 Unter den zehn Anlagen die f r die zweite Handelsperiode die meisten EB zugeteilt bekommen haben sind neben drei Stahlwerken sieben gro e Braunkohlenkraftwerke DEHSt 2 2008 In Anhang 3 des ZuG 2012 ist f r Anlagen zur Stromproduktion aus Kohle ein produktionsbezogener Emissionswert von 750 Gramm Kohlendioxid CO 2 je Kilowattstunde kWh Nettostromerzeugung festgelegt Anhang 3 ZuV 2012 F r die Emissionen die mit den kostenlos zugeteilten EB nicht abgedeckt sind m ssen die Betreiber Zertifikate erwerben Inzwischen hat sich in der EU ein Markt f r EB herausgebildet Der Handel erfolgt an der B rse au erb rslich over the counter OTC oder bilateral zwischen Unternehmen In der ersten Handelperiode war der au erb rsliche Handel mit 70 bis 80 aller Transaktionen die wichtigste Handelsform Es gibt mehrere B rsenpl tze Der gr te Handelsplatz war w hrend der ersten Handelperiode die Londoner ECX European Climate Exchange gefolgt von de
55. den Betrieb eines konventionellen Dampfkraftwerks auf Braunkohlenbasis ohne CO Abscheidung beschrieben Folgende Subsysteme und Elemente werden in die Modellbildung einbezogen 03 01 Bekohlung 03 02 02 01 Feinzerkleinerung mit Schlagradm hlen 03 04 02 04 Luftvorw rmung 03 04 04 Verbrennung 03 05 01 01 Verdampfen 03 05 01 02 berhitzen 03 05 01 03 Zwischeniiberhitzen 03 05 02 01 Druckerh hung mit Speisewasserpumpe 03 05 02 02 Speisewasservorw rmung im Economizer 03 06 02 01 Energieumwandlung in der Hochdruckturbine 03 06 02 02 Energieumwandlung in der Mitteldruckturbine 03 06 02 03 Energieumwandlung in der Niederdruckturbine 03 06 03 Energieumwandlung im Generator 03 07 01 Kondensation in der Kondensatoranlage 03 07 02 02 Frischwasserk hlung mit Ablaufk hlung im Nassk hlturm 03 07 03 01 F rdern mit K hlwasserpumpe 03 08 02 Staubabscheiden 03 08 03 Rauchgasentschwefelung und 03 11 01 Einspeisen ins Stromversorgungsnetz Diese Subsysteme erster zweiter Ordnung und die Elemente bilden die Transitionen im Stoff und Energiestromnetz Kraftwerksbetrieb das in Abbildung 31 dargestellt ist 90
56. den Gesetzen zur Regional bzw Raumplanung die genehmigungsrechtlichen Verfahren zur langfristigen Tagebauentwicklung bzw sanierung festgeschrieben f r das Land Brandenburg im Brandenburgischen Landesplanungsgesetz BbgLPIG und im Gesetz zur Regionalplanung und zur Braunkohlen und Sanierungsplanung RegBkPIG Der Bergbau wird in der Bundesrepublik Deutschland auf der Grundlage des Bundes berggesetzes BBergG geregelt Zweck des BBergG ist es u a das Aufsuchen Gewinnen und Aufbereiten von Bodensch tzen zur Sicherung der Rohstoffversorgung unter Ber cksichtigung ihrer Standortgebundenheit und des Lagerst ttenschutzes bei sparsamem und schonendem Umgang mit Grund und Boden Bodenschutzklausel zu ordnen und zu f rdern 1 Nr 1 BBergG Die Einwirkungen auf den Boden sind demnach so gering wie m glich zu halten Als Fachgesetz enth lt das BBergG vorhaben und anlagenbezogene Regelungen Im BBergG sind u a das Konzessionsverfahren und als eigentliches Zulassungsverfahren das Betriebsplanverfahren geregelt Bergfreie Bodensch tze sind nicht vom Eigentum an einem Grundst ck erfasst Erlaubnis zum Aufsuchen 3 Abs 3 BBergG und Bewilligung oder Bergwerkseigentum zu ihrer Gewinnung 6 Abs 1 S 1 BBergG Alle Arbeiten vom Aufsuchen Gewinnen Aufbereiten bis hin zur Rekultivierung nicht mehr ben tigter Fl chen bed rfen eines Betriebsplanes 51 BBergG Der Betriebsplan bildet die Grundlage f r die Kontrolle durch die zust nd
57. den Prozessen Im zweiten Schritt werden die Stoff und Energiestr me klassifiziert und die nicht intendierten Outputs identifiziert Im Anschluss daran wird unter Einbeziehung der Systemstruktur sowie der Stoff und Energiestr me ein Modell f r das Gesamtsystem aufgestellt Im n chsten Schritt werden s mtliche verf gbare Daten erfasst Dazu geh ren die Inputs und Outputs der einzelnen Prozesse ihre Betriebs und Steuerungsparameter sowie Kostenangaben Da im Regelfall nicht f r alle Stoff und Energiestr me im Gesamtsystem Messwerte zur Verf gung stehen bzw die aufgenommenen Messwerte fehlerbehaftet sein k nnen m ssen inkonsistente Messwerte erg nzt bzw korrigiert werden Die Ergebnisse der Berechnungen werden prozessweise als Stoff und Energiestrombilanzen dargestellt Im Anschluss daran erfolgt die Bewertung der nicht intendierten Outputs Daraus wird abschlie end der Handlungsbedarf abgeleitet Nach M glichkeit werden Ma nahmen zur Vermeidung bzw Verminderung nicht intendierter Outputs vorgeschlagen In den folgenden Kapiteln werden die einzelnen Schritte der Methodik vorgestellt 2 1 1 Systemanalyse Im Rahmen der Erfassung und Bewertung der nicht intendierten Outputs werden bisher die Prozesse ber cksichtigt die einem Bergbaubetrieb zugeordnet werden k nnen Die einzelnen Prozesse lassen sich gem ihrer Funktion f r den Produktionsprozess der bergbaulichen Gewinnung oder der Aufbereitung zuordnen Das System Berg
58. der Kesseleinheit wird bestimmt durch Kohleaufgabe Entaschung Umw lzpumpen und die Gebl se f r Frischluft und Rauchgas Er wird nach Gl 83 berechnet Dazu wird der Wirkungsgrad der Kesseleinheit 7x2 eingesetzt und ein Koeffizient mit dem ihr elektrischer Energieverbrauch in Abh ngigkeit der Nennleistung ber cksichtigt werden kann z x Im Modell wird die ben tigte Energie vom Generator des Kraftwerks als elektrische Hilfsenergie zur Verf gung gestellt Ex ve On ve Ike OE KE Gl 83 wobei Ex xg elektrischer Energieverbrauch der Kesseleinheit kJ a Onis nutzbarer W rmestrom des Rauchgases kJ a Nr Wirkungsgrad der Kesseleinheit Qe KE elektrischer Energieverbrauch 5 4 2 4 Luftvorw rmung Die Luft f r die Verbrennung der Rohbraunkohle wird vorgew rmt Ihr Enthalpiestrom berechnet sich nach Gl 84 AH yw My vp COL Tw Ty Gl 84 98 mit AH er Enthalpiestrom der vorgew rmten Verbrennungsluft kJ a Mvg Massenstrom an Verbrennungsluft kg a C L spezifische W rmekapazit t der vorgew rmten Luft kJ kgK ag Temperatur der Vorw rmung K Ty Umgebungstemperatur K Die der Verbrennung zugef hrte Luft wird mit W rme aus der Rauchgask hlung Kapitel 5 4 2 11 vorgew rmt Das Rauchgas k hlt dabei ab Als Berechnungsgrundlage wird hier der Rauchgasstrom ohne Flugascheanteil verwendet Der Enthalpiestrom der Flugasche wird f r die Luftvorw rmung nicht herangezogen Die Enthalpie
59. die systemtechnischen Grundlagen eingegangen Dazu werden die einzelnen Prozesse beschrieben die in die Entwicklung des Modells f r das Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle einbezogen werden und Prozessmodelle aufgestellt Die auftretenden Stoff und Energiestr me stehen dabei im Vordergrund Au erdem wird die Software vorgestellt die zur Umsetzung des Modells verwendet wird In dieser Arbeit werden die Hauptprozesse der bergbaulichen Gewinnung in einem Braunkohlentagebau mit Direkt Versturz System Kapitel 3 3 und 3 4 und die Hauptprozesse der Verstromung der Rohbraunkohle in einem grubennahen konventionellen Dampfkraftwerk Kapitel 3 6 untersucht und abgebildet um die dabei entstehenden nicht intendierten Outputs bestimmen zu k nnen Innerhalb des Teilsystems 01 werden der Tagebaubetrieb und die Reinigung des dabei anfallenden Grubenwassers ber cksichtigt Die Grubenwasserreinigung wird hier gesondert betrachtet weil das Grubenwasser selbst einen wichtigen nicht intendierten Output des Tagebaubetriebs darstellt und seine Reinigung sehr aufw ndig ist Innerhalb des Teilsystems 03 werden der Kraftwerksbetrieb und die CO2 Abscheidung und Verdichtung ber cksichtigt CO2 Abscheidung und Verdichtung werden gesondert untersucht weil beide gro technisch noch nicht im Kraftwerksbetrieb eingesetzt werden aber eine Option zur Vermeidung von CO Emissionen aus dem Kraftwerksbetrieb darstellen Die Subsysteme die im Folgenden
60. dieser Arbeit erstellten Stoff und Energiestrommodell berechneten Ergebnisse zusammengefasst und diskutiert Aus den Stoff und Energiestr men in Tabelle 13 Tabelle 15 Tabelle 20 und Tabelle 21 kann ein Kennzahlensystem mit Bezug auf 1t Rohbraunkohle als Output des Teilsystems 01 bergbauliche Gewinnung bzw Input in das Teilsystem 03 Verstromung f r die Bewertung des Gesamtsystems abgeleitet werden In Anhang 12 1 sind die Kennzahlen f r die einzelnen Stoff und Energiestromnetze tabellarisch aufgef hrt f r e den Tagebaubetrieb in Tabelle 23 e die Grubenwasserreinigung in Tabelle 24 e den Kraftwerksbetrieb in Tabelle 25 sowie e das Abscheiden und Verdichten von CO gt in Tabelle 26 In Tabelle 27 Anhang 12 1 sind zus tzlich die wichtigsten nicht intendierten Outputs als Kennzahlen mit Bezug auf 1 MWh bereitgestellte Elektroenergie fiir beide Fallbeispiele einan der gegen ber gestellt Die Inputs und Outputs die f r die beiden Teilsysteme 01 bergbauliche Gewinnung und 03 Verstromung im Fallbeispiel 1 mit dem entwickelten Modell berechnet wurden zeigt Abbildung 39 een Men Mea My VawowR gemessenen INicht intendierte s Oe re 131g 2 l4kg 3 55kg 0 002m Nicht intendierte Outputs i 01 bergb Gewinnung i Mu gt Ve 408 i iol S A im a 13 lg Merron 158mg ei i i TE i ST TGB D lt i or 6 78kg cn e 121g lt S 6
61. genauer untersucht werden sind in Abbildung 23 zusammengefasst Tagebaubetrieb en aa Se plug i Inputs 1 Grub Inputs gt 01 03 Abbau Gewinnung en i SE reinigung i 01 04 F rderung 01 10 04 Zulauf Nicht intendierte 01 09 Verkippen Verladen Gruben 1 01 10 07 Neutralisation und i Nicht intendierte Outputs wasser Bel ftung gt Outputs i er 01 10 08 Flockung 01 10 10 Ablauf 01 16 Betrieb der er Gesamtanlage 01 10 13 EE ie Elektroenergie Elektroenergie Kraftwerksbetrieb 03 Verstromung 03 01 Bekohlung energie i aK Nicht intendi lt CO Abscheiden Outputs Outputs 5 03 07 Kondensation R ckk hlg 1 0907 onenanonocung 03 09 01 Chemische i al L 1 Absorption 03 08 Rauchgasreinigung 03 09 03 CO Verdichten i 03 09 CO Abscheiden u Verd I i Elektroenergie 03 11 Bereitst v Elektroenergie i Abbildung 23 Teil und Subsysteme des untersuchten Gesamtsystems 61 Als Werkzeug fiir die Umsetzung des Modells wird die Software Umberto 5 Umberto educ verwendet Mit dieser Version Konnen in einem Szenario bis zu 20 Prozesse als Transitionen in einem Stoff und Energiestromnetz tiber zwei Hierarchieebenen abgebildet werden mit maximal 300 Stoff und Energiesystemen Das Modell fiir die Berechnung der nicht intendierten Outputs bei der Gew
62. intendierten Outputs aus dem Kraftwerksbetrieb mit CO gt Abscheidung und Verdichtung bezogen auf t Rohbraunkohle 173 Kennzahlen fiir die Bewertung der nicht intendierten Outputs des Gesamtsystems Gewinnung und Verstromung von Braunkohle bezogen auf 1 MWh bereitgestellter Elektroenergie 174 11 Symbolverzeichnis Lateinische Buchstaben Symbol Einheit A m mg l kg kg Cp kJ kgk E kJ kWh E kJ a kWh a FN m a t FU m t h kJ kg H kJ H kJ a Hu kJ kg H kJ kg m kg a t a m kg a t a P kJ a kW MW Q kJ Q kJ t a V m a Vv m3 a w kJ kWh MWh TWh W kJ a kW MW x mm cm Griechische Buchstaben Symbol Einheit a kg t mitt amp kg t kg m kg kJ Bezeichnung Fl che Konzentration spezifische W rmekapazit t Energie Energiestrom Fl chennutzung Fl chenumwandlung spezifische Enthalpie Enthalpie Enthalpiestrom unterer Heizwert oberer Heizwert Massenstrom maximaler Massenstrom Leistung W rme W rmestrom Nutzungsdauer Volumenstrom maximaler Volumenstrom Arbeit Leistung Korngr e Bezeichnung Koeffizienten z B f r st chiometrische Stoffums tze oder Verbr uche Emissionskoeffizienten Emissionsfaktoren 165 o E gt 3 p a tiefgestellte Indizes Index A AB AEW af AG AR BL BW CH4 2 Ca CaCO CaO Ca OH CO CO DA DB DM 166 kg m Bedeutung Asche Abscheiden Alkalisches E
63. kJ kg vr our spezifische Kiihlwasser Austrittsenthalpie kJ kg hk ou bo ol Purl Ke ou Das gereinigte Rauchgas Reingas wird ebenfalls durch den K hlturm gef hrt und dort auf Umgebungstemperatur abgek hlt Die Abw rme gelangt mit der Abluft aus dem K hlturm als nicht intendierter Output in die Atmosph re Sie wird mit Gl 127 berechnet Der Massen strom an aufgeheizter Luft stellt ebenfalls einen nicht intendierten Output dar bleibt hier aber unber cksichtigt Qrx QN RAGK out AH FA EF Ou AH k RK Gl 127 mit Org Abw rme an die Umgebung kJ a Oy RAGK Out Nutzw rmestrom des Rauchgases nach K hlung Gl 138 kJ a AH FA EF Out Enthalpiestrom der Flugasche nach Staubabscheiden Gl 136 kJ a AH nderung des Kiihlwasser Enthalpiestroms bei R ckk hlung kJ a KU RK Mit Hilfe der K hlwasserpumpe wird das K hlwasser gef rdert und auf den Betriebsdruck f r die R ckk hlung gebracht F rderh he im K hlturm Im Modell wird der Pumpe die dazu ben tigte Energie vom Generator des Kraftwerks aus als elektrische Hilfsenergie zur Verf gung gestellt vergleiche Kapitel 5 4 2 7 Sie wird nach Gl 128 berechnet ber den elektrischen Wirkungsgrad der Pumpe eps wird mit Gl 129 ein Verlust W rmestrom bestimmt der als nicht intendierter Output abgegeben wird Ex r r room GI 128 Nk r Ou vm Igoe Er K p Gl 129 mit AH KURO in Enthalpiestrom des K hlwassers vor der Kondensation Gl
64. keine weite Verbreitung gefunden haben Durch Anwendung der Flusskostenrechnung wird Kostentransparenz geschaffen Damit k nnen konomische und kologische Optimierungspotentiale aufgezeigt werden Die Ergebnisse der aus den Analysen erstellten Stoff und Energiestrombilanzen werden schlie lich zu Kennzahlen zusammengefasst kologisches Rechnungswesen und die Interna lisierung externer Effekte setzen voraus dass die Umwelteinwirkungen der freigesetzten Stoff und Energiestr me untersucht und bewertet werden weil die Kosten der Umwelteffekte in die Kostenrechnung mit einbezogen werden Die Ergebnisse verschiedener Studien zu den externen Kosten der Stromerzeugung aus fossilen Energietr gern reichen von 1 bis 25 Cent kWh Das liegt u a daran dass die Autoren unter schiedliche Kostens tze f r die Bewertung der Treibhausgasemissionen verwenden Die externen Kosten der Stromerzeugung h ngen entscheidend von den eingesetzten Energietr gern ab Gesundheitssch den Klimafolgesch den Materialsch den an Geb uden Ernteausf lle und Wasserverschmutzung sind Kostenkategorien die in die Bewertung einbezogen werden Zu Sch den an kosystemen durch Versauerung und oder Eutrophierung sind bisher keine monet ren Sch tzungen verf gbar Auch Sch den an Denkm lern und Bergbaufolgesch den sind bisher nur unzureichend erfasst Klimafolgesch den und Gesundheitssch den durch Luftschadstoffe sind bei fossilen Brennstoffen f r ca 90 der qu
65. kofaktoren gewich teten Emissionen wird ein Gesamtindex in Umweltbelastungspunkten berechnet der das Verh ltnis zwischen der Belastbarkeit eines kosystems und seiner aktuellen Belastung angibt Braunschweig amp M ller Wenk 1993 R diger 2000 Wietschel 2002 Die Methode der kritischen Belastungen ist eine Grenzwert bzw Immissionsgrenzwertmethode und geht ebenfalls davon aus dass die Umweltmedien Wasser Luft und Boden bis zu einem definierten Grenzwert mit einem Schadstoff belastet werden k nnen ohne dass ihr Regene rationspotenzial und ihre Aufnahmef higkeit dauerhaft gesch digt werden Gasf rmige fl ssige und feste Emissionen sowie der Energieverbrauch werden separat ber cksichtigt Innerhalb der einzelnen Umweltmedien werden die Volumina oder Mengen der emittierten Schadstoffe jeweils auf einen Grenzwert bezogen und aufsummiert so dass ein Bewertungsprofil Oko profil entsteht Durch Division der Emissionen durch Grenzwerte ergeben sich die kritischen Volumina Sie geben an auf welches Volumen sich ein Schadstoff mindestens verteilen m sste um die Konzentration des Immissionsgrenzwertes einzuhalten Die kritischen Volumina werden nicht zu einer einzigen Kennzahl aggregiert Sie bilden ein koprofil aus den Kennzahlen kritisches Luftvolumen kritisches Wasservolumen feste Abf lle und Energie quivalenzwert Die kritischen Volumina stellen reine Rechengr en dar und sind sehr
66. mit der CO gt Abscheidung sinken die Mengen an freigesetztem CO und SO als nicht intendierte Outputs Alle anderen nicht intendierten Outputstr me w rden sich jedoch betr chtlich vergr ern Anhand des definierten Referenzsystems konnte in zwei Fallbeispielen gezeigt werden dass die entwickelte Methodik zur Abbildung der Systemstruktur und zur Erfassung der nicht intendierten Outputs in Abh ngigkeit definierter Modellparameter geeignet ist Die berechneten Ergebnisse erm glichen einen detaillierten Einblick in die Entstehung der nicht intendierten Outputs bei einzelnen Prozessen in dem Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle Auf Grund seiner hierarchischen Struktur kann das abgebildete System jederzeit erweitert oder verfeinert und damit an den konkreten Anwendungsfall angepasst werden In die Systemstruktur k nnen beliebig genaue Modelle f r die einzelnen Prozesse integriert werden Zus tzlich k nnen auch weitere Stoff und Energiestr me eingebunden werden Durch Einsatz der Methodik in der Praxis und Datenerfassung vor Ort k nnen die Prozessmodelle und Parameter berpr ft und an Betriebsdaten angepasst werden Bei Einbeziehung einer gro en Anzahl von Betrieben kann sukzessive eine praxisnahe Modelldatenbank erstellt werden Prozessmodelle und Datenausgleichsrechnungen reduzieren den Aufwand f r die Datenerhebung Unter der Voraussetzung der Gewinnung und Verstromung etwa gleichwertiger Braunkohlen k nnen die
67. nderung des wasser und aschefreien Rauchgases wird nach Gl 85 und die Enthalpie nderung des Wasseranteils nach Gl 86 berechnet Daraus ergibt sich in Gl 87 die insgesamt von der Rauchgask hlung zur Luftvorw rmung zur ckgef hrte W rmemenge AH va wat mz Mrac co Mrac co Mrac o Mrac n Gl 85 Mgac no pac so p rag TraG min Track AH pac u o vw INRAG H O Ah Con Tracmin To Hr I Gl 86 MRaAG H 0 c no Track To Qua AH eae AH kac H 0 vw Gl 87 mit Q Ge W rmemenge aus der Rauchgask hlung kJ kg TRAG min Mindesttemperatur des Rauchgases nach Economizer K TRAGK Temperatur nach Rauchgaskiihlung K To Bezugstemperatur K Cp RAG spezifische W rmekapazit t des Rauchgases waf kJ kgK MRAG K Massenstr me der gasf rmigen Rauchgaskomponenten kg a Die nutzbare W rmemenge die nach der Luftvorw rmung im Rauchgasstrom verbleibt wird nach Gl 88 berechnet F r den W rmeaustausch wird ein Wirkungsgrad vw definiert Vom Luftvorw rmer wird ein W rmestrom als nicht intendierter Output abgegeben der mit Gl 89 berechnet wird One Ok Ee racr vw ai AH yyy Gl 88 Ou vw Qx Genau raor 1 vw GI 89 mit Geen nutzbarer W rmestrom nach Luftvorw rmung kJ a Oa Verlust W rmestrom Luftvorw rmung kJ a Q N ECO Out nutzbarer W rmestrom nach Economizer Gl 104 kJ a Once W rmestrom aus Rauchgask hlung Gl 87 kJ a AH mr Enthalpiest
68. of Relevance for the EU Extractive Industry Belgrad 2007 http web uzzpro sr gov yu kzpeu taiex_prezentacije 070315beograd paper_hejny_taiex2007_belgrade pdf abgerufen am 12 03 2008 Henkel J Life Cycle Assessment of Carbon Dioxide Capture and Storage Berlin Technische Universit t 2006 Diplomarbeit Institut f r Umweltinformatik Hamburg GmbH ifu Institut f r Energie und Umweltforschung Heidelberg GmbH ifeu Hrsg Umberto Software f r das betriebliche Stoffstrom management Benutzerhandbuch Version Umberto 5 2005 Institut f r Umweltinformatik Hamburg GmbH ifu Institut f r Energie und Umweltforschung Heidelberg GmbH ifeu Software Umberto 5 Umberto educ 1995 2008 Janneck E Mikrobiologische Prozesse als Alternative bzw Erg nzung zur konventionellen Aufbereitung von Grubenw ssern Dresden Technische Universit t 2007 http www tu dresden de fghhisi src index php id 6 amp language de amp session_id none amp sortby 1 abgerufen am 28 01 2008 Janneck E Schr der A Schlee K Glombitza F Rolland W Senkung des Kalkverbrauches bei der Grubenwasserreinigung durch physikalische Entfernung der ungebundenen Kohlens ure In Wissenschaftliche Mitteilungen der Technischen Universit t Bergakademie Freiberg 35 2007 S 27 34 Janneck E Schlee K Arnold I Glombitza F Einsatz neuer Bel ftungssysteme zur Effizienzsteigerung bei der Gr
69. r das Abscheiden und Verdichten von CO wird der Netto Wirkungsgrad 7nero 2 des Gesamtsystems nach Gl 155 berechnet Err Er ron Ek GwR Ek AB Ek vpr 100 1 Netto 2 H m Gl 155 u RBK mit 7 Neito2 Netto Wirkungsgrad des Gesamtsystems Fallbeispiel 2 Ek AB Energieverbrauch f r das Abscheiden von CO kWh Ey vor Energieverbrauch f r das Verdichten von CO kWh 143 Der Netto Wirkungsgrad f r das Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle mit CO2 Abscheiden und Verdichten betr gt 7 Netto 2 19 7 EE Mam Mao mi Vew owr DER Nicht intendierte gt ae ina 124kg 31g 214kg 3 55kg 0 002m Nieht intendierte 01 bergb Gewinnung Van 6 4m3 i e m 13 1g im 158m Lagerst tte Tonne j Msr 16B 8 i Maw sor 6 78kg i i gt 1 58k i Dono 121g Grubenwasser gt Ten i Tagebaubetrieb ri gt Mp 3 25kg i it reinigung Ber 038k i Mpa 137kg iS are Di Marwsor TORE MaEW caco 118kg i d M AEW Fe OH 2 76kg m aew 202 0kg Pan 0 120m Im agar 4 133 96kg lt i men 003kg lt 4 e Mi vn 4 057 60kg IQ 3 9900MI igi i im 834kg lt FUkw 0 001 m lt ee AH p 7 8MJ lt i lt v 0 01m3 ima 3333kg lt Kraftwerks CO Abscheiden en a lt e on und Verdichten lt mi pea 15 13kg Nee 119 4m lt w 8 i FAH iy pe 2 5188MJ Le m 21 74k mesonen 37 40kg Far 340 4 EWh lt
70. tzung meiner Arbeit Herrn Professor Dr Carsten Drebenstedt danke ich f r die Begutachtung meiner Arbeit und das entgegengebrachte Interesse Herrn Professor Dr rer nat Wolfgang Rotard danke ich f r die bernahme des Vorsitzes im Promotionsausschuss Bedanken m chte ich mich ebenfalls bei den Studentinnen und Studenten die durch ihre Diplom und Studienarbeiten einen wichtigen Beitrag zu dieser Arbeit geleistet haben Mein herzlicher Dank gilt allen Kollegen am Fachgebiet Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitung die mich immer wieder motiviert haben und damit wesentlich zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben Meiner Familie und meinen Freunden danke ich ganz besonders f r ihre tatkr ftige Unterst tzung w hrend der gesamten Zeit meiner T tigkeit am Fachgebiet Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitung f r ihr Verst ndnis und ihre Geduld sich immer wieder Probleme anh ren zu m ssen mit denen sie eigentlich gar nichts zu tun hatten Tina Bielig II Kurzfassung F r die Aktivit ten im Zusammenhang mit der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle werden Landfl chen in Anspruch genommen Betriebsmittel eingesetzt und Energie verbraucht Betriebsbegleitend werden Stoff und Energiestr me wie Abraum Grubenwasser Staub Abgas Asche Gips Energie K hlwasser Abwasser K hl und Schmiermittelverluste etc freigesetzt Diese Stoff und Energiestr me sind bez glich ihrer Funktion in der Rohstoff und Energ
71. und Betriebsstoffe Die Produkte als Output stellen die G ter dar Entstehen aus einem Prozess mehrere Produkte d h G ter als Output so liegt ein Kuppelprozess vor Vergleiche Riebel 1955 Entgegengesetzt ist der Fall z B in der Entsorgungswirtschaft Hier werden Abf lle bzw bel als Input verbraucht Mittels der Kategorisierung in Gut bel Neutrum kann innerhalb des Systems verfolgt werden was Ertrag und was Aufwand zur Herstellung dieses Ertrages ist Die G ter auf der Inputseite der Prozesse sind stets Aufwand die G ter auf der Outputseite stets Ertrag Tabelle 1 Dies gilt sowohl f r Einzelprozesse als auch f r das Gesamtsystem bel wie z B Abfall als Output hingegen verursachen Kosten Tabelle 1 Aufwand und Ertrag nach M ller 2000 Stoff amp Energiestr me Input Output Ergebnis Bezeichnung Gut Input Aufwand Ressourcenverbrauch Gut Output Ertrag Produktherstellung bel Input Ertrag Recycling Abfallentsorgung bel Output Aufwand Abfallproduktion Der Verbrauch von beln und das Erzeugen von G tern z hlen zum mengenm igen Ertrag eines Systems oder eines Prozesses in Abh ngigkeit der festgelegten Systemgrenzen Das Verbrauchen von G tern und das Hervorbringen von beln hingegen z hlen zum mengen m igen Aufwand Mit der Zuordnung zu den Objektkategorien werden die Stoff und Energiestr me qualitativ bewertet Eine quantitative Bewertung in konomischer als K
72. und Altlastenverordnung BBodSchV vom 12 Juli 1999 In BGBl I S 1554 ge ndert durch Artikel 2 der Verordnung vom 23 Dezember 2004 In BGBI I S 3758 Bundesverband Braunkohle DEBRIV Deutscher Braunkohlen Industrie Verein e V Presse ffentlichkeitsarbeit Grafiken und Folien K ln 2010 http www braunkohle de pages grafiken php page 240 abgerufen am 05 04 2010 Bundesverband Braunkohle DEBRIV Deutscher Braunkohlen Industrie Verein e V Hrsg Braunkohle in Deutschland 2007 Profil eines Industriezweiges K ln 2007 Buschsieweke F Dampfwirbelschichttrocknung von Braunkohle Stuttgart Universitit 2006 Dissertation Chadwick J Mibrag lignite A In IM International Mining 2008 3 S 16 23 Curran M A Co Product and Input Allocation Approaches for Creating Life Cycle Inventory Data A Literature Review In Int J LCA 12 2007 1 S 65 78 Daenzer W F Huber F Hrsg Systems Engineering Methodik und Praxis 8 verbesserte Aufl Z rich Verlag Industrielle Organisation 1994 D hnert D Ketzmer W Das Lausitzer Braunkohlenrevier ein Verbundsystem moderner wettbewerbsfahiger Tagebaue In World of Mining Surface amp Underground 58 2006 4 S 206 216 DEHSt Deutsche Emissionshandelsstelle 2 Emissionshandel Die Zuteilung von Emissionsberechtigungen in der Handelsperiode 2008 2012 Berlin
73. und Energiestr me erl utert Abschlie end werden Auswertung und Pr sentation der berechneten Ergebnisse vorgestellt 63 5 1 2 Darstellung als Stoff und Energiestromnetz Der Modellierung des Stoff und Energiestromsystems Gewinnung und Verstromung von Braunkohle wird die Systematik der Petri Netze zu Grunde gelegt Ihre Netzstruktur besteht aus drei Arten von Netzelementen Die Stoff und Energiestromnetze bestehen aus zwei unterschiedlichen Klassen von Netzknoten den Transitionen und Stellen sowie den Kanten als Verbindungen Die Transitionen bilden Stoff und Energiewandlungsprozesse ab In den Transitionen werden die vorab definierten Teil und Subsysteme und oder einzelne Elemente anhand von Prozessmodellen als Transitionsspezifikationen beschrieben Stellen sind dagegen Lager in denen keine Stoff und Energiewandlungen stattfinden Hier werden Stoff und Energiebest nde aufgenommen gehalten und oder verteilt Bei dem hier betrachteten Stoff und Energiestromsystem handelt es sich um ein offenes System d h es findet ein Stoff und Energieaustausch mit der Umgebung statt So genannte Input und Output Stellen bilden die bergabepunkte zur Umwelt Die Pfade der Stoff und Energiestr me werden durch Verbindungen in Form von Pfeilen zwischen Transitionen und Stellen dargestellt Sie zeigen an welche Prozesse ber die Stoff und Energiestr me miteinander verkn pft sind Der Formalismus der Stoff und Energiestrom netze v
74. und Fl chenumwandlung FUrcs nach den Gleichungen Gl 1 und Gl 2 5 387 m a t bzw 0 120 m2 t bestimmt 6 1 2 Modellparameter Die in Kapitel 5 2 2 definierten Koeffizienten sind den einzelnen Transitionen in Umberto als lokale Parameter hinterlegt denen Werte zugewiesen werden k nnen Die Staubbildung in einem Tagebau wird ma geblich von den Witterungsbedingungen wie z B Trockenheit und Wind beeinflusst Insbesondere auf den Kippenfl chen entstehen zeitweise erhebliche Staubemissionen die hier nicht ber cksichtigt werden k nnen F r die Berechnung der bei der Gewinnung F rderung und Verkippung von Abraum bzw der Gewinnung F rderung und beim Verladen der Rohbraunkohle entstehenden Staubemissionen wird hier nach Angaben von Borken et al 1999 f r Bagger und Lader ein Emissionskoeffizient f r Staub bezogen auf das bewegte Volumen eingesetzt Zo 1 9 10 keim Mit Hilfe dieses Koeffizienten k nnen die Massenstr me an Staub berechnet werden die als nicht intendierte Outputs im Vorschnitt Br cken und Grubenbetrieb freigesetzt werden Der Emissions koeffizienten f r Methan im Braunkohlentagebaubetrieb wird nach Angaben von Pospischill 1993 bezogen auf den Energieinhalt der gef rderten Rohkohle bestimmt zu amp cy 1 4 10 kg kJ F r die Koeffizienten mit denen als Modellparameter der Energieverbrauch im Tagebaubetrieb berechnet wird werden folgende Werte angenommen e f r das L sen F rdern und Verkip
75. ur ur wp hyp 0 ou hyp wr ou Gl 107 Ove ur I Nr Mwp hyp ou Bun az ou Gl 108 mit Wy Br mechanische Leistung der Hochdruckturbine kJ a Myp Dampf Massenstrom kg a hwp D Out spezifische Dampfenthalpie nach Uberhitzer Frischdampf kJ kg hwo Hr our spezifische Dampfenthalpie nach Hochdruckturbine kJ kg Oi Br Verlust W rmestrom von der Hochdruckturbine kJ a Nur Wirkungsgrad der Hochdruckturbine Die von der Mitteldruckturbine bereitgestellte mechanische Leistung wird nach Gl 109 berechnet und der dabei als nicht intendierter Output abgegebene W rmestrom nach Gl 110 Wu ur Tur yp yp z ou hun Au oe Gl 109 Ou mr Nur up hyp z0 out hyp mT oe Gl 110 mit Wu ui mechanische Leistung der Mitteldruckturbine kJ a Jun Z our spezifische Dampfenthalpie nach Zwischen berhitzer kJ kg hwp mr ou spezifische Dampfenthalpie nach Mitteldruckturbine kJ kg Ou ie Verlust W rmestrom von der Mitteldruckturbine kJ a Nur Wirkungsgrad der Mitteldruckturbine Die von der Niederdruckturbine bereitgestellte mechanische Leistung wird nach Gl 111 berechnet und der dabei als nicht intendierter Output abgegebene W rmestrom nach Gl 112 Wu vr Nr Myp lwp mT out hwo wr ou Gl 111 Ou wr Myr i Myp hwo mr out un NT ou Gl 112 mit Wy NF mechanische Leistung der Niederdruckturbine kJ a Jun MT Out spezifische Dampfenthalpie nach Mitteldruckt
76. von Prozessdampf zur Verf gung Die Energie die der Rohbraunkohle als Zerkleinerungsenergie zugef hrt wird verbleibt zum Teil in der zerkleinerten Rohbraunkohle Oberfl chenenergie Deformationsenergie Sie wird als Enthalpieerh hung des Aschestroms verrechnet Gl 60 Ein anderer Teil wandelt sich in einen Verlust W rmestrom der als nicht intendierter Output abgegeben wird Gl 61 Zur Ber cksichtigung dieser Aufteilung wird ein Faktor definiert Die beiden Verlust W rmestr me werden zusammengefasst Gl 62 AH 7 AEz E Gl 60 Gier 1 fz AE Gl 61 Ou rz Qu mo Du GI 62 mit AH AZ Anderung des Asche Enthalpiestroms bei der Zerkleinerung kJ a AE Zerkleinerungsarbeit kJ a fz Aufteilungsfaktor f r Zerkleinerungsenergie bezogen auf Asche v z Verlust W rmestrom beim Zerkleinern kJ a w rz Verlust W rmestrom bei der Zerkleinerung kJ a 5 4 2 3 Verbrennung Als Prozessmodell f r 03 04 04 Verbrennung werden hier die st chiometrischen Ums tze der wichtigsten Bestandteile der Rohbraunkohle verwendet vergleiche Tabelle 2 in Kapitel 3 1 Dazu geh ren die Umwandlung des Kohlenstoffs C zu Kohlenmonoxid CO Rkt 18 und Kohlendioxid CO2 Rkt 19 des Wasserstoffs H zu Wasser dampf H20 Rkt 20 des Schwefels S zu Schwefeldioxid SO2 Rkt 21 und die Bildung von Stickstoffmonoxid NO aus dem Stickstoff N der Rohbraunkohle Rkt 22 Bei der Verbrennung entstehen Rauchgas F
77. zahlreichen Stoff und Energiestr me z B durch Umwelt belastungspunkte kritische Volumina oder den Eco Indicator 99 wird hier nicht als sinnvoll angesehen Dadurch werden zu viele Informationen zusammengefasst so dass Ergebnisse verschiedener Teilsysteme oder verschiedener Betriebe nicht miteinander verglichen werden k nnen Die gro e Anzahl an Wirkungskategorien bei der UBA und CML Methode wiederum erschwert die Anwendbarkeit hinsichtlich eines vertretbaren Aufwands und verschlechtert bersichtlichkeit und Verst ndlichkeit der Ergebnisse Au erdem sind viele Ursachen Wirkungs Beziehungen nicht vollst ndig bekannt Die Berechnung von Indikatoren die zur Bewertung von Umweltauswirkungen herangezogen werden beruht h ufig auf vereinfachenden Annahmen Ein weiteres Problem stellt die Auswahl eines Referenzsystems dar an dem die Bewertung des untersuchten Systems gemessen werden kann Die Auswahl des Referenzsystems bestimmt jedoch das Ergebnis der Bewertung von Umweltauswirkungen entscheidend mit MIPS und KEA k nnen auf bestimmte Stoff und oder Energiestre me bezogen berechnet werden je nachdem auf welcher Ebene die Bilanzierung der Stoff und Energiestr me erfolgt Damit wird Auskunft dar ber gegeben wie viel Input an Rohstoffen Materialien oder Einzelstoffen bzw substanzen innerhalb des Bezugszeitraums verbraucht werden um den Referenzstoff oder energiestrom herzustellen Beim MIPS und KEA Konzept besteht der Anspruch de
78. zu berschreiten JI hingegen bezieht sich auf Projekte in L ndern mit Emissions Obergrenze wie Industriestaaten und Transformationsl nder z B osteurop ische Staaten Ziel dabei ist es die Anrechnung von Investitionen in Klimaschutzprojekte mittels Zertifikaten zu realisieren Zus tzlich besteht die M glichkeit dass sich mehrere Staaten zu Gemeinschaften zusammenschlie en und ihre Verpflichtungen gemeinsam erf llen Die Mitgliedsstaaten der EU haben 1998 in einer innereurop ischen Lastenteilungsvereinbarung Burden Sharing Agreement unterschiedliche Verpflichtungen f r die Reduktion des Aussto es klimasch dlicher Gase z B CO2 um insgesamt 8 bezogen auf 1990 bernommen Deutschland hat sich in diesem Rahmen dazu verpflichtet seine Emissionen gegen ber 1990 bis 2012 um 21 zu senken Belgien 7 5 D nemark 21 Finnland 0 Frankreich 0 Griechenland 25 Irland 13 Italien 6 5 Luxemburg 28 Niederlande 6 sterreich 13 Portugal 27 Schweden 4 Spanien 15 Gro britannien 12 5 Als wichtigstes Instrument zur Erf llung der gemeinschaftlichen Verpflichtung hat die EU den europ ischen Emissionshandel auf Unternehmensebene eingef hrt Im Oktober 2003 trat die Emissionshandelsrichtlinie 2003 87 EG in Kraft bereits bevor Inkrafttreten des Kyoto Protokolls Der Emissionshandel in der EU startete am 01 Januar 2005 Seit Anfang 2008 l uft die zweite Handelsperiode Weitere Regelungen z
79. zur Zerkleinerung G1 58 kJ a Epke Energiebedarf der Kesseleinheit G1 83 kJ a E swe Energiebedarf der Speisewasserpumpe G1 102 kJ a E k p Energiebedarf der K hlwasserpumpe G1 128 kJ a Ep pr Energiebedarf des Elektrofilters G1 133 kJ a 5 4 2 8 Bereitstellen von Elektroenergie Das Bereitstellen von Elektroenergie f r den Verbraucher wird als Subsystem erster Ordnung 03 11 01 Einspeisen ins Stromversorgungsnetz betrachtet Die vom Generator erzeugte Spannung wird auf Netzspannung transformiert Die elektrische Leistung elektrischer Energiestrom die ber den Transformator ins Netz eingespeist wird wird nach Gl 118 berechnet Dabei wird ein Verlust W rmestrom als nicht intendierter Output freigesetzt der mit einem f r den Transformator definierten Wirkungsgrad 777 nach Gl 119 bestimmt wird Wer Eror Nr Gl 118 vr Mp Ee ce GI 119 mit Wer vom Transformator eingespeiste elektrische Leistung kJ a E EGE elektrischer Energiestrom elektrische Leistung vom Generator kJ a Ov r Verlust W rmestrom vom Transformator kJ a Nr Wirkungsgrad des Transformators Mit Hilfe der ins Netz eingespeisten elektrischen Leistung kann nach GI 120 der Netto Wirkungsgrad des Kraftwerks 77xw berechnet werden 107 Wer lw Gye Gl 120 Hy mens mit Wer vom Transformator eingespeiste elektrische Leistung kJ a H unterer Heizwert der Rohbraunkohle kJ kg M RBK im Kraftwerk ver
80. 0 13 02 01 10 13 03 01 10 13 04 01 10 13 05 01 10 14 01 10 14 01 01 10 14 02 01 10 14 03 01 10 14 04 180 Fordern Transportieren Verkippen Verstiirzen Planieren Verkippen im Tagebau Verkippen mit Absetzern Verkippen mit Abraumf rderbr cke Verladen Zugverladung Wasserwirtschaft Filterbrunnenentw sserung Wasser heben in Filterbrunnen Wasser ableiten Oberfl chenentw sserung Wasserzufl sse sperren Wasser fassen Wasser ableiten F rdern mittels Pumpwerken Zulauf Druckbel ftung Druckbel ftung mit mehreren Bel ftern in verschiedenen Becken Mikrobiologische Eisen I Umwandlung Bel ftung und N hrstoffzugabe Mikrobiologische Eisen II Oxidation und Schlamm Bildung Abziehen und teilweise R ckf hren des Schlammes Neutralisation Chemische Eisen II Oxidation durch Neutralisation und Bel ftung Neutralisation in mehreren Becken Bel ftung mit mehreren Bel ftern in verschiedenen Becken Flockung Flockung in mehreren Becken Sedimentation Sedimentation in mehreren Rundeindickern Ablauf ber Ablaufbauwerk F rdern und teilweise R ckf hren des Schlammes Kalkmilchaufbereitung Kalkmilchaufbereitung in mehreren Silos mit Kalkl schanlage Bevorraten von Kalkmilch Bereitstellung von Betriebswasser Heben von Grundwasser in Brunnen 1 Heben von Grundwasser in Brunnen 2 Heben von Grundwasser in Brunnen 3 Grundwasser aufbereiten Bevorraten von Betriebswasser Wasserhaltung untertage Sperren der Wasserz
81. 0 44 g t Mpa RL 0 95 kg t Mpa 1 37 kg t FUrcp 0 120 m t 169 Tabelle 24 Kennzahlen f r die Bewertung der nicht intendierten Outputs aus der konventionellen GWR bezogen auf 1 t Rohbraunkohle Oberfl chenwasser Filterbrunnenwasser Grubenwasser OFW FBW insgesamt Inputs bezogen auf bezogen auf bezogen auf bezogen auf bezogen auf 1 m OFW 1 t RBK 1m FBW 1 t RBK 1 t RBK Vow m 1 00 1 16 1 00 5 44 6 6 Mryn 8 2 0 23 2 0 10 8 13 1 mcao Kg 1 18 1 37 0 14 0 77 2 14 m kg 1 61 1 87 0 29 1 57 3 55 Vzw m 0 001 0 001 0 0001 0 001 0 002 Ex cwr kWh 0 08 0 09 0 06 0 34 0 42 Nicht intendierte Outputs Vrw m 0 89 1 04 0 99 5 36 6 4 May re L8 2 0 23 2 0 10 9 13 2 Mew soz K8 2 32 2 70 0 75 4 08 6 78 Duc K8 0 47 0 54 0 09 0 51 1 05 Mow ca kg 0 92 1 07 0 09 0 51 1 58 Mp kg 1 52 1 77 0 27 1 48 3 25 Dm so K8 0 28 0 33 0 01 0 05 0 38 Dem cen kg 0 94 1 09 0 02 0 09 1 18 Marw recou kg 1 24 1 44 0 24 1 32 2 76 Marw kg 111 36 129 73 13 30 72 27 202 0 170 Tabelle 25 Kennzahlen fiir die Bewertung der nicht intendierten Outputs aus dem Kraftwerks betrieb bezogen auf 1 t Rohbraunkohle Inputs Outputs bezogen auf 1 t RBK bezogen auf 1 t RBK WI lt Egr 853 02 kWh 3 071 MJ mc 270 kg My 20 kg Nicht intendierte Outputs ms 7kg M REG ap 5 022 89 kg My 4 kg MREG CO 987 58 kg Mo 100 kg MREG co 0 62 kg My 560 kg MREG
82. 1 03 14 01 03 15 01 03 15 01 01 03 15 02 01 03 15 03 01 04 01 04 01 01 04 02 01 04 02 01 01 04 02 02 01 04 02 03 01 04 03 01 04 03 01 01 04 03 02 01 04 04 01 04 04 01 01 04 04 02 01 04 04 03 01 04 04 04 01 04 04 05 01 04 05 01 04 05 01 01 04 05 02 01 04 05 03 01 04 05 04 01 04 05 05 01 04 05 06 01 04 05 07 01 04 05 08 01 04 05 09 01 05 01 05 01 01 05 02 01 03 03 178 Gebirgssicherung mit Ausbau Gebirgssicherung mit Ankern Gebirgssicherung mit Versatz Stra en und Wegebau Bauen von Stra en und Wegen Anlegen von Rampen Herstellen eines Arbeitsplanums f r Bagger und Absetzer Untergrund tragf hig machen Gleise verlegen Gleise r cken Materialtransport Transport mit mobilem Ger t Transport mit Z gen Transport mit Gurtf rderer Transport in Rohrleitungen Bereitstellung von Betriebsstoffen Ger te und Maschinentransport Ger te und Maschinentransport mit F rdermaschine Mobiler Ger te und Maschinentransport Ger te und Maschinentransport mit Gurtf rderer F rderung Abbauf rderung Streckenf rderung F rderung mit mobilem Ger t Zugf rderung Gurtf rderung Schachtf rderung F rderung mit Wagengestell F rderung mit Gef Skip Stollenf rderung F rderung mit mobilem Ger t Zugf rderung Gurtf rderung Pneumatische F rderung in Rohrleitungen Hydraulische F rderung in Rohrleitungen Tagebauf rderung Kontinuierliche Bandf rderung R cken von Bandanlagen
83. 2000 3 2 Lagerst tten und Braunkohlenreviere in Deutschland Die Braunkohlenlagerst tten und reviere befinden sich in Deutschland in drei Regionen die in der Karte in Abbildung 10 gekennzeichnet sind e im Rheinland e in der Lausitz und e zwischen Helmstedt und dem Gro raum Leipzig Halle Mitteldeutschland 25 Kiel Hamburg Schwerin Bremen ER Helmstedter Revier Potdain Hannover Magdeburg Lausitzer Revier D sseldorf ses evier Rheinisches Erfurt Revier Wiesbaden Mainz Saarbr cken Stuttgart M nchen Abbildung 10 bersichtskarte DEBRIV 2007 Die gesamten Braunkohlenvorkommen in Deutschland betragen 77 Mrd t Davon sind nach dem heutigen Stand der Tagbautechnik und der Energiepreise 2006 etwa 41 Mrd t als technisch wirtschaftlich gewinnbar klassifiziert Reserve In den genehmigten und erschlos senen Tagebauen sind ungef hr 6 3 Mrd t verf gbar Damit kann die derzeitige F rderung in den einzelnen Revieren ber Zeitr ume von 35 bis 40 Jahren fortgesetzt werden DEBRIV 2007 Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Gewinnung von Braunkohle im Tagebau werden v a von Teufe und M chtigkeit der Deckgebirgsschichten sowie der zu gewinnenden Fl ze und der Qualit t der gewonnenen Braunkohle bestimmt Bevor die Kohle gewonnen werden kann m ssen die Deckschichten als Abraum abgetragen werden In den deutschen Braunkohlerevieren besteht das Deckgebirge ber den Kohlefl zen im Wesentlic
84. 5 Hiere wv Mpac n 1 Hro ML er Gl 146 mit M REG s0 SO2 Massenstrom im Reingasstrom nach REA kg a m REG CO CO Massenstrom im Reingasstrom nach REA kg a INREG N N gt Massenstrom im Reingasstrom nach REA kg a m RAG CO CO2 Massenstrom im Rauchgas kg a nach Gl 66 Kapitel 5 4 2 3 Aco so Koeffizient f r die CO gt Bildung kg kg Mra N N gt Massenstrom im Rauchgas kg a nach Gl 70 Kapitel 5 4 2 3 HLo Massenanteil an Sauerstoff in trockener Luft F r die Berechnung der Stoff und Energiestr me in der Rauchgasreinigung werden hier f r die Abscheidegrade von Staub und SO aus dem Rauchgasstrom vereinfacht konstante Werte eingesetzt die sich daran orientieren dass die gesetzlichen Anforderungen an die Emissions werte im Reingas eingehalten werden k nnen Schwankungen des Volumenstroms und der Frachten im Rauchgas werden nicht ber cksichtigt Die Massenstr me der Rauchgas Komponenten CO NO O gt H gt O und Flugasche bleiben in der REA konstant Aus den Komponenten Massenstr men ergibt sich der Gesamtmassenstrom des Reingases prc nach Gl 147 Marg sp cu T rec co T MREG n TREG NO Gl 147 Mpgc so reG o T IRpgG u o REG FA Hier co Mpac co Gl 67 MREG no z M RAG NO Gl 71 MREG o MRaG o Gl 72 REG H 0 TRAG H O GI 69 REG FA Mea EF Out Gl 131 F r die Berechnung des Energieaufwandes zur Entschwefelung des Rauchgases wird Gl 14
85. 5 Ergebnis bersicht f r die Grubenwasserreinigung Oberfl chenwasser rima wasser Tua ohne DB mit DB ohne DB mit DB ohne DB ohne MU ohne MU mit MU mit MU ohne MU Vow m a 17 300 000 17 300 000 17 300 000 17 300 000 80 710 000 Am t a 34 5 34 5 34 5 34 5 161 3 ur cao Va 0 0 7 189 2 7 189 2 0 Tyg cao t a 20 366 2 18 078 2 14 735 2 12 467 2 11 404 9 rmc o t a 20 366 2 18 078 2 21 924 4 19 656 3 11 404 9 m t a 27 840 4 27 840 4 13 920 2 13 920 2 23 322 9 Van ou ma 11 281 10 023 12 156 10 898 6 323 r cwr MWh a 1 304 2 308 1 227 2 232 4 989 Nicht intendierte Outputs Van m a 15 406 744 15 608 412 15 945 051 16 146 694 79 655 995 May re Wal 34 6 34 6 34 6 34 6 161 4 May soz Val 40 063 2 40 591 1 39 520 9 40 024 2 60 539 8 Ty ca Wal 0 0 5 138 2 5 138 2 0 Mvp cq t a 8 057 8 8 057 8 4 047 5 4 047 5 7 587 9 Taw ca Wal 15 929 3 15 929 3 17 057 2 17 057 2 7 587 9 mpg co Val 0 1 779 9 0 1 779 9 0 itp t a 26 239 6 26 239 6 13 119 8 13 119 8 21 981 8 Ae t a 0 0 10 248 9 10 248 9 0 M iew soz Wal 4 916 8 4 388 7 3 356 2 2 852 9 799 8 M ameaga Wal 16 191 8 12 143 8 16 191 8 12 143 8 1 406 6 TMarw reon t a 21 486 7 21 486 7 10 793 7 10 793 7 19 621 6 Aen t a 1 926 518 0 1 719 545 0 1 379 614 5 1 172 666 1 1 073 235 8 129 Die Grubenw sser selbst sind nicht intendierte Outputs des Tagebaubetriebs Alle Outputs die die GWR verlass
86. 5 zusammengefasst sind werden 1 183 kg COo MWh und 0 8 kg SO MWh als gasf rmige Emissionen freigesetzt In Fallbeispiel2 wird der Energiebedarf f r das Abscheiden und Verdichten von CO mitber cksichtig Mit dem Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle k nnen in diesem Fall aus einer Tonne Braunkohle derselben Qualit t nur 473 7 kWh an elektrischer Energie bereitgestellt werden Der Netto Wirkungsgrad des Gesamtsystems wird auf 19 7 reduziert F r die Erzeugung einer Megawattstunde elektrischer Energie m ssten in diesem Fall 2 1 t Braunkohle abgebaut gef rdert und verstromt werden Dazu m ssten 14 8 m Abraum bewegt und 13 9 m Grubenwasser gereinigt werden 13 5 m Reinwasser m ssten mit einer Fracht von 14 3 kg Sulfat abgeleitet und 426 kg Alkalisches Eisenhydroxid Wasser als Schlamm aus der Grubenwasserreinigung deponiert werden Mit 209 kg CO MWh und 0 2 kg SO MWh w rde deutlich weniger CO und SO emittiert als in Fallbeispiel 1 Die Berechnungen zeigen dass fast die 1 8 fache Menge an qualitativ gleichwertiger Rohbraun kohle abgebaut gef rdert und verstromt werden m sste um mit dem Gesamtsystem zur Gewinnung und Verstromung von Braunkohle in einem konventionellen Dampfkraftwerk das mit Anlagen zur Abscheidung und Verdichtung von 90 des CO aus dem Reingasstrom nachger stet wird denselben Betrag an elektrischer Energie bereitstellen zu k nnen wie ohne CO gt Abscheidung und Verdichtung In Zusammenhang
87. 6 S 503 Singer P C Stumm W Acidic mine drainage The rate determining step In Sciene 167 1979 S 1121 1123 Starke P H Analyse von Petri Netz Modellen Stuttgart Teubner 1990 158 Statistik der Kohlenwirtschaft e V Datenangebot Statistik der Kohlenwirtschaft zum Download Essen K ln 2009 http www kohlenstatistik de abgerufen am 24 09 2009 Steinmetz R Schematische Gegeniiberstellung von Schaufelradbagger Band Absetzer Betrieb und Forderbriickenbetrieb bei der Abraumgewinnung und verkippung in Braunkohletagebauen in Braunkohle 1992 3 S 5 7 Stelter K Die VO mineralische Abf lle im Kontext der geplanten nderung der Abfallrahmenrichtlinie In Frenz W Hrsg Bergbauliche Abf lle und Emissionshandel Clausthal Zellerfeld GDMB 2007 S 45 56 Strau K Kraftwerkstechnik zur Nutzung fossiler nuklearer und regenerativer Energiequellen 5 v llig aktualisierte und erg nzte Aufl Berlin Heidelberg New York Springer 2006 Strzodka K Slaby D Aufgaben zur rationellen Energieanwendung und Gestaltung der Hilfsprozesse in Tagebauen In Neue Bergbautechnik 20 1990 4 S 134 139 Strzodka K u a Autorenkollektiv Tagebautechnik Band I Leipzig VEB Deutscher Verlag f r Grundstoffindustrie 1979 Strzodka K u a Autorenkollektiv Tagebautechnik Band II Leipzig VEB Deutscher Verlag f r Gru
88. 7 01 03 08 01 03 09 01 03 10 01 03 10 01 01 03 10 02 01 03 10 03 01 03 10 04 01 03 11 Bezeichnung bergbauliche Gewinnung Aufschluss Ausrichtung Vorrichtung Abbau Gewinnung Vorfeldber umung R ckbauen von Geb uden Stra en und sonstigen Bauwerken Gel nde absuchen z B nach Metallteilen Roden von Forstfl chen Ber umen von Altlasten Kiesgruben etc im Sonderbetrieb L sen von Festgestein Bohren Sprengen Aufrei en Fr sen L sen von Lockergestein L sen und Laden von Lockergestein mit mobilem Ger t Kombiger te L sen und Laden von Lockergestein mit gleisgebundenem Ger t Kombiger t Laden Laden von Hand Laden mit mobilem Ger t Kombiger t Laden mit gleisgebundenem Ger t Abbauf rderung Abbauf rderung mit mobilem Ger t Kombiger t Zugf rderung Gurtf rderung F rderung mit Wagengestell F rderung mit Gef Skip Pneumatische F rderung in Rohrleitungen Hydraulische F rderung in Rohrleitungen Kontinuierliche Bandf rderung im Tagebau Diskontinuierliche SKW F rderung im Tagebau Bewettern Luftzufuhr Abluftabfuhr Entstauben Gas absaugen Klimatisieren Wasserhaltung Sperren der Wasserzufl sse Fassen der Wasserzufl sse Wasserf rderung Wasserbehandlung Gebirgssicherung 177 01 03 11 01 01 03 11 02 01 03 11 03 01 03 12 01 03 12 01 01 03 12 02 01 03 12 03 01 03 12 04 01 03 12 05 01 03 12 06 01 03 13 01 03 13 01 01 03 13 02 01 03 13 03 01 03 13 04 0
89. 8 aufgestellt Ex pea Gg pea Oper 790 1 TE Gl 148 mit E E REA Hilfsenergie f r den Betrieb der REA kJ a Qe REA spezifische Koeffizienten f r den Energiebedarf der REA kJ kg MpaG so SO2 Massenstrom im Rauchgas kg a nach Gl 68 Kapitel 5 4 2 3 114 5 4 3 Inputs und Outputs beim Kraftwerksbetrieb Tabelle 10 fasst die Inputs und Outputs des Stoff und Energiestromnetzes Kraftwerksbetrieb zusammen Tabelle 10 Inputs und Outputs f r das Stoff und Energiestromnetz Kraftwerksbetrieb Inputs Outputs MpBK Rohbraunkohle kg a t a W bereitgestellte elektrische Leistung MW PEnetto Mc C Massenstrom kg a t a Nicht intendierte Outputs My H Massenstrom kg a t a Merc Reingas Massenstrom insgesamt kg a t a Ms S Massenstrom kg a t a MREG af Reingas Massenstrom aschefrei kg a t a My N Massenstrom kg a t a M REG CO CO Massenstrom kg a t a mo O Massenstrom kg a t a MREG co CO Massenstrom kg a t a My Wasser Massenstrom kg a Mrz N N2 Massenstrom kg a t a t a INA Asche Massenstrom kg a Die wo NO Massenstrom kg a t a t a MREG sO SO Massenstrom kg a t a MREG o O Massenstrom kg a t a M vB Verbrennungsluft kg a m a Mres H 0 H 0 Massenstrom kg a t a Ves Kiihlwasser m a REG FA Flugasche Massenstrom kg a t a Mur Feuerraumasche kg a t a AH Ge Enthalpiestrom der Feuerraumasche kJ a
90. Abbildung der hierarchischen Systemstruktur zur Einbeziehung von Prozessmodellen und die darauf aufbauende Datenausgleichsrechnung gut geeignet ist Durch den Einsatz des Modells in der Praxis k nnen die Modellparameter sukzessive an die realen Steuerungs und Prozessparameter angepasst werden Umberto bietet au erdem M glichkeiten zur Kostenrechnung und zum Ein binden verschiedener Bewertungsmethoden was f r die Weiterentwicklung der Methodik insbesondere im Hinblick auf die Bewertung der nicht intendierten Outputs von Bedeutung sein kann Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Software Umberto zur Umsetzung des Modells und zur Berechnung der nicht intendierten Outputs eingesetzt 2 3 2 Zur Bewertung Keine der in Kapitel 2 2 vorgestellten Bewertungsmethoden ist allein zur Bewertung der nicht intendierten Outputs geeignet Bei der Bewertung nicht intendierter Outputs sollen nicht die Auswirkungen auf die Umwelt im Vordergrund stehen sondern vielmehr die detaillierte prozessgenaue Zuordnung der Stoff und Energiestr me insbesondere die der nicht intendierten Outputs und ihrer Auswirkungen auf den Betrieb Die Orte und Bedingungen f r ihre Entstehung sollen aufgedeckt und ihre Relevanz nach bestimmten Kriterien bewertet werden damit Ansatzpunkte f r Ma nahmen zu ihrer Verminderung oder Vermeidung abgeleitet werden k nnen Die Ermittlung nur einer oder weniger Ma zahlen f r die Bewertung der z T sehr unterschiedlichen Bereiche und
91. B in Form elektrischer Energie und Abw rme Bei den an Stoffstr me gebundenen Energien handelt es sich um thermische und chemische Energien Sie k nnen mit Hilfe von Informationen zu den einzelnen Stoffstr men ermittelt werden Die W rmeinhalte der Stoff str me lassen sich ber thermodynamische Zustandsgr en wie Druck Temperatur und Enthalpie oder ber Stoffwerte wie spezifische W rmekapazit ten und Heizwerte berechnen Bei den energetischen Betrachtungen in einem Bergbaubetrieb spielen die Grubenwetter in Tiefbaubetrieben eine besondere Rolle Der Umsatz elektrischer Energie in W rme kann mittels Wirkungsgraden von Maschinen und Apparaten berechnet werden Potentielle und kinetische Energie Verbrennungs und Reaktionsw rme lassen sich in Arbeit und W rme umrechnen Effekte wie W rmeleitung W rme bergang und W rmestrahlung dienen eventuell zur Berechnung von Energieinhalten Licht Vibrationen und Schall stellen zwar nicht intendierte Outputs dar spielen aber bei der Erstellung von Energiebilanzen nur eine untergeordnete Rolle Sie m ssen durch Messungen in definierten Abst nden zu ihren Quellen bestimmt und gesondert angegeben werden Per Definition ist bereits festgelegt welche Stoff und Energiestr me nicht intendierte Outputs sind Alle Outputs die nicht Produktionsziel eines Betriebes bzw eines Prozesses sind werden als nicht intendierte Outputs klassifiziert Bielig et al 2005 2007 2 1 3 Modellbildung Als M
92. Braunkohle im Jahr 2007 einen Anteil von 39 3 an der inl ndischen Prim renergiegewinnung Insgesamt wurden in Deutschland 2007 165 2 Mio t 91 6 an die tagebaunahen Kraftwerke zur Stromerzeugung sowie in kleine Industrie oder Heizkraftwerke regionaler Energieversorger als Brennstoff geliefert Die Herstellung veredelter Brennstoffe f r den W rmemarkt wie z B Briketts Koks Brennstaub und Wirbelschichtkohle spielen nur eine untergeordnete Rolle Braunkohle wird vorwiegend zur Grundlaststromerzeugung eingesetzt Sie hat eine besondere Bedeutung f r die Strombereit stellung in Deutschland weil sie der einzige heimische fossile Energietr ger ist der ausreichend verf gbar und ohne Subventionen wirtschaftlich nutzbar ist Abbildung 7 verdeutlicht die Stellung der Braunkohle in der deutschen Energiewirtschaft Kaltenbach amp Maa en 2008 Prim renergiegewinnung Prim renergieverbrauch Bruttostromerzeugung 141 1 Mio t SKE 482 1 Mio tSKE 523 8 TWh 109 0 7 114 3 0 5 2 14 5 32 7 g 30 15 8 05 E Braunkohle IB Steinkohle Mineral l B Erdgas Wasserkraft und Windkraft El Kernenergie Sonstige 1 kg SKE Steinkohleeinheit entspricht 29 308 kJ Abbildung 7 Angaben zur Energiewirtschaft in Deutschland 2007 Statistik 2009 Zur Beurteilung der Kohle wird zwischen Rohkohle sowie der wasser und aschefreien Substanz Reinkohle unterschieden Rohkohle enth lt brennbare und nicht brennbare Besta
93. Braunkohlekraftwerke erfolgt von Halden oder Bunkern aus Bevor die Rohbraunkohle verfeuert wird durchl uft sie mehrere Aufbereitungsschritte Sie wird homogenisiert gemahlen und dabei getrocknet Rohbraunkohle wird ber Fallsch chte M hlen zugeteilt die meist am Kesselfu angeordnet sind F r die Mahlung von Rohbraunkohle werden blicherweise Schlagradm hlen eingesetzt ber R cksaugsch chte wird von den M hlen hei es Rauchgas aus dem Feuerraum angesaugt womit ein Teil des Wassers aus der Rohbraunkohle verdampft wird Mahltrockung Die dabei entstehenden Br den werden zusammen mit dem aufgemahlenen Kohlenstaub unter Zugabe vorgew rmter Verbrennungsluft durch das Brennermaul kontinuierlich in den Feuerraum eingeblasen Die gesamte Mahlanlage wird unter Inertgas Rauchgas gehalten Kurtz et al 2005 Strau 2006 Abbildung 16 zeigt die Mahltrocknung schematisch 41 Rauchgas und Briiden heiBes Rauchgas Kohle Rohbraunkohle Rauchgas und Briiden Abbildung 16 Schema der Mahltrocknung Buschsieweke 2006 3 6 2 Feuerung Die heute blichen Gro kesseleinheiten arbeiten berwiegend mit Staubfeuerung Die Staub feuerung toleriert schwankende Brennstoffqualit ten Mit ihr ist es m glich auf Belastungs schwankungen sofort zu reagieren weil Staubflammen leicht gez ndet und einfach geregelt werden k nnen Der Braunkohlenstaub verbrennt in der Schwebe Wegen seiner gro en spezifischen Oberfl che l uft die V
94. E 67 5 2 Tagebaubetrieb an usan ee Bar rae ee auto air ae eee I 68 3 23 oStoff und Enererestremmnetz uuu cheese decried ithe uuu asuy upa gus 68 32 2 Pro zessmedell n tsar a ren p iru silane De 72 5 2 2 1 Vorschnitt und Br ckenbetrieb na 72 5 2 2 2 Gr benbetriebu TEE 73 5 2 2 3 Betrieb der Hilfsger te und Fahrzeuge mit Dieselantrieb 74 5 2 2 4 aaen TEE 75 5 2 2 5 Filterbrunnenentwasserung eee eeeceseceseceseceseceseeeeeeeeneeeaeeeseecaeecaaecnaecaeeaeee 75 5 2 2 6 Oberilachenent was serung a deeg nun maqa me 76 5 2 3 Inputs und Outputs im Tagebaubetrieb AAA 76 5 3 Grubenwasserre mi Suns u u un an up e a a Lilian 77 5 3 1 Stoff und Energiestromnetz 2 0 0 cecceesseceeeceeeeceeesaeceeneeceaeeeesaecseaeeceeeeecsaeceeaaeceeaeeees TI 38 2 Prozessmodellen u ne SS q A m suya u h masa m a bs 80 5 3 2 1 Zulauf und Druckbel tftung a sassssisqasaskaqasashitaseasqissekasssdasasssiqaea 80 5 3 2 2 Mikrobiologische Eisen ID Umwandlung 81 5 3 2 3 Chemische Eisen II Oxidation durch Neutralisation und Bel ftung 82 5 3 2 4 Kalkmilch ufbereitung r e ae RT anne 85 5 3 2 5 Flockung und Sedimentation a a 86 5 3 2 6 Ablauf und Bescheed auqa au eege us els 87 5 3 3 Inputs und Outputs bei der Grubenwasserreinigung
95. EA nach Gl 152 wird ebenfalls ein Verbrauchs koeffizient definiert der den nicht intendierten Austrag des L sungsmittels mit dem abge schiedenen CO2 Massenstrom ber cksichtigt Der gleiche Massenstrom an MEA muss zuge f hrt werden als Ersatz f r den ausgetragenen Massenstrom Myra m M EA O Ouea co Ap Gl 152 mit MMEA m zugef hrter MEA Massenstrom t a M MEA Out ausgetragener MEA Massenstrom t a 118 Q MEA Bedarf an MEA bezogen auf abgeschiedenes CO t t 5 5 2 2 CO2 Verdichten F r die Berechnung des Energieaufwandes f r das Verdichten des abgeschiedenen CO nach Gl 153 wird ein Verbrauchskoeffizient f r elektrische Energie definiert E vpr z vor Mco AB mit E vor Qe VDT Mco AB 5 5 3 Gl 153 Energieverbrauch f r das Verdichten von CO kWh a Verbrauchskoeffizient f r elektrische Energie beim CO Verdichten bezogen auf abgeschiedenes CO kWh t Massenstrom an abgeschiedenem CO t a Inputs und Outputs beim Abscheiden und Verdichten von CO2 In Tabelle 11 sind die Inputs und Outputs f r den Kraftwerksbetrieb mit Abscheiden und Verdichten von CO zusammengefasst Tabelle 11 Inputs und Outputs f r die Stoff und Energiestromnetze Kraftwerksbetrieb und CO gt Abscheiden und Verdichten Inputs Nicht intendierte Outputs Ek AB Energieverbrauch f r das Ico AB abgeschiedener CO Abscheiden von CO aus dem Massenstrom t a Reingasstrom MWh a E E VD
96. Filterbrunnenwasser Volumenstrom m a Vorw Oberfl chenwasser Volumenstrom m a Der Regelbetrieb eines Braunkohlentagebaus mit Direkt Versturz System als Teilsystem 01 bergbauliche Gewinnung wird mit den Prozessen beschrieben die in Abbildung 26 dargestellt sind Dabei werden 01 03 Abbau Gewinnung 01 04 F rderung 01 09 Verkippen Verladen 01 10 Wasserwirtschaft und 01 16 01 Betrieb von Hilfsger ten und Fahrzeugen aus dem Subsystem erster Ordnung 01 16 Betrieb der Gesamtanlage ber cksichtigt Vorfeld ber umung Reparatur und Instandhaltung die Unterhaltung der Tagesanlagen und die abbau begleitende Rekultivierung werden im Modell nicht ber cksichtigt 01 bergbauliche Gewinnung 01 03 03 01 L sen und Laden mit Schaufelradbagger 01 03 03 02 L sen und Laden mit Eimerkettenbaggern 01 03 03 03 L sen und Laden mit Schaufelradbaggern 01 03 03 04 L sen und Laden mit Eimerkettenbaggern 01 03 Abbau Gewinnung 01 03 03 L sen von Lockergestein 01 04 F rderung 01 04 05 Tagebauf rderung 01 04 05 01 Kontinuierliche Bandf rderung H 01 04 05 04 Br ckenf rderung H 01 04 05 06 F rderung mit Bandwagen H 01 04 05 07 Kontinuierliche Bandf rderung H 01 04 05 08 Diskontinuierliche Zugf rderung 09 Verkippen Verladen 01 09 03 Verkippen im Tagebau 01 09 03 01
97. Gewinnung im Tagebaubetrieb mit F rder br ckentechnologie und Grubenwasserreinigung sowie am Beispiel der Verstromung in einem konventionellen Dampfkraftwerk mit der M glichkeit der nachgeschalteten Abscheidung und Verdichtung von Kohlendioxid werden die relevanten nicht intendierten Outputs ermittelt und zu charakteristischen Kennzahlen zusammengefasst Die Ergebnisse f r zwei Fallbeispiele zeigen dass fast die 1 8 fache Menge an gleichwertiger Braunkohle abgebaut gef rdert und verstromt werden m sste um unter Ber cksichtigung der Abscheidung und Verdichtung von Kohlendioxid denselben Betrag an elektrischer Energie bereitstellen zu k nnen wie ohne die Ber cksichtigung der Abscheidung und Verdichtung von Kohlendioxid im Gesamtsystem Die nicht intendierten Outputstr me vergr ern sich dadurch erheblich Bei Vorliegen hinreichend gro er Datenmengen lassen sich im Sinne eines Benchmarkings anhand der berechneten Kennzahlen beliebige Prozesse der bergbaulichen Gewinnung und der Verstromung bis hin zu ganzen Betrieben untereinander vergleichen Daraus k nnen Handlungsoptionen bez glich der Technikauswahl und der betrieblichen Praxis abgeleitet werden z B mit dem Ziel der Kostensenkung der Emissionsvermeidung oder der Ressourcenschonung Ferner ist es m glich f r einen konkreten Standort Optimalit tskriterien in Bezug auf die Beeinflussung der Betriebskosten und der Folgekosten des Bergbaus oder zur Verbesserung der Akzeptanz der Gewinn
98. Gl 31 mit E gebildetes CaCO kg a Tue pm Anteil an H2CO3 der in der Druckbeliiftung ausgast Acaco H co St chiometrische CaCO3 Bildung kg kg Bei Neutralisation Rkt 16 und F llung Rkt 15 mit Kalkhydrat werden Kalzium Ionen frei Die entstehende Menge wird nach Gl 32 berechnet 2 Fe 1 2 O H O 2 Ca OH lt gt 2 Fe OH 2 Ca Rkt 16 Moa NB T Ge Trei MU NM ey re Z M kw Fe Beg y re Mey pe Car pe Gl 32 mit m GENE gebildeter Ca Massenstrom kg a Tazuo Anteil an Fe der mikrobiologisch umgesetzt wird Mow pe Fe Massenstrom im Grubenwasser kg a M pw Fe Fe Massenstrom im Reinwasser kg a m Wr Fe Massenstrom im Grubenwasser kg a Die Gesamtmasse an Kalzium im Reinwasser l sst sich mit G1 33 berechnen M kw ca M ow co F Mea mu H NB GL 33 mit m RW Ca Ca im Reinwasser kg a m at Ca im zugef hrten Grubenwasser Gl 22 kg a M oa MU Ca aus mikrobiologischer Umwandlung Gl 28 kg a m cin NE Ca aus Neutralisation Gl 32 kg a F r die chemische Oxidation von Eisen II wird die Menge an O gt ber cksichtigt die sich aus der St chiometrie der Rkt 14 ergibt Daraus kann der Bedarf an Luft bestimmt werden Zur Berechnung des Luftbedarfs werden der O2 Anteil in der Luft und die Sauerstoffausnutzung des Bel ftersystems ber cksichtigt Er wird mit Hilfe von Gl 34 berechnet Die restliche Luftmenge wird als nicht inte
99. Konzepte und Instrumente zur nachhaltigen Unternehmensentwicklung Berlin MuK GmbH 2002 157 Schaltegger S Sturm A Okologieorientierte Entscheidungen in Unternehmen Okologisches Rechnungswesen statt Okobilanzierung Notwendigkeit Kriterien und Konzepte 3 Aufl Internetausgabe Basel 2000 http www uni lueneburg de umanagement csm content nama downloads download_publikationen Schaltegger_Sturm_Oekologieorientierte_Entscheid ungen pdf abgerufen am 21 05 2008 Schmidt M Keil R Stoffstromnetze und ihre Nutzung fiir mehr Kostentransparenz sowie die Analyse der Umweltwirkung betrieblicher Stoffstr me Pforzheim Fachhochschule 2002 http umwelt hs pforzheim de fileadmin dokumente 2002 Beitraege103 pdf abgerufen am 04 05 2007 Schmidt M Stoffstromnetze zwischen produktbezogener und betrieblicher Okobilanzierung In Schmidt M H uslein A Hrsg Okobilanzierung mit Computerunterstiitzung Produktbilanzen und betriebliche Bilanzen mit dem Programm Umberto Berlin u a Springer 1997 S 11 24 Schmidt M Schorb A Hrsg Stoffstromanalysen in Okobilanzen und Oko Audits Berlin u a Springer 1995 Schmidt R Rechtsgrundlagen und Genehmigungsverfahren als Rahmen bergbaulicher T tigkeit In Stoll R D Niemann Delius Ch Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Hei
100. Mio m a Eu 53 753 MWh a Um 80 71 Mio m a Ey OFE 11 522 MWh a Kam 17 30 Mio m3 a Es rop 262 336 MWh a Visi ten 98 01 Mio m3 a Dien o 180 0 t a Msp y 282 kg a Misr g 1 693 kg a Hier G 376 kg a Msp TGB 2 4 t a Mpa co 6 071 2 t a Mp 1 915 7 t a Mpa co 17 1 t a m 18 433 1 t a Hir en 250 kg a Mpa Nox 79 1 tla Mpa a 250 kg a Mpa nmvoc 250 kg a Mpa so 6 3 t a Ma RL 14 167 7 t a Mpa sr 6 6 t a Mpa 20 348 8 t a 125 6 2 Grubenwasserreinigung In diesem Kapitel werden mit dem in Umberto erstellten Netz Kapitel 5 3 die bei der Grubenwasserreinigung GWR entstehenden Stoffstr me am Beispiel zweier verschiedener Grubenw sser berechnet und die nicht intendierten Outputs angegeben Das erstellte Modell wird weiterhin dazu verwendet mehrere Szenarien der GWR zu berechnen Die Ergebnisse werden in der Auswertung diskutiert 6 2 1 Allgemeine Beschreibung In dem in Kapitel 6 1 beschriebenen Braunkohlentagebau werden an mehreren Stellen Gruben w sser gefasst und verschiedenen Grubenwasserreinigungsanlagen GWRA zugeleitet e Vow 98 010 000 m a Grubenwassermenge insgesamt davon ist Manu 80 710 000 m a Filterbrunnenwasser und o Vorw 17 300 000 m a stark belastetes Oberfl chenwasser Tabelle 14 gibt einen berblick ber die Grubenwasserstr me und ihre wichtigsten Inhaltsstoffe Komponenten Tabelle 14 Komponenten der Grubenwasserstr me M ller 2007 Janneck 2007
101. N 3 139 3 kg m 39 kg MREG NO 0 43 kg My vp 4 057 60 kg MEG SO 0 70 kg Man 119 37 m Diere o 155 54 kg VBW REA 0 01 m MREG H O 738 72 kg ML REA 14 44 kg MREG FA 0 03 kg Mcaco rEA 20 76 kg MN pF 8 34 kg E Kw 102 34 kWh AH p 7 840 KJ 368 MJ MFA EF 33 33 kg AH EF 3 638 kJ Man 119 37 m3 AH k RK 2 518 845 kJ Mcaso x2H 0 35 71 kg QRK 3 990 036 kJ Qv rz 86 400 kJ Ou KE 71 822 kJ Eege 7 425 kJ Ou vn 109 294 kJ Ong 59 460 kJ Qn z 35 379 kJ 171 172 Ou swe Ou zc Ou HT Ou vr Ou vr Qy GE Ou T Qy K P Ou cr Ou RAGK Ou FUxw 45 008 kJ 14 815 kJ 81 672 kJ 51 312 kJ 130 864 kJ 35 054 kJ 31 019 kJ 27 866 kJ 646 kJ 83 651 kJ 871 687 kJ 0 001 m Tabelle 26 Kennzahlen fiir die Bewertung der nicht intendierten Outputs aus dem Kraftwerks betrieb mit CO2 Abscheidung und Verdichtung bezogen auf 1 t Rohbraunkohle Inputs Outputs bezogen auf 1 t RBK bezogen auf 1 t RBK Err 840 42 kWh 3 026 MJ Nicht intendierte Outputs bezogen auf 1 t RBK Er AB 248 98 kWh Mco AB 889 21 kg E vor 99 59 kWh MMEA Out 1 33 kg Ep Kw 115 08 kWh MAG af 4 133 96 kg Ven sr 0 01 m3 IA co 98 80 kg My REA 15 13 kg M4G s0 0 07 kg Mcaco rea 21 74 kg Mcaso x2H 0 37 40 kg M MEA In 1 33 kg Ou 917 057 kJ co REG 988 01 kg FUAB VDT 0 001 m2 173 Tabelle 27 Kennzahlen fiir die Bewertung der nicht intendierten Outputs des Gesamtsystems Gewinnung und Verstromung von Braunkohle
102. Nicht intendierte Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle vorgelegt von Diplom Ingenieurin Tina Bielig aus Berlin von der Fakult t III Prozesswissenschaften der Technischen Universitat Berlin zur Erlangung des akademischen Grades Doktorin der Ingenieurwissenschaften Dr Ing genehmigte Dissertation Promotionsausschuss Vorsitzender Prof Dr rer nat W Rotard Gutachter Prof Dr Ing H Z Kuyumcu Prof Dr C Drebenstedt Tag der wissenschaftlichen Aussprache 16 April 2010 Berlin 2010 D 83 ISBN 978 3 7983 2232 5 Druckausgabe ISBN 978 3 7983 2234 9 Online Version Bildnachweis Umschlagseite Bundesverband Braunkohle DEBRIV 2010 Druck Printing Endformat Gesellschaft fiir gute Druckerzeugnisse mbH K penicker Str 187 188 10997 Berlin Kreuzberg Vertrieb Publisher Universit tsverlag der TU Berlin Universitatsbibliothek Fasanenstra e 88 im VOLKSWAGEN Haus D 10623 Berlin Tel 030 314 76 131 Fax 030 314 76 133 E Mail publikationen ub tu berlin de http www univerlag tu berlin de Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand w hrend meiner T tigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut f r Prozess und Verfahrenstechnik Fachgebiet Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitung der Fakult t III der Technischen Universit t Berlin Mein besonderer Dank gilt Herrn Professor Dr Ing Halit Z Kuyumcu f r seine wertvollen Anregungen und seine freundliche Unterst
103. Non Intended Outputs in the Mining Industry In CLEAN Soil Air Water A Journal of Sustainability and Environmental Safety 35 2007 4 S 370 377 149 Bielig T Kuyumcu H Z Hennig W Entwicklung einer Methode zur Erfassung und Bewertung von nicht intendierten Outputs in Bergbaubetrieben A In World of Mining Surface amp Underground 57 2005 5 S 327 335 Brandt F Brennstoffe und Verbrennungsrechnung Essen Vulkan Verlag 1981 Braunschweig A Miiller Wenk R Okobilanzen fiir Unternehmungen eine Wegbegleitung f r die Praxis Bern Stuttgart Wien Haupt 1993 Briem S Blesl M Corradini R Eltrop L Fahl U G rzenich D Krewitt W Ohl M M rschner J Richter J Tryfonidou R Viebahn P Vo A Wagner H J Lebenszyklusanalysen ausgew hlter zuk nftiger Stromerzeugungstechniken D sseldorf VDI 2004 Bundesanstalt f r Geowissenschaften und Rohstoffe BGR Hrsg Reserven Ressourcen und Verf gbarkeit von Energierohstoffen 2007 _ Hannover 2008 _ http www ber bund de cln_101 nn_323902 DE Themen Energie Downloads Energiestudie__ Kurzf__2007 templateld raw property publicationFile pdf Energiestudie_Kurzf_2007 pdf abgerufen am 10 12 2008 Bundesberggesetz BBergG vom 13 August 1980 In BGBl I S 1310 zuletzt ge ndert durch Artikel 11 des Gesetzes vom 9 Dezember 2006 In BGBl I S 2833 Bundes Bodenschutz
104. Rauchgas Massenstrom kg a MAG EF In ise nach Gl 75 Kapitel 5 4 2 3 Ou Er Verlust W rmestrom Staubabscheiden kJ a Neg Wirkungsgrad des Elektrofilters Der nach dem Staubabscheiden nutzbare W rmestrom im Rauchgas wird nach Gl 135 berechnet Der Enthalpiestrom der Flugasche berechnet sich nach Gl 136 und der Enthalpiestrom der Filterasche nach Gl 137 m m i QN er Oun On vw ou more E pp Gl 135 IM RAG EF In II tor lm AH a F ou AH A gcooua w Ee ep GI 136 MRAG EF In s Ter HI AH ra gr AH za Eco 0u Np Eger Gl 137 M RAG EF In mit Oy EF Out nutzbarer W rmestrom nach Staubabscheiden kJ a Orci i nutzbarer W rmestrom nach Luftvorw rmung Gl 88 kJ a MRAG EF In Rauchgas Massenstrom kg a MRAG EF m 7 Mprag nach Gl 75 Kapitel 5 4 2 3 Mra EF Au Flugasche Massenstrom vor Staubabscheiden kg a fpa cen Maa pA nach Gl 74 Kapitel 5 4 2 3 AH FA EF Out Enthalpiestrom der Flugasche nach Staubabscheiden kJ a AH rs geco Flugasche Enthalpiestrom nach Economizer Gl 105 kJ a AH A EF Enthalpiestrom der abgeschiedenen Flugasche Filterasche kJ a Bevor das Rauchgas entschwefelt wird wird es abgek hlt Rauchgask hlung Der frei werdende W rmestrom wird zur Vorw rmung der Verbrennungsluft genutzt Die Enthalpie der im Rauchgas verbliebenen Flugasche bleibt f r die Luftvorw rmung unber cksichtigt Die Mindestenthalpie des w
105. Steuerung verfahrenstechnischer Systeme beschreibt z B Hanisch 1992 62 Aufbau und Funktionsweise der Software werden im Folgenden kurz beschrieben Umberto ist in den Sprachen Delphi und C programmiert und nutzt eine relationale Datenbank Oracle zur Verwaltung der Daten Das Programm besteht aus mehreren Komponenten zwischen denen Schnittstellen definiert sind die auch von anderer Software genutzt werden k nnen Eine Verkn pfung mit anderen Programmen ist dadurch m glich was z B zum Einbinden neuer Modelle oder f r den Datenaustausch genutzt werden kann Der Kern von Umberto besteht in der Stoffstromrechnung die wesentlich auf der Struktur und Definition der Netzelemente aufbaut Um diesen Kern gruppieren sich die Programmkomponenten wie z B f r die Leistungsverrechnung die auf die Stoffstromberechnung aufsetzt und dazu Angaben ber Kostenarten und oder Allokationsregeln in den Prozessen ben tigt Andere Programm komponenten werden f r die Auswertung und Darstellung der Ergebnisse eingesetzt Zu Umberto geh rt au erdem eine umfassende Bibliothek in der nicht nur die Daten der erstellten Stoff und Energiestromnetze als Projekte abgespeichert werden sondern auch zahlreiche Datens tze in komplexen Datenstrukturen als Module hinterlegt sind wie z B Modelle zur Beschreibung von Produktions und Umwandlungsprozessen sowie Bewertungsmethoden und Kennzahlensysteme die in Stoff und Energiestromnetze eingebunden bzw zur Ausw
106. Stickoxide NO Schwefeldioxid SO2 und Staub als nicht intendierte Outputs im 74 Dieselabgas berechnet Zus tzlich wird der Luftbedarf ber die Gesamt Massenbilanz der Verbrennung des Dieselkraftstoffs berechnet Aus den Massenstr men der Komponenten und der Restluft aus der Verbrennung des Diesel Kraftstoffs wird nach Gl 17 der Gesamt Massenstrom an Dieselabgas berechnet Hour Er Mp H Gl 16 Mp De igh MAI Gl 17 K mit Mp Massenstrom an Dieselabgas kg a mpag Komponenten Massenstr me im Dieselabgas kg a Ex nutzungsgradbezogene Emissionsfaktoren fiir die Komponenten kg kJ Mp ben tigte Menge an Dieselkraftstoff nach Gl 15 kg a Mp Restluft kg a H unterer Heizwert des Dieselkraftstoffs kJ kg 5 2 2 4 Zugf rderung Die Rohbraunkohle aus dem Grubenbetrieb wird in Z ge verladen und zum tagebaunahen Braunkohlenkraftwerk gef rdert Hier wird angenommen dass dazu elektrisch betriebene Z ge eingesetzt werden F r die Berechnung des elektrischen Energiebedarfs der kontinuierlichen Zugf rderung nach Gl 18 wird ein Verbrauchskoeffizient definiert der sich auf die Masse der gef rderten Rohbraunkohle bezieht Ex zr Gg zr Hien Gl 18 mit Ep zr Energiebedarf f r die Zugf rderung kWh a p zr Verbrauchskoeffizient f r elektrische Energie im Grubenbetrieb kWh t Mppx Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle t a 5 2 2 5 Filterbrunnenentw sserung Bei der Filterbrunnenentw sserung wird der
107. T Energieverbrauch fiir das M MEA Out ausgetragener MEA Verdichten des abgeschiedenen Massenstrom t a CO MWh a E EKW Eigenenergiebedarf f r m AC att Abgas Massenstrom wasser Kraftwerksbetrieb MWh a und aschefrei kg a Vy REA REA Betriebswasser m3 a m AG CO CO gt Massenstrom im Abgas kg a My REA REA Luft kg a m a MG so SO gt Massenstrom im Abgas kg a Mcaco REA REA Kalk kg a t a Mcaso x2n o Gips kg a MMEA m MEA t a Ov Verlust W rmestrom insgesamt kJ a Mco REG CO Massenstrom im Reingas t a 119 120 6 Fallbeispiele f r die Berechnung nicht intendierter Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle In diesem Kapitel werden die nicht intendierten Outputs die bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle entstehen beispielhaft berechnet f r die bergbauliche Gewinnung der Braunkohle in einem Tagebaubetrieb mit Direkt Versturz System und ihre Verstromung in einem grubennahen konventionellen Dampfkraftwerk Diese Betriebsvariante findet sich beispielsweise im Lausitzer Braunkohlenrevier Werte f r die in Kapitel 5 definierten Modellparameter und Daten f r den Tagebau und Kraftwerksbetrieb werden aus der Literatur entnommen 6 1 Braunkohlentagebau mit Direkt Versturz System Zun chst wird ein Braunkohlentagebau mit Direkt Versturz System beschrieben Auf dieser Grundlage werden die Stoff und Energiestr me mit dem in Umberto erstellten Netz f r den Tagebaubet
108. Tagebauen J nschwalde Cottbus Nord und Welzow S d im Land Brandenburg sowie im s chsischen Tagebau Nochten abgebaut Es ist geplant den gestundeten Tagebau Reichwalde in Sachsen 2010 wieder anzufahren Die Tagebaue in der Lausitz haben eine Teufe zwischen 80 und 120 m Die Lausitz ist von Heide und Waldlandschaft gepr gt mit vorwiegend eiszeitlichen Sandb den In der Lausitz sind vier Braunkohlenfl ze ausgebildet Der erste Fl zhorizont ist bereits weitestgehend ausgekohlt Lausitzer Oberfl z Der zweite Fl zhorizont ist eben bis flachwellig gelagert hat eine M chtigkeit von 8 bis 14 m und befindet sich in Teufen von 30 bis 100 m Der 27 dritte Lausitzer Fl zhorizont ist kaum abbauw rdig Der vierte Fl zhorizont hat eine M chtigkeit von bis zu 12 m und befindet sich in Teufen von 160 bis 220 m Wegen der Teufenlage und Grundwassermineralisationen ist er zurzeit nicht wirtschaftlich abbaubar Das Deckgebirge besteht aus Lockergestein mit wechselndem Anteil bindiger Bodenarten Auf Grund der lagerst ttenseitigen Gegebenheiten gleichm ige Ablagerung der Kohle in geringer Tiefe werden im Lausitzer Revier Direkt Versturz Systeme eingesetzt Kapitel 3 3 3 Die Braunkohle wird v a in den Kraftwerken der Standorte J nschwalde und Schwarze Pumpe in Brandenburg sowie am Standort Boxberg in Sachsen verstromt Im Lausitzer Revier wurden bis Ende 2006 etwa 83 000 ha Fl che durch den Braunkohlenbergbau in Anspruch genommen
109. Thieme 1988 Loew T Fichter K M ller U Schulz W F Strobel M Ans tze der Umweltkosten rechnung im Vergleich Vergleichende Beurteilung von Ans tzen der Umweltkostenrechnung auf ihre Eignung f r die betriebliche Praxis und ihren Beitrag f r eine kologische Unternehmensf hrung Berlin 2003 http www umweltdaten de publikationen fpdf 1 2428 pdf abgerufen am 04 12 2007 154 Loew T Strobel M Stoff und Energieflussorientierte Kostenrechnung In Bundes ministerium fiir Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU Umweltundesamt UBA Hrsg Handbuch Umweltcontrolling 2 Aufl M nchen Vahlen 2001 S 523 536 Lottermoser B G Mine Wastes Characterization Treatment Environmental Impacts 2 Ed Berlin Heidelberg Springer 2007 Liider K vom Berg W Klein U Puch K H Energiewirtschaftliche Nebenprodukte im Rahmen der Verwertungsverordnung f r Abf lle A In Frenz W Hrsg Bergbauliche Abf lle und Emissionshandel Clausthal Zellerfeld GDMB 2007 S 107 115 Maa en U Schiffer H W Die deutsche Braunkohle im Energiemix Gewinnung und Nutzung der Braunkohle im Jahr 2006 In Stoll R D Niemann Delius Ch Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Heidelberg Springer 2009 S 35 51 Maibach M Sieber N Bertenrath
110. UR ASN IO A ordjewug ep at S1319ug YOSIY A IA CLaccre I q fIOTH6IOP S A c 1H9c88 1 01H9 6S 6 gt L DI 639165 6 fA 7138E09 1 Q ID nazori PI TTISTOT I a1S1oug uostupuo w ordeu q Jdureq sojyuuedsyugq ordeu q I ssem stodg aidjeyjug jJdureq zuq Qnjosqe y muuarg IA CIAPILY s DI TTA6YLEL DEELER PIPIALESSI fICTIHISAT S I 71H9990 T adem un GURAMZInN O ardjemug ayasy ug Mmsesyoney pururtu O A TTA6ETS L A TTA8S8E E PITIIZSITI A EIISEFO E A EIISOFL E PI EIITSTE S A ETATTT9 9 TA cTHc909 r f EIFEOIS F TA TIISSOTS 11 IA ITITBEIF fA EIHLOO L _ fIATIACEro l gt i PL ITHc909 r wn A TIAS98T Y A ETIE6IG E DI IH6r9S 9 ie TTA8S8E E DI EIITESL 6 d DITIIEST I Drh triloei DI 11H6678 8 DI TTALEST S PI THIr80 MA IIITT A ETAE6I6 E DI T19LE89 9 fA ETAETIO I PI TTH8619 L fA TIASTIT I DI CIHEceL Y IEN A r1438670 1 Sankey Diagramm f r die Energiestr me im Braunkohlenkraftwerk Abbildung 38 138 Aus Tabelle 20 und Abbildung 38 wird deutlich dass die Stoff und Energiestr me des Kraft werksbetriebs mit dem erstel
111. Verwaltung und Transport Daraus ergeben sich folgende Vorteile e Transparenz bez glich der Mengenstr me und Kosten e strom und prozessorientierte Optimierung anstatt isolierter Bereichsoptimierung e Senkung von Materialkosten wenig transparent Rohstoffkosten bei Kostensteuerung laufender Prozesse seltener ber cksichtigt und Umweltbelastungen anstatt Personalabbau Personalkosten meist gut dokumentiert f r Unternehmensf hrung meist berragender Kostenblock Loew et al 2001 Durch Anwendung der Flusskostenrechnung werden die Kosten herausgestellt die durch Effizienzsteigerung beim Ressourceneinsatz reduziert werden k nnen Sie zielt auf eine kosten und umweltbewusste Steuerung der gesamten Prozesskette Umweltentlastungswirkungen entstehen z B durch geringeren Ressourceneinsatz und verringerte Abfallstr me BMU amp UBA 2003 Als Bewertung selbst oder als Grundlage f r eine Bewertung kann die Kategorisierung der Stoff und Energiesysteme in die Kategorien Gut bel und Neutrum dienen e G ter haben konomisch betrachtet einen positiven Marktwert ihr Besitz ist erstrebenswert 15 e bel haben einen negativen Marktwert Sie sind st rend oder sch dlich Es besteht der Wunsch sich ihrer zu entledigen und die Bereitschaft daf r Geld zu bezahlen wie z B f r die Entsorgung von Abfall e Ein Neutrum wird als wertlos angesehen Bei der Produktion werden G ter als Input verbraucht wie z B Rohstoffe Hilfs
112. _ g A inss GI 94 Pes Ou vo Qu ve NEE TI un Gl 95 101 mit Of ois oc nutzbarer W rmestrom nach Verdampfen kJ a n ve nutzbarer W rmestrom aus der Verbrennung G1 82 kJ a Myp Dampf Massenstrom kg a Jun VD Out spezifische Dampfenthalpie nach Verdampfen kJ kg ben vn ie spezifische Dampfenthalpie vor Verdampfen kJ kg f hsw vp in Ben Eent AA pac FA Enthalpiestrom der Flugasche aus der Verbrennung Gl 78 kJ a AH AVD Out Enthalpiestrom der Flugasche nach Verdampfen kJ a Oio Verlust W rmestrom aus dem Verdampfer kJ a lyp Wirkungsgrad des Verdampfers Der erzeugte Wasserdampf wird weitergeleitet zum berhitzer Die nach der berhitzung des Dampfes Frischdampf noch zur Verf gung stehende W rmemenge wird nach Gl 96 berechnet und der Enthalpiestrom der Flugasche nach Gl 97 Vom berhitzer wird ein Verlust W rmestrom als nicht intendierter Output abgegeben der mit dem Wirkungsgrad oc in Gl 98 berechnet wird On Orso SEET Ny hyD ou hyp ie Myp Gl 96 s ay AH o out AH up Oe u g AP Finse Gl 97 One QN up Om g S raing 1 n Gl 98 mit U Ou nutzbarer W rmestrom nach berhitzen kJ a ER nutzbarer W rmestrom nach Verdampfen Gl 93 kJ a Myp Dampf Massenstrom kg a hwp D Out spezifische Dampfenthalpie nach berhitzen Frischdampf kJ kg hwp 0 1n spezifische Dampfenthalpie vor dem Uberhitzen kJ kg anc m hyp A Ou AH AVD Ou
113. a bel Msw Gl 104 po AH FA ECO Out AH FA ZU Out 4 AH FA insg Gl 105 Ou eco Qy z om AH FAuinse 1 Neco Gl 106 4 mit Oy BCO Out nutzbarer W rmestrom nach Speisewasservorw rmen kJ a On SE nutzbarer W rmestrom nach Zwischen berhitzen Gl 101 kJ a AH ag Enthalpiedifferenz der Flugasche Gl 92 kJ a Hien Speisewasser Massenstrom kg a hsw Eco Out spezifische Speisewasserenthalpie nach Economizer kJ kg hsw Ec0 0ut hsw vp m hsw ECo m spezifische Speisewasserenthalpie vor Economizer kJ kg hsw zEco hsw swP Out AH FA ECO ou Enthalpiestrom der Flugasche nach Economizer kJ a AH FAZU Oui Enthalpiestrom der Flugasche nach Zwischen berhitzer kJ a Ou ECO Verlust W rmestrom vom Economizer kJ a Neco Wirkungsgrad des Economizers 104 5 4 2 7 Energieumwandlung in der Turbogruppe Hochdruck Mitteldruck und Niederdruckturbine sowie Generator werden zur Turbogruppe zusammengefasst Die Turbinen wandeln die thermische Energie des Dampfes aus der Dampf erzeugung vergleiche Kapitel 5 4 2 5 in mechanische Rotationsenergie um die im Generator in elektrische Energie umgewandelt wird Der Massenstrom des Dampfes bleibt dabei konstant Fiir die Berechnungen in dieser Arbeit wird von einer isentropen Entspannung des Dampfes ausgegangen Die Energiewandlungen in den drei Turbinenstufen werden dem Subsystem zweiter Ordnung 03 06 02 Energieumwandlung in Dampfturbinen als Elemen
114. abei werden folgende Stoffsysteme mit Inhaltsstoffen bzw Komponenten und der Energie verbrauch unterschieden e Grubenwasser H20 Fe Fe SOx Ca H 2CO3 COo e Betriebsstoffe Flockungshilfsmittel Kalkmilch CaO HO Ca OH und Grundwasser H20 Betriebswasser H20 Luft O2 Luft berschuss Restluft e Reinwasser H20 Fe Ca so e Alkalisches Eisenhydroxid Wasser AEW CaCO Fe OH H20 so e Schwertmannit Fe 6016 OH o SOx 35 als Beispiel f r Eisenhydroxisulfate EHS und e elektrische Energie Mit AEW wird hier der in der Grubenwasserreinigung anfallende Schlamm bezeichnet F r die Berechnung des Stoffstromnetzes werden der Grubenwasservolumenstrom und die Konzen trationen der Komponenten angegeben Au erdem k nnen folgende Parameter eingestellt werden e der Anteil der Kohlens ure der durch Druckbel ftung 01 10 05 ausgegast wird e der Anteil an Eisen ID der mikrobiologisch in Eisen III umgewandelt wird 01 10 06 e die Sauerstoffausnutzung der Bel fter 01 10 07 und e die R ckf hrrate an Kontaktschlamm 01 10 11 79 5 32 Prozessmodelle In den folgenden Kapiteln werden die Prozessmodelle fiir die Einzelprozesse der GWR abgeleitet und die dabei freigesetzten nicht intendierten Outputs aufgezeigt 5 3 2 1 Zulauf und Druckbeliiftung Im Subsystem 01 10 04 Zulauf werden aus den Konzentrationsangaben f r den Gruben wasserstrom nach Gl 22 die Komponenten Ma
115. aftlichen Aufwand in bestimmten F llen durch Fl cheninanspruchnahme und die Folge belastung der Altlastensanierung sogar mit volkswirtschaftlichem Aufwand verbunden sein k nnen Die Kenntnis der Quantit ten und Qualit ten der nicht intendierten Outputs in Abh ngigkeit von den Prozessen und deren Parametern ist die Voraussetzung f r technisch wirtschaftliche Ma nahmen zu ihrer Beeinflussung Bielig et al 2005 Die Gewinnung der Braunkohle die in den deutschen Braunkohlenrevieren ausschlie lich im Tagebaubetrieb erfolgt l sst sich mit dem bestehenden Systemmodell f r Bergbaubetriebe abbilden In der vorliegenden Arbeit wird ein weiteres Teilsystem in das Systemmodell integriert das die Verstromung der Braunkohle inklusive zukunftsf higer Technologien zur Abscheidung und Verdichtung von Kohlendioxid CO2 ber cksichtigt Im Vordergrund steht dabei eine prozessorientierte Vorgehensweise Die Erfassung der nicht intendierten Outputs ist die Voraussetzung f r ihre Bewertung Damit k nnen Ansatzpunkte f r Ma nahmen zur Vermeidung Verminderung Behandlung Entsorgung und oder Nutzung nicht intendierter Outputs aufgezeigt werden In Kapitel 2 der Arbeit wird die allgemeine Methodik zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs in Bergbaubetrieben beschrieben Dazu werden die einzelnen aufeinander abgestimmten Schritte der Vorgehensweise erl utert Au erdem werden die etablierten Methoden zur Bewertung von Stoff und Energies
116. agebauvorfeld ber umt werden Dabei sind insbesondere St rstoffe zu entfernen die den Grabprozess der Bagger st ren k nnen und solche die nicht auf die Abraumkippe eines Tagebaus gelangen d rfen Zur Vorfeldber umung geh ren der R ckbau von Geb uden und anderen Bauwerken wie z B Sch chte ehemaliger Tiefbauanlagen Stra en Abwasserkan le Brunnen und Leitungen das Verf llen von zum Teil dabei entstandenen Hohlr umen das Absuchen der freien Fl chen nach Metallteilen wie z B Kampfmitteln Zur Ber umung von Forstfl chen werden B ume gerodet das Holz abtrans portiert der Boden systematisch nach St rk rpern insbesondere Metallteilen abgesucht Wurzeln und Stubben zerkleinert und oder entfernt Vorhandene Altlasten oder verf llte Kiesgruben k nnen Probleme verursachen und m ssen vor der berbaggerung im Sonder betrieb ger umt werden Im Vorfeld eines Tagebaus werden auch arch ologische Ausgrabungs arbeiten durchgef hrt Bertrams amp Witzel 2009 Unter Abbau wird das L sen des Gesteins aus dem nat rlichen Gebirgsverband verstanden d h die Zerkleinerung in St cke oder Sp ne die mit Hilfe von Gewinnungs und Verladeger ten auf das F rdermittel aufgegeben werden Die Abbautechnologien lassen sich nach Abbau im Lockergestein und Abbau im Festgestein unterscheiden Unter Lockergestein werden die Gesteinsarten verstanden die unmittelbar mit Gewinnungsger ten wie kontinuierlich arbeiten den Ein oder Mehrgef bag
117. al 2006 Lottermoser 2007 82 Zus tzlich muss die bei der Oxidation der Eisen II Ionen Rkt 12 und der Hydrolyse der Eisen III Ionen Rkt 13 Rkt 14 frei werdende S ure neutralisiert werden Ein weiterer Bedarf an Kalkmilch ergibt sich durch die Mitf llung von im Grubenwasser bereits enthaltenem Eisen IID Rkt 15 Der Bedarf an Neutralisationsmittel wird hiermit etwas bersch tzt weil ab pH gt 2 5 Anteile von Eisen III hydrolysiert vorliegen als Fe OH und Fe OH Die Absch tzung hat sich jedoch in der Praxis bew hrt Janneck et al 2007 2 Fe 3 Ca OH lt gt 3 Ca 2 Fe OH Rkt 15 Hier wird angenommen dass das Eisen II unabh ngig von der Zulaufkonzentration bis auf eine geringe Restkonzentration vollst ndig in Eisen III umgewandelt wird Es verbleibt ein Massenstrom an Eisen II im Reinwasser der mit Gl 29 berechnet wird IM kw Fe T Rw Fe Vow Gl 29 2 mit Huer Fe Fe Massenstrom im Reinwasser kg a 2 3 CRW Fe Fe Konzentration im Reinwasser kg m Vow Grubenwasser Volumenstrom m3 a Im Anschluss werden das gebildete Eisen III und das im Grubenwasser vorhandene Eisen IID vollst ndig in Eisenhydroxid Fe OH 3 umgewandelt Andere Schwermetalle werden mitgef llt Die Ber cksichtigung von r ckgef hrtem Kontaktschlamm ist im Modell vorge sehen wird hier aber nicht angewendet Das bel ftete und neutralisierte Grubenwasser Eisen hy
118. ampferzeuger sind Systeme aus Verdampfer berhitzer Zwischen berhitzer Economizer und Luftvorw rmer Der berhitzer hat die Aufgabe den Dampf auf die geforderten Temperaturen zu bringen Die Zwischen berhitzung ist ein an den Hochdruckprozess angeschlossener Teilprozess Nach der Teilentspannung in der Hochdruckturbine wird der Dampf zum Kessel zur ckgef hrt und im ebenfalls rauchgasbeheizten Zwischen berhitzer wieder in etwa auf die gleiche Temperatur wie der Hochdruckdampf erhitzt Der Economizer entzieht als Letzter im Kessel dem hei en Rauchgas einen Teil seiner verbliebenen W rme und w rmt damit das Speisewasser vor Abbildung 17 zeigt den Weg des Rauchgases durch das Kraftwerk Schwab 2006 Strau 2006 42 vorgew rmte Luft vorgew rmte Luft ZU LI Ver Rohbraun 1 dampfer kohle N Filterasche Gips Feuerraumasche 1 Brennstofflager 3 Kesseleinheit 5 Staubfilter 7 Gebl se 2 Kohlem hlen 4 Luftvorw rmer 6 Entschwefelungsanlage 8 Kamin Eco Economizer berhitzer Z Zwischen berhitzer Abbildung 17 Weg des Rauchgases nach Kugeler amp Phlippen 1993 3 6 4 Energieumwandlung in der Turbogruppe Die Erzeugung elektrischer Energie durch Energieumwandlung in der Turbogruppe erfolgt in mehreren Stufen In hintereinander geschalteten Turbinen Hochdruck Mitteldruck und Nie derdruckturbine wird die Enthalpie des Arbeitsmittels in mechanische Energie Rotation der Turbinenwelle umgewand
119. anschaulich haben jedoch keinen Bezug zur Realit t Die Bewertung erfolgt ermessensabh ngig Ahbe et al 1990 R diger 2000 Wietschel 2002 Bei Anwendung der Schweizer Methoden ergeben sich v a Probleme bei der Ermittlung der maximal zul ssigen Frachten bzw der Verwendung von Grenzwerten als Bezugsgr en Die Verwendung z B gesetzlich festgelegter Grenzwerte ist als kritisch zu betrachten da diese nicht ausschlie lich naturwissenschaftlich begr ndet abgeleitet werden sondern politisch beeinflusst sein k nnen Sie weichen in verschiedenen L ndern voneinander ab so dass eine weltweit einheitliche Bewertung von Emissionen mit diesen Methoden nicht m glich ist Grenzwerte werden meist bez glich der menschlichen Gesundheit festgelegt und ber cksichtigen die kotoxizit t nicht Au erdem stellen Grenzwerte meist Immissionswerte dar wie z B die Werte f r die maximale Immissions Konzentration MIK und die maximale Arbeitsplatz konzentration MAK Es werden jedoch Emissionen bewertet Unterschiedliche Verweildauern der Schadstoffe in den Umweltmedien und deren Wechselwirkungen zwischen den Umwelt medien werden mit der Methode der kritischen Belastungen nicht ber cksichtigt Wietschel 2002 Die Bewertung nach UBA und CML Methode basiert auf der auswirkungsorientierten Klassifizierung freigesetzter Stoff und Energiestr me Bei der UBA Methode wird innerhalb von zehn Wirkungskategorien Abbau abiotischer und biotische
120. ansport im Tagebau Transport mit mobilem Ger t Transport mit Z gen Transport mit Gurtf rderer Transport in Rohrleitungen Reparatur Instandhaltung Reparatur Instandhaltung in Hauptwerkstatt bertage Reparatur Instandhaltung in Werkstatt untertage Reparatur Instandhaltung in Werkstatt im Tagebau Reparatur Instandhaltung vor Ort bertage Reparatur Instandhaltung vor Ort untertage Reparatur Instandhaltung vor Ort im Tagebau Personenbef rderung Personenbef rderung untertage Mobile Personenbef rderung Personenbef rderung mit Z gen Personenbef rderung mit Gurtf rderer Personenbef rderung im Schacht Personenbef rderung mit F rdermaschine Personenbef rderung im Stollen Personenbef rderung mit Z gen Personenbef rderung mit Bussen Personenbef rderung im Tagebau Mobile Personenbef rderung Verkippen Verladen Verkippen untertage F rdern Transportieren Verkippen Verst rzen Planieren Verkippen auf Halden 179 01 09 02 01 01 09 02 02 01 09 02 03 01 09 03 01 09 03 01 01 09 03 02 01 09 04 01 09 04 01 01 10 01 10 01 01 10 01 01 01 10 01 02 01 10 02 01 10 02 01 01 10 02 02 01 10 02 03 01 10 03 01 10 04 01 10 05 01 10 05 01 01 10 05 02 01 10 06 01 10 06 01 01 10 06 02 01 10 06 03 01 10 06 04 01 10 07 01 10 07 01 01 10 07 02 01 10 07 03 01 10 07 04 01 10 08 01 10 08 01 01 10 08 02 01 10 09 01 10 09 01 01 10 09 02 01 10 10 01 10 11 01 10 12 01 10 12 01 01 10 12 02 01 10 13 01 10 13 01 01 1
121. antifizierbaren Sch den verantwortlich Die externen Kosten der Stromerzeugung aus Braunkohle betragen in Deutschland demnach 8 7 Cent kWh Maibach et al 2007 UBA 2007 2 3 Schlussfolgerungen f r die Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle 2 3 1 Zur Modellbildung Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelte und in Kapitel 2 1 vorgestellte Methodik wird im Folgenden auf die Gewinnung und Verstromung von Braunkohle in Deutschland erweitert Andere Branchen bzw Industriezweige k nnen durch Definition neuer Teilsysteme ebenfalls in das Gesamtsystem integriert werden Innerhalb der Teilsysteme werden die im Hinblick auf nicht intendierte Outputs relevanten Prozesse identifiziert und als Subsysteme erster und zweiter Ordnung definiert denen Elemente zugeordnet werden Das bisher betrachtete Gesamtsystem Bergbaubetrieb umfasst die beiden Teilsysteme bergbauliche Gewinnung und Aufbereitung Die Gewinnung von Braunkohle wird von dieser Systematik prinzipiell erfasst Innerhalb der Systemanalyse muss das Gesamtsystem um ein Teilsystem erweitert werden mit dem die Verstromung der Braunkohle inklusive der Abscheidung und Verdichtung des dabei entstehenden CO abgebildet werden kann Es hat sich als vorteilhaft erwiesen die Umsetzung des entwickelten Modells auf der Grundlage der Struktur der Petri Netze mit der Software Umberto durchzuf hren da sie f r die
122. assenstrom nach Gl 36 kg a Mrym FHM Massenstrom nach Gl 44 kg a Mcaco CaCO Massenstrom nach Gl 31 kg a CAEW f Feststoffkonzentration kg kg Das abgetrennte AEW wird zum Tagebau zur ck gef rdert 01 10 11 F rdern Der Reinwasserstrom der nach Gl 48 berechnet wird wird zum Ablauf 01 10 10 Ablauf gef hrt Vrw Vow 7 Ken no Gl 48 mit Vig Reinwasser Volumenstrom m a Vow Grubenwasser Volumenstrom m3 a V EW H O Volumenstrom an Wasser im AEW m a Die st chiometrischen Ums tze die innerhalb der GWR zu einem Verbrauch oder zur Bildung von Wasser f hren werden bei der Berechnung der Stoffstr me mit dem Umberto Modell ber cksichtigt Sie werden zum Ausgleich der Massenbilanzen in jeder einzelnen Transition mit dem Grubenwasserstrom verrechnet Sie sind jedoch gegen ber dem Grubenwasserstrom vernachl ssigbar klein und werden deshalb hier aus Gr nden der Ubersichtlichkeit nicht aufgefiihrt 5 3 2 6 Ablauf und F rderung ber das Subsystem 01 10 10 Ablauf verl sst das Reinwasser die GWR als nicht intendierter Output Es l sst sich zusammenfassen dass unter den oben beschriebenen Modellannahmen Eisen IID und Kohlens ure durch die GWR vollst ndig aus dem Grubenwasser entfernt werden Eine geringe Restkonzentration an Eisen II verbleibt im Reinwasser Werden mikrobiologische 87 Prozesse zur GWR genutzt wird mit dem mikrobiologisch umgesetzten Eisen II auch Sulfat als EHS
123. asser und aschefreien Rauchgases geht vollst ndig in Nutzw rme ber Die dem Rauchgas entzogene und zur Luftvorw rmung ben tigte W rmemenge wird in Kapitel 5 4 2 4 mit Gl 87 bestimmt Die W rme bertragung bei der Rauchgask hlung wird mit dem Wirkungsgrad race berechnet Die im Rauchgas verbleibende nutzbare W rmemenge berechnet sich nach Gl 138 der Verlust W rmestrom nach Gl 139 112 Gl 138 QN RAGK Oun On vm ou AH RAG min Track ORAcK Ow wage Deeg AH ang ma Nick Gl 139 mit Oy RAGK Out nutzbare W rmemenge nach Rauchgask hlung kJ a On aw oe nutzbare W rmemenge nach Luftvorw rmung Gl 88 kJ a AH RAG min Rauchgas Mindestenthalpiestrom ohne FA Gl 81 kJ a Orig W rmemenge die bei Rauchgask hlung abgegeben wird Gl 87 kJ a Oy RAGK Verlust W rmestrom bei der Rauchgasktihlung kJ a MRAGK Wirkungsgrad des Rauchgask hlers kJ a Bei der Rauchgasentschwefelung wird hier der st chiometrische Umsatz des im Rauchgas vorhandenen Schwefeldioxids SO2 zu Gips betrachtet Die entsprechenden Koeffizienten f r die Berechnung des Bedarfs an Kalk nach Gl 140 Betriebswasser nach Gl 141 und Luft als trockene Luft aus N und O gt bestehend nach Gl 142 werden den molaren Massen und aus der St chiometrie der Rkt 5 abgeleitet siehe Kapitel 3 6 6 Wasser und Sauerstoff aus dem Rauchgas nehmen nicht an den Reaktionen teil CO2 wird als nicht intendierter Output freigesetzt
124. aub angegeben Kurtz et al 2005 Tabelle 9 Richtwerte f r die Mahlung von Braunkohle Strau 2006 Korngr e x mm R ckstand R 0 09 50 60 0 2 5 10 1 0 lt 1 F r die Zerkleinerung der Rohbraunkohle auf die erforderliche Feinheit wird ein spezifischer Arbeitsaufwand angegeben Die insgesamt f r die Zerkleinerung aufzubringende Energie wird mit Gl 57 berechnet ber den Wirkungsgrad der M hlenantriebe kann mit Gl 58 der Bedarf an elektrischer Energie ermittelt werden Dabei wird ein Verlust W rmestrom als nicht intendierter Output an die Umgebung abgegeben GI 59 Im Modell wird die ben tigte Energie vom Generator des Kraftwerks als elektrische Hilfsenergie zur Verf gung gestellt AE z Mang Gl 57 ae AB Gl 58 I Nut Ov mo In Bub Gl 59 mit AE Zerkleinerungsarbeit kJ a Mppx aufzubereitende Rohbraunkohle t a a spezifische Zerkleinerungsarbeit kWh t kJ t E E M Verbrauch an elektrischer Energie durch die M hlen kJ a 93 Nyc Wirkungsgrad der M hlenantriebe On m Verlust W rmestrom vom Antrieb der M hlen kJ a Die f r die Feinzerkleinerung notwendige Trocknung Mahltrocknung wird hier nicht ber cksichtigt Die Verdampfung des in der Rohbraunkohle enthaltenen Wasseranteils wird bei der Verbrennung betrachtet Kapitel 5 4 2 3 Die f r die Verdampfung des Wassers notwendige Energie steht in beiden F llen nicht f r die Erzeugung
125. baubetrieb wird dazu in die beiden Teilsysteme 01 bergbauliche Gewinnung und 02 Aufbereitung unterteilt siehe Abbildung 2 Gesamtsystem Bergbaubetrieb Teilsystem 01 Teilsystem 02 bergbauliche Gewinnung Aufbereitung Abbildung 2 Strukturbild eines Bergbaubetriebes F r beide Teilsysteme werden Haupt Begleit und Hilfsprozesse identifiziert und als Subsysteme erster Ordnung definiert Das Teilsystem 01 bergbauliche Gewinnung wird wie folgt in insgesamt 16 Subsysteme erster Ordnung gegliedert 01 01 Aufschluss Ausrichtung 01 02 Vorrichtung 01 03 Abbau Gewinnung 01 04 F rderung 01 05 Gebirgssicherung 01 06 Materialtransport 01 07 Reparatur Instandhaltung 01 08 Personenbef rderung 01 09 Verkippen Verladen 01 10 Wasserwirtschaft 01 11 Wetterf hrung 01 12 Lagern Entsorgen Deponieren 01 13 Emissionsvermeidung 01 14 Abbaubegleitende Rekultivierung 01 15 Auslauf Rekultivierung und 01 16 Betrieb der Gesamtanlage Die Subsysteme erster Ordnung werden weiter untergliedert in Subsysteme zweiter Ordnung denen Elemente zugeordnet werden Dabei wird prozessorientiert vorgegangen Die detaillierte bersicht ber die Subsysteme und Elemente des Teilsystems 01 befindet sich im Anhang 12 2 Das Teilsystem 02 Aufbereitung wird in die Untersuchungen zur Gewinnung und Verstromung von
126. bei von der Nutzung der Fl chen vor Inanspruchnahme durch den Tagebau beeinflusst In die Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit kann nur eine Auswahl von Prozessen einbezogen werden Diese bezieht sich ausschlie lich auf den Regelbetrieb von Braunkohlentagebauen Sowohl Aufschluss als auch Auslauf und Rekultivierung befinden sich au erhalb der Systemgrenzen Die Hauptprozesse im Regelbetrieb eines Braunkohlentagebaus sind der Abbau bzw die Gewinnung von Abraum und Rohbraunkohle ihre F rderung das Verkippen des Abraums bzw das Verladen der Rohbraunkohle Neben den Hauptprozessen werden Wasserwirtschaft und Hilfsger tebetrieb als Begleit und Hilfsprozesse in die 32 Untersuchungen einbezogen Als Hauptstoffstr me stehen dabei Abraum Rohbraunkohle und Grubenwasser im Vordergrund Die drei Hauptstoffstr me sind komplexe Stoffsysteme die sich aus mehreren Stoffsystemen und aus einer Vielzahl von Komponenten zusammensetzen k nnen Zus tzlich muss die Fl cheninanspruchnahme ber cksichtigt werden Beim Abbaggern Um Laden und F rdern des Abraums und der Rohbraunkohle entstehen nicht intendierte Outputs wie z B Staub Vibrationen und L rm Au erdem wird Methan freigesetzt Gebirgsw rme sowie Abw rme von Maschinen und Apparaten tragen zwar ma geblich zur Erw rmung der Wetter im Tiefbau bei spielen jedoch im Tagebaubetrieb nur eine unter geordnete Rolle 3 4 1 Abbaw Gewinnung Bevor der Abbau beginnen kann muss das T
127. berechnen F r die in einem Bergbaubetrieb vordergr ndig betrachteten Stoffstr me ist der in Abbildung 5 dargestellte Aufbau zweckm ig Die Stromvektoren beinhalten Informationen ber die Mengenstr me die stoffliche Zusammensetzung die Zustandsgr en insbesondere Druck und Temperatur und die Verkn pfung der Elemente bzw Systeme unter einander oder mit der Umgebung Stoffstrom Abraum Berge f Versatz rt Aufbereitungsberge f Staub H feste Betriebsmittel t Materialverschlei Abf lle Fl ssige Phase CH Grundwasser Filterbrunnenwasser Grubenwasser Oberfl chenwasser Prozesswasser fl ssige Betriebsmittel Komponente 1 Komponente m Gasphase Wuar Komponente 1 Grubengas J f Abgase Abbildung 5 Gliederung des Stoffstromvektors Die wichtigsten Energieformen die in die Untersuchungen einbezogen werden k nnen sind thermische Energie W rme elektrische Energie Arbeit chemische Energie Schall L rm Licht und Vibrationen Dazu kann der Stromvektor um die entsprechende Energieform erweitert werden Stoff und Energiestromvektor Die energetischen Betrachtungen k nnen jedoch auch gesondert erfolgen Die Energien werden unterschieden in solche die an Stoffstr me gebunden sind bzw die mit den Stoffstr men transportiert werden und in die Energiezu bzw abfuhr bei Einzelprozessen z
128. cacon mu Bedarf an Kalkhydrat bei mikrobiologischer Fe Umwandlung kg a amp cao cacon Koeffizient f r den st chiometrischen CaO Bedarf kg kg Mca0 NB Bedarf an Branntkalk bei Neutralisation und Beliiftung kg a Mca OH NB Bedarf an Kalkhydrat bei Neutralisation und Beliiftung kg a Das fiir die Herstellung von Kalkhydrat L schen von Branntkalk ben tigte Betriebswasser Rkt 17 01 10 13 Bereitstellung von Betriebswasser wird vor Ort in drei Brunnen als Grundwasser 01 10 13 01 Grundwasser heben in Brunnen 1 etc gehoben und in einem Vorratsbeh lter gespeichert 01 10 13 05 Bevorraten von Betriebswasser Der Eintrag von Wasserinhaltsstoffen mit dem Betriebswasser wird hier vernachl ssigt Das Betriebswasser muss sulfatarm sein da sonst bei berschreiten des L slichkeitsproduktes Gips ausfallen kann Der Betriebswasser Volumenstrom wird nach Gl 43 berechnet MH 0 KMA Vew ewr Gl 43 PH 0 mit gen Bedarf an Betriebswasser bei der GWR m a m H O KMA Wasserbedarf f r die Kalkmilchaufbereitung GI 39 kg a Pn o Stoffdichte von Wasser kg m 5 3 2 5 Flockung und Sedimentation F r 01 10 08 Flockung wird im Flockungsbecken ein Flockungshilfsmittel FHM organisches Polyelektrolyt im ppm Bereich zugegeben um die Flockenbildung des Eisen hydroxids zu unterst tzen Die FHM Zugabe wird in Abh ngigkeit des Volumenstroms an Grubenwasser berechnet Gl 44 Es wi
129. chaft nicht angestrebt werden kann da durch die Gewinnung der Braunkohle ein Volumendefizit als Restloch entsteht das sp ter geflutet werden wird Dies hat einen erheblichen Anstieg der Wasserfl chen zur Folge Da ein vollst ndiger Ausgleich der in Anspruch genommenen landwirtschaftlich genutzten Fl che nicht m glich ist wird die 122 Herstellung h herwertiger Fl chen angestrebt was bei der Wiedernutzbarmachung der Kippen fl chen insbesondere durch die Herstellung einer Abschlussschicht obere 2m durch Verkippung kulturf higen bindigen Substrats aus dem Vorschnittbetrieb erreicht werden kann Nach Abschluss der bergbaulichen T tigkeiten werden Waldfl chen wie vor ihrer Aufnahme den gr ten Fl chenanteil des Tagebaubereiches ausmachen Insgesamt werden nach abgeschlossener Rekultivierung 76 der vor der Nutzung zur Verf gung stehenden Fl che f r eine landwirtschaftliche Nutzung zur Verf gung stehen 80 der vor der Nutzung vorhandenen Waldfl che werden wieder hergestellt Zus tzlich wird sich auf einem Teil der Renaturierungsfl chen Wald entwickeln Die Wasserfl che wird etwa zehnmal so gro wie vor der Nutzung des Gebietes als Braunkohlentagebau Etwa 15 der Fl che mit sonstiger Nutzung stehen nach der Rekultivierung noch zur Verf gung Mit einer Nutzungsdauer von 45 Jahren einer insgesamt in Anspruch genommenen Fl che von 8 000 ha und einer Jahresf rderung von 14 85 Mio t Braunkohle werden Fl chennutzung FNrge
130. change of materials and the conversion of energy during processes For modelling the overall system as a material and energy flow network and for calculating unknown material and energy flows in dependence on defined model parameters the software Umberto is used The system analysis and the investigation of the general conditions for the lignite mining and the power generation in lignite fired power plants in Germany show a complex overall system with many influencing factors Using the example of mining in an opencast mine with conveyor bridge technology and mine water treatment together with the example of power generation in a conventional steam plant with the option of post combustion carbon dioxide capture and compression all the relevant non intended outputs are determined and aggregated to characteristical indicators The results of two case studies show that the quantity of equal lignite mined conveyed and converted to electricity had to be nearly 1 8 times larger to produce the same amount of electrical power considering post combustion carbon dioxide capture and compression than without considering post combustion carbon dioxide capture and compression in the overall system Thus the non intended output flows significantly increase If the necessary data is available for several systems the calculated indicators can be used for the purpose of a benchmarking to compare individual processes of the lignite industry or complete systems from mining
131. chen Auswirkungen kann eine Zusammenfassung der Werte bzw Informationen erfolgen R diger 2000 Die der Ermittlung des Eco Indicator 99 Weiterentwicklung des Eco Indicator 95 basiert auf einer schadensorientierten Bewertungsmethode Hier werden die Wirkungen der freigesetzten Stoff und Energiestr me sowie des Fl chen und Ressourcenverbrauchs in drei Schadens kategorien eingeteilt mit Hilfe von Wirkungsindikatoren quantifiziert und gewichtet Als Ergebnis wird eine dimensionslose Kennzahl berechnet Die drei Schadenskategorien sind menschliche Gesundheit Qualit t des Okosystems und der Umgang mit Ressourcen Goedkoop amp Spriensma 2001 Die Material Intensit ts Analyse MAIA nach dem MIPS Konzept wurde am Wuppertal Institut zur Bemessung der Material und Energieintensit t von Prozessen Produkten Infrastrukturen und Dienstleistungen entwickelt und eingef hrt Die Materialintensit t pro Serviceeinheit MIPS misst die Umweltbelastungsintensit t d h den ber den gesamten Lebenszyklus f r eine Sache bzw Dienstleistung anfallenden Ressourcenverbrauch als Mate rialinput Dazu werden alle Inputressourcen als Materialien Rohstoffe und Energien in Gewichtseinheiten umgerechnet Inverse MIPS Werte geben die Ressourcenproduktivit t an Eine Verringerung an Input und oder die Erh hung der Anzahl an Serviceeinheiten ziehen eine erh hte Ressourcenproduktivit t nach sich Im MIPS Konzept wird die Nutzung als Service bezeichn
132. chennutzung FNagvor bzw Fl chenumwandlung EU vor f r die Abscheidung und 139 Verdichtung von CO bei einer Nutzungsdauer von 20 Jahren nach den Gleichungen Gl 1 und Gl 2 zu 0 025 m a t bzw 0 001 m t 6 4 2 Modellparameter Bei der chemischen W sche zur CO2 Abscheidung wird das L sungsmittel zur Regeneration um ca 80 C erw rmt Der erforderliche W rmestrom entspricht einem elektrischen Energiebedarf von 0 28 bis 0 35 kWh kg CO Strau 2006 Hier wird f r die CO2 Abschei dung ein spezifischer Energiebedarf angenommen von c s 0 28 kWh kg CO Da der Austrag an L sungsmittel mit dem CO2 Massenstrom Reaktionen der Inhaltsstoffe des Rauchgasstroms und Degradation zu einem Verbrauch an L sungsmittel f hren der kontinuierlich ersetzt werden muss betr gt der Bedarf an MEA Gu 0 0015 kg kg CO2 Henkel 2006 F r die Abscheidung von CO wird im Rahmen dieser Arbeit ein Abscheidegrad 7 o angenommen von 0 90 Die verbleibenden 10 CO verlassen das Teilsystem 03 Verstro mung mit dem Abgasstrom als nicht intendierter Outputstrom Hier wird von einer Transportentfernung f r das CO von ca 300 km aufgegangen F r den Transport des CO ber diese Entfernung und das anschlie ende Einbringen des CO in den Untergrund muss es von 0 12 auf 18 7MPa verdichtet werden Zur Berechnung des Energieverbrauchs bei der Verdichtung des abgeschiedenen CO wird der spezifische Energiebedarf von Henkel 2006 be
133. chnete Gesamtbudget einschlie lich Reserve und Ver u erungsanteil betr gt 451 86 Mio EB pro Jahr Das von der Europ ischen Kommission genehmigte Gesamtbudget wird somit nicht ganz in Anspruch genommen 54 F r stromerzeugende energiewirtschaftliche Bestandsanlagen wurde ein Bedarf von insgesamt 243 59 Mio EB als kostenlose Zuteilungsmenge pro Jahr berechnet 19 ZuG sieht die Ver u erung von j hrlich insgesamt 40 Mio EB vor Davon werden 38 Mio EB bei der Zuteilungsmenge f r stromerzeugende energiewirtschaftliche Bestandsanlagen gek rzt 2 Mio EB werden von der Reserve urspr nglich 25 Mio EB abgezogen Die verbleibende Menge entspricht Knapp 85 bzw 205 59 Mio EB Ver u erungsfaktor 0 844 Da das zur Verf gung stehende Budget an kostenlos zuteilbaren EB berschritten wird kommt es zur Budgetsicherung zu einer weiteren anteiligen K rzung der Zuteilungen an Anlagen der Energiewirtschaft unter Ber cksichtigung des Effizienzstandards der einzelnen Anlagen und der Verrechnung mit einem Anpassungsfaktor 4 Abs 3 ZuG 2012 F r stromerzeugende energiewirtschaftliche Anlagen ergibt sich in der zweiten Handelsperiode eine Menge von insgesamt 193 1 Mio EB f r die kostenlose Zuteilung DEHSt 2 2008 F r jede emittierte Tonne CO2 Aquivalent f r die ein Anlagenbetreiber keine Berechtigung hat werden Sanktionen von 100 Euro verh ngt was den Betroffenen jedoch nicht von der Pflicht entbindet die fehlenden Zertifikate zu
134. chtiger Bestandteile nehmen ab siehe Abbildung 8 Klaus 1987 Kurtz et al 2005 Wanzl amp Maerz 2005 1 5 I Magerkohle Torf EBkohle r Fettkohle Gaskohle Weichbraunkohle H C Flammkohle Hartbraunkohle 0 5 Gasflammkohle Anthrazit 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 O C Abbildung 8 Modifiziertes Van Krevelen Diagramm nach Van Krevelen 1961 23 Zur Charakterisierung der Brennstoffeigenschaften von Kohle wird das in Abbildung 9 dargestellte Klassifizierungsschema verwendet Kohlearten Wasser Energie fl chtige gehalt Anteile af waf UN ECE USA ASTM Deutschland DIN kJ kg Peat 6 700 16 500 19 000 25 000 Kokskohle 36 000 HARTKOHLE Peat Semi Anthracite Anthracite 36 000 Anthracite Anthrazit af aschefrei waf wasser und aschefreie Substanz Quelle BGR UN ECE United Nations Economic Commission for Europe USA ASTM USA American Society for Testing and Materials DIN Deutsches Institut fiir Normung Abbildung 9 Internationale Klassifikation der Kohle Statistik 2009 Angaben zur Charakterisierung von Braunkohle sind unterer und oberer Heizwert Sinterpunkt Erweichungspunkt Flie punkt charakterisieren das Verbrennungs und Ascheerweichungs verhalten der Braunkohle Kurtz et al 2005 Braunkohlen unterscheiden sich in ihrer Elementarzusammensetzung d h beim Gehalt an Kohlenstoff uc Wasserstoff uy Schwefel us Sauerstoff u
135. d 01 10 02 Oberfl chenentw sserung werden separat ber cksichtigt Der Tagebaubetrieb im Teilsystem 01 bergbauliche Gewinnung wird mit einem Stoff und Energiestromnetz in zwei Ebenen beschrieben Die Transition in der obersten Ebene Abbildung 27 wird durch ein Subnetz in der zweiten Ebene charakterisiert Das Netz auf der obersten Ebene hat zwei Input und f nf Output Stellen Filterbrunnenwasser Oberfl chenwasser Emissionen aus dem i O Tagebaubetrieb Ka Q C H Abraum Betriebsmittel im Rohbraunkohle zur al Verstromung gt Tagebaubetrieb elektrische Energie Abbildung 27 Oberste Ebene des Stoff und Energiestromnetzes Tagebaubetrieb Die Abbildung 28 zeigt das Subnetz Tagebaubetrieb das sechs Transitionen Quadrate und insgesamt 16 Stellen Kreise davon eine Verbindungsstelle eine Lagerstelle und 14 Portstellen Kreise mit Balken umfasst 70 qolnoqnegose L wop sne u uorssturq Suni opioJjSnz syorpJomu nn wana ins JOSSEMUSUUNAGIOYIHY IOSSEMUSYUIBLHOIO KC SO GO PO TO nisSunuu iqi A 2891q EN u d D i W Q SZunegep wi SJyoyunelqyog f T dI Suni osspw u u ouuniq WUER 21202 IPSJ id TO OT T0 Ge OTTO q rig q 1e198sJjIrH OU _Lk N N SAISAIYUT q rry qu qni5 EE gqa mognegode map SE E IYOSTHYA sne usuorssrurg SH9SLD3 qoloqnegese L wop SIN LPPE sst H sne UUOISSIW A T I
136. dass die im Grubenwasser vorhandene Kohlens ure mit Kalkmilch bzw Kalkhydrat Ca OH 2 vollst ndig gef llt d h in festes Kalziumkarbonat umgewandelt wird chemische Ents uerung Rkt 11 H2CO3 Ca OH lt gt CaCO 2 H20 Rkt 11 Anschlie end erfolgt die Bel ftung des Grubenwassers um ausreichend Sauerstoff f r die Oxidation von Eisen ID zu Eisen HID zur Verf gung zu stellen Die Umwandlung des im Grubenwasser gel sten Eisen ID l sst sich mit zwei chemischen Reaktionsgleichungen beschreiben zum einen f r die Oxidation von Eisen II Rkt 12 und zum anderen f r die Hydrolyse von Eisen IID Rkt 13 Oxidation und Hydrolyse k nnen zu einer Gesamtreaktion zusammengefasst werden Rkt 14 2 Fe 1 2 O gt 2 Ht O 2 Fe H2O Rkt 12 2 Fe 6 H O 2 Fe OH 6H Rkt 13 Fei 1 4 O 1 2 H2O 2 OH lt gt Fe OH Rkt 14 Aus Rkt 14 ergibt sich der chemische Sauerstoffbedarf f r die Eisen II Oxidation bezogen auf das zweiwertige Eisen Aus der Zulaufkonzentration von Eisen ID im Grubenwasser kann damit der Sauerstoffbedarf und daraus unter Ber cksichtigung der Sauerstoffausnutzung der eingesetzten Bel ftungsanlage die notwendige Luftzufuhr f r eine vollst ndige Oxidation des Eisen II berechnet werden Unter Sauerstoffausnutzung wird der prozentuale Anteil des im Wasser gel sten Sauerstoffs bezogen auf die Gesamtmenge des mit einem Bel ftungssystem eingetragenen Sauerstoffs verstanden Janneck et
137. delberg Springer 2009 S 429 438 Schmidt Bleek F Bringezu S Hinterberger F Liedtke Ch Spangenberg J Stiller H Welfens M J MAIA Einf hrung in die Material Intensit ts Analyse nach dem MIPS Konzept Berlin Basel Boston Birkhauser 1998 Schroeckh B Vorbereitung einer direkten Kohlebandverbindung vom Tagebau J nschwalde zum Kraftwerk J nschwalde In World of Mining Surface amp Underground 59 2007 6 S 407 417 Schwab A J Elektroenergiesysteme Erzeugung Transport bertragung und Verteilung elektrischer Energie Berlin u a Springer 2006 Schwaiger K Ganzheitliche energetische Bilanzierung der Energiebereitstellung GaBiE Teil I Allgemeiner Teil M nchen Forschungsstelle f r Energiewirtschaft der Gesellschaft f r praktische Energiekunde e V 1996 http www ffe de download gabie kw_allg pdf abgerufen am 24 09 2007 Schweinle J ed The Assessment of Environmental Impacts caused by Land Use in the Life Cycle Assessment of Forestry and Forest Products Hamburg Kommissionsverlag Wiedebusch 2002 Schweinle J rg ed Methoden zur Integration des Aspektes der Fl chennutzung in der kobilanzierung Hamburg Kommissionsverlag Wiedebusch 2000 Sechste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes Immissionsschutzgesetz Technische Anleitung zum Schutz gegen L rm TA L rm In Geimeinsames Ministerialblatt 1998 2
138. den muss Rohrleitungen sind sowohl in wirtschaftlicher als auch in technischer Hinsicht die beste Alternative f r den CO Transport 47 F r einen Transport in Rohrleitungen muss der Druck ber die gesamt Lange der Rohrleitung ber dem kritischen Druck von 7 38 MPa von CO liegen damit das CO als berkritische Phase transportiert werden kann Durch Reibung auf Grund der Rauhigkeit der Rohrwandung kommt es beim Transport in der Rohrleitung zu einem Druckabfall Um den Mindestdruck von ca 8 MPa Innendruck zu gew hrleisten erfolgt die Einspeisung des CO mit entsprechend h heren Dr cken Die Verdichtung ist ebenfalls energieaufw ndig F r Deutschland kommt nur die Speicherung von CO in Erdgaslagerst tten und in tiefen salinaren Aquiferen in Frage Mit zahlreichen Erdgaslagerst tten und dem gro fl chigen Vorkommen tiefer Aquifere sind v a in Norddeutschland Speicherm glichkeiten vorhanden F r eine Speicherung im Meer sind Nord und Ostsee nicht tief genug Die Transportwege bis zu Tiefwassergebieten sind von Deutschland aus erheblich so dass die Ozeanspeicherung unabh ngig von den Auswirkungen auf das kosystem keine Option ist Die Speicher die llagerst tten in Deutschland darstellen sind zu klein Aus Gr nden der Speichersicherheit und wegen der vergleichsweise geringen Speicherkapazit ten kommt auch die Speicherung in ehemaligen Kohle und Salzbergwerken nicht in Betracht Gegen die Speicherung in derzeit nicht
139. der Prozesse nur nach den Transitionsspezifikationen zu richten brauchen Weitere Einschr nkungen wie sie sich aus einem globalen Berechnungsprinzip z B linearen Gleichungssystemen ergeben existieren nicht Die Berechnung eines Stoff und Energiestromnetzes kann als Folge von Transitions berechnungen aufgefasst werden Wird das Stoff und Energiestromnetz wie hier vorausgesetzt als statisch innerhalb eines definierten Zeitraums betrachtet werden zeitliche nderungen einzelner Lagerbest nde nicht ber cksichtigt Die Prozesse werden ber die Verbindungsstellen miteinander verkn pft d h die Verbindungsstellen sorgen auch f r die Verkn pfung der lokalen Transitionsberechnungen mit dem globalen Berechnungsprinzip nach dem aus den vorhandenen Informationen wenn m glich neue berechnet und die Daten somit nach und nach vervollst ndigt werden Die Verbindungsstellen dienen als Verteilungsknoten zwischen den Prozessen Wenn es an den Stellen per Definition zu keinen Ver nderungen ihrer Best nde kommen soll erfolgt im Rahmen der Datenausgleichsrechnung der Ausgleich der Best nde der Stellen Die Berechnungen im Stoff und Energiestromnetz sind charakterisiert durch den Wechsel der Berechnung von Transitionsspezifikationen und Bestandsausgleich an den Verbindungsstellen Dabei wird die erfolgreiche vollst ndige Berechnung einer Transition jeweils zum Anlass genommen an den umliegenden Stellen die Best nde zu pr fen und gegebenenfall
140. der Rohstoff und Energieversorgungskette fast immer ohne Bedeutung sind Sie bilden daher nicht die Produk tionsziele des Bergbaus und der Stromerzeugung und sind in der Regel in ihren konomischen und kologischen Auswirkungen belastend sie sind nicht intendiert Die Kenntnis der Quanti t ten und Qualit ten dieser nicht intendierten Outputs in Abh ngigkeit von den einzelnen Prozessen und deren Parametern ist die Voraussetzung f r technisch wirtschaftliche Ma nah men zu ihrer Beeinflussung In der vorliegenden Arbeit wird die Methodik zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs entwickelt und auf die Gewinnung und Verstromung von Braunkohle angewendet Die Systemanalyse und die Untersuchung der Rahmenbedingungen f r die Gewinnung und Verstromung von Braunkohle in Deutschland zeigen ein komplexes aus vielen verschiedenen Einzelprozessen bestehendes Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle mit zahlreichen systemrelevanten Einflussfaktoren auf Das Gesamtsystem wird hierarchisch strukturiert und in die beiden Teilsysteme 01 bergbauliche Gewinnung und 03 Verstromung unterteilt F r die beiden Teilsysteme werden Haupt Begleit und Hilfsprozesse identifiziert und als Subsysteme erster Ordnung definiert Um die Zuordnung der nicht intendierten Outputs zu einzelnen Prozessen sicherzustellen werden die Subsysteme erster Ordnung prozessorientiert weiter in Subsysteme zweiter Ordnung untergliedert denen Einz
141. dgen et al 2006 Hier wird Monoethanolamin MEA C2HsOHNHz2 zur CO gt Abscheidung eingesetzt MEA ist eine giftige brennbare korrosive farblose Fl ssigkeit die durch Reaktion von Ethylenoxid mit Ammoniak hergestellt wird F r die Absorption Desorption des CO durch MEA gilt Rkt 24 Strau 2006 C H OHNHb H2O CO lt gt C H OHNH HCO Rkt 24 Zur Berechnung des Energiebedarfs f r die CO Abscheidung aus dem Reingas des Kraftwerks insbesondere die Regeneration des Absorptionsmittels nach Gl 149 wird ein Verbrauchs koeffizient f r elektrische Energie entsprechend dem erforderlichen W rmestrom definiert Ex ap Gk AB Mco AB Gl 149 mit E EAB Energieverbrauch f r das Abscheiden von CO2 kWh a An AB Verbrauchskoeffizient f r elektrische Energie beim CO2 Abscheiden bezogen auf abgeschiedenes CO kWh t Mco Ap Massenstrom an abgeschiedenem CO kg a t a Zur Berechnung der abgeschiedenen Menge an CO wird der Abscheidegrad f r CO aus dem Reingasstrom definiert Gl 150 Das restliche CO wird als nicht intendierter Output nach der CO Abscheidung mit dem Abgasstrom freigesetzt und kann nach GI 151 berechnet werden Mco AB Tco Mco REG Gl 150 Mco ac 1 Tco Jr Mco REG Gl 151 mit Tco Abscheidegrad f r CO Mco REG CO2 Massenstrom im Reingas nach Entstaubung und REA t a mco AG CO2 Massenstrom im Abgas nach CO2 Abscheiden t a F r die Berechnung des Bedarfs an M
142. dort Lippendorf und im Rheinland Niederau em betrieben werden F r eine weitere Effizienzsteigerung der Kraftwerke wird an der Erh hung der Dampfparameter gearbeitet Au erdem soll zuk nftig vorgetrocknete 38 Braunkohle anstatt von Rohbraunkohle eingesetzt werden BoA Plus Technik Je nach Wasser gehalt der Rohbraunkohle werden 10 bis 20 der Brennstoffmenge ben tigt um das enthaltene Wasser zu verdampfen Durch Energieriickgewinnung z B Nutzung der Energie der entstehenden Briiden wasserdampfhaltige Trocknungsgase kann der Energieaufwand fiir die Trocknung vermindert werden Durch effiziente Trocknungsverfahren k nnen Wirkungsgrad steigerungen von 10 bis 12 erreicht werden In Pilotanlagen werden zurzeit zwei alternative Trocknungsverfahren erprobt die Wirbelschichttrocknung mit Abw rmenutzung WTA und die Mechanisch Thermische Entw sserung MTE Briem et al 2004 Kurtz et al 2005 Abbildung 14 zeigt schematisch die Prozesse in einem Braunkohlenkraftwerk Bereitstellen von Elektroenergie 4 Energieumwandlung in der Turbogruppe Kondensation e Roh Luftvorw rmung Druckerh hung braunkohle _ En g Entschwefelung Bekohlung Wasser Kalksteinsuspension Feinzerkleinerung Feuerung Feuerraumasche Filterasche Gips Abbildung 14 Prozesse in einem Braunkohlenkraftwerk nach Vattenfall 01 2006 3 5 2 Zukunftsorientierte Kraftwerkskonzepte Zum Schutz d
143. droxid und Kalziumkarbonat gelangen zur Flockung Aus den st chiometrischen Verh ltnissen der chemischen Reaktionsgleichungen und den molaren Massen der Elemente und Verbindungen ergeben sich die Koeffizienten zur Berechnung der Massenstr me Aus den chemischen Reaktionsgleichungen Rkt 11 und Rkt 14 l sst sich der Gesamtbedarf an Kalkhydrat berechnen der zur Neutralisierung notwendig ist mit Gl 30 Mca OH NB 1 T inco pa lien co Deaon H C0 T Tre mu ow re Z M kw Fe Q Ca OH Fe NB j Gl 30 Di Ca OH Fe NB mit Mca OH y NB Bedarf an Ca OH f r Bel ftung und Neutralisation kg a m on He H gt CO3 Massenstrom im Grubenwasser kg a Zu DB Anteil der Kohlens ure der in der Druckbel ftung ausgast m ee Fe Massenstrom im Grubenwasser kg a Mow pe Fe Massenstrom im Grubenwasser kg a M pw Fe Fe Massenstrom im Reinwasser kg a Tos isu Anteil an Ee der mikrobiologisch umgesetzt wird Qcaion H co St chiometrischer Bedarf an Ca OH zur Neutralisierung kg kg Oca OH Fe NB st chiometrischer Bedarf an Ca OH zur Neutralisierung kg kg st chiometrischer Bedarf an Ca OH zur F llung kg kg Oca oH Fe NB 83 Bei der Neutralisation von Kohlens ure H2CO3 f llt Kalziumkarbonat CaCO aus und tr gt zur Schlammbildung bei Rkt 11 Die Menge an CaCO wird nach Gl 31 berechnet Mcaco 1 THO pp ew u co CaCO H CO
144. e f r die beiden Prozesse CO2 Abscheiden und CO Verdichten abgeleitet und die dabei freigesetzten nicht intendierten Outputs aufgezeigt 5 5 2 1 CO Abscheiden Hier wird das Abscheiden des CO aus dem Reingasstrom mittels Aminw sche beschrieben Bei der Aminw sche als chemisches Absorptionsverfahren reagiert das CO im Absorber mit dem Absorptionsmittel vergleiche Kapitel 3 6 7 Dabei ist die Waschmittelmenge proportional zur auszuwaschenden Gasmenge und wird somit von der CO2 Konzentration bestimmt Auf Grund der chemischen Bindung des CO an das Absorptionsmittel ist die Regeneration ber W rmezufuhr sehr energieaufw ndig Beladung und Energiebedarf f r die Regeneration sind vom eingesetzten Amin abh ngig 117 Problematisch sind irreversible Reaktionen der Waschmittel mit H2S SO und NOx Deshalb werden diese Komponenten durch Prim rma nahmen bei der Feuerung im Rauchgas vermieden oder in der Rauchgasreinigung sekund re Ma nahmen soweit wie m glich entfernt Die Rauchgasreinigung ist in einem Kraftwerk mit einer nachgeschalteten CO Abscheidung aufw ndiger als in einem Kraftwerk ohne CO2 Abscheidung Trotzdem ist mit einem Verbrauch an Waschmittel zu rechnen Au erdem findet eine Degradation des Waschmittels statt Abbau bzw Zerfall der Amine durch Oxidation mit Sauerstoff so dass stets eine bestimmte Menge frischen Absorptionsmittels zugegeben werden muss um die Effizienzverluste bei der Abschei dung auszugleichen Ra
145. e f r einen Einsatz im Kraftwerksbereich notwendig sind Erwartete Wirkungsgradverluste liegen zwischen 12 6 und 9 1 je nachdem ob bzw wie gut der Prozess in den Kraftwerksbetrieb integriert werden kann und welche L sungsmittel Verwendung finden Abbildung 21 zeigt ein Verfahrensschema zur chemischen Absorption von CO aus dem Rauchgas CO armes Abgas CO zum Verdichten Absorber Regenerator Reingas Dampf CO reiche L sung CO arme L sung Abbildung 21 Verfahren f r die CO gt Abscheidung aus Radgen et al 2006 Der mit CO beladene Reingasstrom steigt im Absorber nach oben Normaldruck ca 40 C Das L sungsmittel R NH3 rieselt im Gegenstromverfahren herab und reagiert mit dem CO nach Rkt 6 Der CO arme Abgasstrom verl sst den Absorber Der CO Strom wird zum Verdichten weitergef hrt CO R NH gt H2O gt R NH HCO Rkt 6 Das mit CO beladene L sungsmittel R NH3HCO3 wird vorgew rmt und dem beheizten Desorber Regenerator zugef hrt ca 120 C Das CO wird wieder abgetrennt Aufbrechen der chemischen Bindung Das regenerierte L sungsmittel wird abgek hlt und wieder dem Absorber zugef hrt Radgen et al 2006 3 6 8 CQO gt Verdichten Um das im Kraftwerksprozess abgeschiedene CO langfristig der Atmosph re zu entziehen m ssen Speicher daf r gefunden werden Die Orte des CO Anfalls und der CO gt Entsorgung werden sich h ufig unterscheiden so dass das CO transportiert wer
146. e hergestellt Weltweit werden ca 16 des Strombedarfs durch die Gewinnung und Verstromung von Braunkohle gedeckt Asmus amp Thielemann 2009 Braunkohlen sind lagerst ttenbedingt technisch und wirtschaftlich meist g nstiger gewinnbar als Steinkohlen Im Gegensatz zur Steinkohle wird Braunkohle vorwiegend im Tagebau gewonnen Strau 2006 Die Bundesanstalt f r Geowissenschaften und Rohstoffe BGR 2008 unterscheidet Hartkohle Hartbraunkohle Steinkohle und Anthrazit mit einem Energiegehalt von mehr als 16 500 kJ kg und Weichbraunkohle mit einem Energiegehalt unter 16 500 kJ kg aschefrei Die Begriffe Braunkohle Rohbraunkohle und Weichbraunkohle werden hier synonym benutzt Wegen des geringen Energie und des hohen Wassergehaltes wird Braunkohle vorwiegend f r eine lagerst ttennahe Verstromung eingesetzt Ende 2007 waren weltweit 279 Mrd t Reserven und 4 182 Mrd t Ressourcen an Braunkohle ausgewiesen Im Jahr 2007 wurden weltweit insgesamt 978 0 Mio t Braunkohle gef rdert 566 1 Mio t ca 58 in Europa 21 Die wichtigsten zehn F rderl nder sind e Deutschland mit 180 4 Mio t Braunkohle pro Jahr 2007 e Australien mit 72 3 Mio t e Russland mit 71 3 Mio t e USA mit 71 2 Mio t e T rkei und China mit jeweils 70 0 Mio t e Griechenland mit 64 4 Mio t e Polen mit 57 5 Mio t e Tschechische Republik mit 54 5 Mio t und e Serbien mit 36 5 Mio t BGR 2008 Mit einer F rdermenge von 180 4 Mio t hatte die
147. ebaubetrieb berechnet werden Eros Ey Exp Erg Ep zr Ex FBE E oer Gl 21 5 2 3 Inputs und Outputs im Tagebaubetrieb In Tabelle 7 sind die Inputs und Outputs des Stoff und Energiestromnetzes Tagebaubetrieb zusammengefasst Tabelle 7 Inputs und Outputs des Stoff und Energiestromnetzes Tagebaubetrieb Inputs Outputs M RBK Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle t a mp Dieselkraftstoff kg a Nicht intendierte Outputs m Luft kg a V Se Abraum Vorschnittbetrieb m a elektrischer Energieverbrauch V GE Abraum Briickenbetrieb m a eee Vorschnittbetrieb kWh a Vigo Abraum insgesamt m3 a E en Br ckenbetrieb kWh a Var Filterbrunnenwasser m3 a E Be Grubenbetrieb kWh a Vary Oberfl chenwasser m a pr Zugf rderung kWh a Ee Grubenwasser aus Tagebau m a E ETBE Filterbrunnenentw sserung Msr o Staub aus Grubenbetrieb kg a kWh a E Bar Oberfl chenentw sserung Hien o Methanemissionen aus kWh a Grubenbetrieb kg a e Tagebau insgesamt kWh a Hier y Staub aus Vorschnittbetrieb kg a Mor g Staub aus Briickenbetrieb kg a sr TGB Staubemissionen aus Tagebaubetrieb insgesamt kg a 76 Mpa co Mpa co Mpa cH M DA NMVOC Mpa NOx MDA N 0 Mpa so Mpa st Mpa RL Mpa Kohlendioxid Diesel kg a Kohlenmonoxid Diesel kg a Methan Diesel kg a Non methane volatile organic compounds Diesel kg a Stickoxide Diesel kg a
148. echneten Zusammensetzung Die wichtigsten nicht intendierten Outputs sind der abgeschiedene CO Massenstrom mco aa und der Abgasstrom m mit seinen Komponenten insbesondere CO m AG CO und SO m so Zus tzlich wird in der REA mehr Gips produziert caso x24 0 Durch den etwas gr eren Aufwand f r eine bessere SO2 Abscheidung sinkt der elektrische Wirkungsgrad des Kraftwerks ohne Ber cksichtigung der Energieverbr uche f r die CO2 Behandlung nach Gl 120 auf KW 34 9 Werden die Energieverbr uche f r die CO2 Abscheidung und Verdichtung ber cksichtigt sinkt der Netto Wirkungsgrad des untersuchten Kraftwerks auf NKw aB vpr 20 4 6 5 Auswertung und Diskussion In den Kapiteln 6 1 bis 6 4 wurden die nicht intendierten Outputs die bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle entstehen beispielhaft berechnet f r die bergbauliche Gewinnung der Rohbraunkohle in einem Tagebaubetrieb mit Direkt Versturz System und konventioneller Grubenwasserreinigung und f r die Verstromung der Rohbraunkohle in einem grubennahen Dampfkraftwerk mit unterkritischen Dampfparametern Fallbeispiel 1 Au erdem wurden die 141 nicht intendierten Outputs und Energieverbr uche f r den Kraftwerksbetrieb ermittelt die entstehen wenn die Abscheidung von 90 des CO aus dem Reingasstrom des Kraftwerks und seine anschlie ende Verdichtung mitber cksichtigt werden Fallbeispiel 2 Im Folgenden werden die mit dem im Rahmen
149. efelungsanlage zu Grunde gelegt das sich in unmittelbarer N he zu dem in Kapitel 6 1 beschriebenen Tagebau befindet und ausschlie lich von diesem Tagebau aus mit Rohbraunkohle versorgt wird Die Beschickung der Kraftwerks bl cke mit Rohbraunkohle erfolgt ber Bunker In einem Betriebsjahr werden 14 85 Mio t Rohbraunkohle verstromt Die Angaben zur Zusammensetzung der Rohbraunkohle die f r die Berechnungen in diesem Kapitel verwendet werden sind Tabelle 16 zu entnehmen Tabelle 16 Zusammensetzung der Rohbraunkohle Fritsche et al 1994 Rohbraunkohle Kohlenstoffgehalt uc 27 0 Wasserstoffgehalt uy 2 0 Sauerstoffgehalt uo 10 0 Stickstoffgehalt un 0 4 Schwefelgehalt us 0 7 Wassergehalt uw 56 0 Aschegehalt u4 3 9 Nach den Gleichungen Gl 51 bis Gl 54 ergeben sich f r den oberen und unteren Heizwert folgende Werte H 10 463 kJ kg und H 8 659 kJ kg F r das Kraftwerk werden eine Fl cheninanspruchnahme von 375 000 m und eine Nutzungs dauer von 20 Jahren angenommen GEMIS 2007 Aus diesen Angaben wird nach Gl 1 die Fl chennutzung FNgw zu 0 025 m a t und nach Gl 2 die Fl chenumwandlung FUxgw zu 0 001 m2 t bestimmt 6 3 2 Modellparameter Die in Kapitel 5 4 2 definierten Koeffizienten sind dem Umberto Netz Kraftwerksbetrieb als Netz Parameter oder den einzelnen Transitionen als lokale Parameter hinterlegt wobei Netz Parameter fiir das g
150. elprozesse als Elemente zugeordnet werden Dabei werden auch Prozesse ber cksichtigt die sich zurzeit in der Entwicklung befinden und gro technisch noch keine Anwendung finden wie z B die mikrobiologisch unterst tzte Grubenwasserreinigung und die Abscheidung und Verdichtung des bei der Verstromung von Kohle entstehenden Kohlendioxids CO2 Die Entsorgung des abgeschiedenen CO bzw seine Nutzung werden nicht ber cksichtigt Zur Erfassung der nicht intendierten Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle werden in der vorliegenden Arbeit ein Tagebau mit Direkt Versturz System und Grubenwasserreinigung sowie ein konventionelles Braunkohlenkraftwerk mit unterkritischen Dampfparametern und nachgeschalteter Abscheidung und Verdichtung des CO als Gesamt system untersucht Insgesamt werden 47 Subsysteme und Elemente in die Modellbildung als Grundlage f r die Berechnung der nicht intendierten Outputs einbezogen und in vier separaten Stoff und Energiestromnetzen f r den Tagebaubetrieb die Grubenwasserreinigung den Kraftwerksbetrieb sowie das Abscheiden und Verdichten von CO abgebildet Die nicht intendierten Outputs werden f r die einzelnen Prozesse mit Hilfe mathematischer Modelle in Abh ngigkeit definierter Modellparameter berechnet und ber die Systemstruktur zusammengefasst Der Bezugszeitraum f r die Berechnung der nicht intendierten Outputs betr gt ein Betriebsjahr im Regelbetrieb eines Tagebaus bzw e
151. elt Generatoren wandeln die Rotationsenergie in elektrische Energie um Spannungsinduktionsprinzip In Europa wird Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hz erzeugt Maschinentransformatoren transformieren die an den St nderwicklungen der Generatoren anliegenden Spannungen von maximal 40 kV auf Spannungen von 220 oder 380 kV die ins Netz eingespeist werden Bereitstellen von Elektroenergie Schwab 2006 3 6 5 Kondensation und K hlung Nach dem Austritt aus der letzten Turbinenstufe wird der Dampf im Kondensator niedergeschlagen und mittels Speisewasserpumpe wieder dem Dampferzeuger zugef hrt Damit ist der Speisewasserkreislauf geschlossen Der Dampf wird dabei durch W rmeaustausch so weit abgek hlt dass er sich verfl ssigt K hlung Die Kondensation bei m glichst niedrigen Temperaturen ist mit einer gro en nderung des spezifischen Volumens verbunden Das Kondensat wird abgesaugt und zum Speisewasserbeh lter gef rdert Damit der Dampf in der Turbine auf niedrigere Dr cke als Umgebungsdruck expandiert werden kann wird im Kondensator Unterdruck erzeugt Die bei der Kondensation frei werdende Kondensationsw rme wird in einem K hlkreislauf an das K hlwasser meist Frischwasser abgegeben An Standorten an denen das erw rmte K hlwasser nicht direkt an die Umgebung z B einen Fluss oder See abgegeben werden kann wird es vorzugsweise in einem Nassk hlturm verrieselt und dabei mit Umgebungsluft r ckge k hlt Ablaufk hlung
152. en Kreislaufwirtschafts und Abfallgesetz KrW AbfG vom 27 September 1994 In BGBl I S 2705 zuletzt ge ndert durch Artikel 5 der Verordnung vom 22 Dezember 2008 In BGBl IS 2986 Gesetz ber die Umweltvertr glichkeitspr fung UVPG in der Fassung der Bekanntmachung vom 25 Juni 2005 In BGBl I S 1757 2797 zuletzt ge ndert durch Artikel 7 der Verordnung vom 22 Dezember 2008 In BGBl IS 2986 Goedkoop M Spriensma R The Eco indicator 99 A damage oriented method for Life Cycle Impact Assessment Methodology Report Third edition Amersfoort NL 2001 http www pre nl download EI99_methodology_v3 pdf abgerufen am 05 02 2008 G rlach B Kath fer V Buchner L Gagelmann F Guddas I Hohmuth T H lzer Schopohl O K hleis Ch Landgrebe J Lange S Olaniyon A Rosenbohm K Schmidt Y Schwalb O Seidel W Steegmann J Thorne Ch Wolf M Wolke F Emissionshandel Auswertung der ersten Handelsperiode 2005 2007 Berlin 2009 http www dehst de cln_099 SharedDocs Downloads Publikationen Auswertung__1__ Handel 152 speriode templateld raw property publicationFile pdf Auswertung_1_Handelsperiode pdf abgerufen am 25 02 2009 Hanisch H M Petri Netze in der Verfahrenstechnik Modellierung und Steuerung verfahrenstechnischer Systeme M nchen Wien Oldenbourg 1992 Hejny H EU Legislation and Good practice Guides
153. en sind nicht intendiert Auch das Reinwasser Van stellt einen nicht inten dierten Output dar Ebenso werden die Komponenten des Reinwassers Fe Ga SO als nicht intendierte Outputs der GWR angesehen m Das Reinwasser M Rw ca rw Fe len s07 kann jedoch je nach Anforderungen fiir den Kraftwerksbetrieb zur Trinkwasseraufbereitung oder zur Stabilisierung des Wasserhaushaltes genutzt werden Die wichtigsten nicht intendierten Outputs sind die Schl mme und ihre Inhaltsstoffe wie AEW Am gt en s 02 bei der konventionellen GWR und EHS am bei der Ber cksichtigung mikrobiologischer Umwand lungsprozesse Bei den konventionellen Verfahren zur GRW wird die Kalziumfracht im Reinwasser gegen ber dem zulaufenden Grubenwasser durch die gro e zur Neutralisation notwendige Zugabemenge an Kalk CaO ungef hr verdoppelt Eisen ID wird gleichzeitig bis auf eine Restkonzentration aus dem Grubenwasser entfernt Mit den hier zu Grunde gelegten Modellparametern wird Eisen ID in der GWR zu 99 7 aus dem Oberfl chenwasser und zu 98 3 aus dem Filterbrunnenwasser entfernt Die dabei anfallenden AEW sind nicht verwertbar Der Bedarf an Kalk ergibt sich aus mehreren Prozessen Die Oxidation von Eisen Il und die Umwandlung zu Eisenhydroxid Rkt 14 verursachen ca 55 und die Neutralisation von Kohlens ure Rkt 11 ca 45 des Kalkverbrauchs Der Kalkverbrauch sinkt insgesamt um ca 11 wenn ein Viertel der vorhandenen Kohlens ure
154. en Regelungen f r Raumplanung und Raumordnung und keine umfassenden gesetzlichen Regelungen f r den Bergbau die sich mit Prospektion Exploration Abbaw Gewinnung Stilllegung R ckgewinnung Rekultivierung und Haftungsfragen in Europa befassen Die Europ ische Gesetzgebung beeinflusst jedoch sowohl den Bergbau als auch die Rohstoffindustrie insbesondere durch Regelungen f r Genehmigungs und Verwaltungs verfahren und in den Bereichen Gesundheit Sicherheit und Umwelt Es gibt nur einige wenige spezifische Richtlinien die den Bergbau direkt betreffen Die am weitesten reichende ist dabei die Richtlinie 94 22 EG ber die Erteilung und Nutzung von Genehmigungen zur Prospektion Exploration und Gewinnung von Kohlenwasserstoffen Sie bezieht sich ausschlie lich auf l und Gas gibt jedoch erstmals einen Rahmen f r alle Abschnitte des Bergbaus vor Die Richtlinie 92 104 EWG zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Arbeitnehmer in bert gigen oder untert gigen mineralgewinnenden Betrieben sowie die 48 Richtlinie 92 91 EWG zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Arbeitnehmer in den Betrieben in denen durch Bohrungen Mineralien gewonnen werden stellen Mindestvorschriften fiir die Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer in Bergbaubetrieben dar Die Anzahl allgemein g ltiger Richtlinien die Bergbau und Stromerzeugung ma geblich beeinflussen nimmt st ndig zu v a im Bereich des Umweltrech
155. enrechnung umfasst mehrere Auf gabengebiete und es gibt verschiedene M glichkeiten die Kostenrechnung in der betrieblichen Praxis durchzuf hren Im Mittelpunkt steht dabei das Verursachungsprinzip Welcher monet re Aufwand ergibt sich wenn bestimmte Aktivit ten durchgef hrt werden Die Internalisierung externer Kosten hat zum Ziel neben den internen Kosten die in der Regel ber cksichtigt werden zus tzlich die Folgewirkungen externe Effekte zu monetarisieren und in die Kostenrechnung einzubeziehen die zwar von einem Unternehmen verursacht jedoch von Dritten und oder der Allgemeinheit getragen werden und nicht dem Verursacher angerechnet werden Loew et al 2003 Analog zur finanziellen Buchhaltung schlie t die kologische Buchhaltung einerseits mit einer Erfolgs bzw aus kologischer Sicht einer Misserfolgsrechnung Schadsch pfungsrechnung und einer Umweltbestandsrechnung ab Anstelle von Geldfl ssen werden in der Schad sch pfungsrechnung Stoff und Energiestr me erfasst und nach sozio konomischen Kriterien beurteilt Da wirtschaftliche Aktivit ten aber nicht nur Stoff und Energiefl sse verursachen sondern auch kologische Best nde wie z B Artenvielfalt Bodenversiegelung usw ber hren muss die Schadsch pfungsbetrachtung durch eine Umweltbestandsrechnung erg nzt werden Schaltegger amp Sturm 2000 Hier sind v a solche Kostenrechnungsans tze von Interesse die sich auf die Stoff und Energie str me bezie
156. er und zweiter Ordnung sowie Elementen zusammensetzt kann als hierarchisch strukturiertes Stoff und Energiestromnetz abgebildet werden Dazu werden einzelne Transitionen Teil oder Subsysteme mit einem Subnetz spezifiziert das wiederum aus mehreren Transitionen Subsystemen und oder Elementen und Stellen bestehen kann wobei die Transitionen wiederum durch weitere Subnetze spezifiziert werden k nnen Auf diese Weise bleibt das als Modell erstellte Stoff und Energiestromnetz trotz seiner gro en Komplexit t bersichtlich Die hierarchisch aufgebaute Systemstruktur erm glicht es Prozesse bzw Elemente einerseits zu bergeordneten Prozessen Subsysteme erster und zweiter Ordnung zusammenzufassen und andererseits diese Gliederung jederzeit zu verfeinern bzw zu erweitern bis alle Einzelprozesse als Elemente in das Systemmodell einbezogen sind Buttom up Ansatz 5 1 3 Berechnung von Stoff und Energiestromnetzen Die Erfassung bzw Ermittlung nicht intendierter Outputs erfolgt auf Basis eines Systemmodells das zun chst im Rahmen der Systemanalyse f r den Einzelfall konkretisiert werden muss Die relevanten Prozesse werden nach der in Kapitel 5 1 2 erl uterten Systematik miteinander verschaltet d h ber Stoff und Energiestr me in Relation zueinander gesetzt In den Transitionen werden die einzelnen Prozesse der Stoff und Energiewandlung innerhalb des Systems beschrieben Als Transitionsspezifikationen k nnen in Umberto verschiedens
157. erbietet direkte Verbindungen zwischen Stellen oder zwischen Transitionen Transitionen und Stellen wechseln sich im Netz ab ifu amp ifeu 2005 Zur Verdeutlichung der Symbolik zeigt Abbildung 25 beispielhaft ein Stoff und Energie stromnetz f r die Gewinnung und Verstromung von Braunkohle elektrische Energie Grubenwasser Emissionen Emissionen Abw rme 4 Betriebsmittel x Abraum A Ee x Gips Asche Betriebs Rohbraunkohle Rohbraunkohle mittel be I 01 04 05 08 diskonti PO 01 bergbauliche nuierliche Zugf rderung Z 03 Verstromung U Gewinnung Abraum Rohbraunkohle elektrische Energie y elektrische Energie aus der Lagerst tte lt Z Reingas Grundwasser elektrische Energie j mit Kohlendioxid elektrische Energie Emissionen CO CO E a gt I 03 09 01 Chemische 4 03 09 03 CO2 Verdichten Absorption von CO2 Emissionen Betriebsmittel Abbildung 25 Stoff und Energiestromnetz nach Bielig amp Kuyumcu 2009 2 Transitionen werden in den Netzen als Quadrate dargestellt Quadrate mit hervorgehobenen seitlichen R ndern kennzeichnen spezifizierte Transitionen Eine doppelte Berandung kenn zeichnet Transitionen die ein Subnetz beinhalten Stellen werden als Kreise dargestellt Kreise mit zus tzlicher linksseitiger Linie kennzeichnen Input Stellen Kreise mit zus tzlicher rechtsseitiger Linie kennzeichnen Output Stellen Sie markieren die Grenzen e
158. erbrennung sehr schnell ab Die Verweilzeit des Brennstoffs im Feuerraum betr gt nur wenige Sekunden In den Feuerungsanlagen wird die chemisch gebundene Energie der Braunkohle freigesetzt Es finden chemische Reaktionen zwischen den Komponenten der Braunkohle und dem Sauerstoff aus der Luft statt Dabei entsteht hei es Rauchgas Mit der thermischen Energie des Rauchgases wird im Dampferzeuger gespannter Dampf erzeugt und berhitzt Die nicht brennbaren Bestandteile der Braunkohle gelangen als Dampf oder Flugasche ins Rauchgas oder bleiben als Schlacke oder Feuerraumasche zur ck Die Deponierung gro er Flugaschemengen ist bei Braunkohlenkraftwerken meist un problematisch in den nahe gelegenen Tagebauen m glich Kurtz et al 2005 Strau 2006 3 6 3 Dampferzeugung Das hei e Rauchgas aus der Feuerung gibt seine W rme zur Dampferzeugung ber die Heizfl chen im Kessel dem Dampferzeuger an den Speisewasserkreis Wasser Dampfkreis ab Der Dampferzeuger hat die Funktion eines W rmeaustauschers Es ist seine Aufgabe die in der Feuerung als W rme freigesetzte chemische Energie des Brennstoffes in Enthalpie des Dampfes umzuwandeln In Kraftwerksbl cken gro er Leistung finden aus schlie lich Wasserrohrkessel Verwendung Zur Erzeugung von berhitztem Dampf wird das Speisewasser als Arbeitsmittel auf S ttigungstemperatur vorgew rmt verdampft und dann berhitzt Die heute im Einsatz befindlichen Hochtemperatur Hochdruck D
159. erechnet und Ap pw 0 14 kWh t nach Angaben von M ller 2007 berechnet Weiterhin werden die Angaben aus Tabelle 14 zur Berechnung der bei der konventionellen GWR mit Neutralisation Beliiftung Fallung Flockung und Sedimentation beider Gruben wasserstr me entstehenden Stoffstr me und Energieverbr uche herangezogen 127 Zus tzlich werden f r das stark belastete Oberfl chenwasser weitere Szenarien der GWR untersucht Ein Szenario umfasst die Grubenwasserreinigung mit physikalischer Ents uerung Dabei wird angenommen dass ein Viertel der im Grubenwasser enthaltenen Kohlens ure ungebunden vorliegt und mittels Druckbel ftung DB durch Einblasen von Luft als Kohlen dioxid ausgetrieben werden kann Der spezifische Energiebedarf f r die Druckbel ftung wird dabei zun chst als genauso gro abgesch tzt wie der f r die Bel ftung o pg 0 06 kWh m Ein weiteres Szenario besch ftigt sich mit der mikrobiologischen Umwandlung MU von Eisen II zu Eisen II Dabei wird davon ausgegangen dass die H lfte des Eisen ID durch Mikroorganismen in EHS hier exemplarisch in Schwertmannit umgewandelt und vollst ndig abgezogen werden kann Zus tzlich wird ein Szenario berechnet in dem Druckbel ftung und mikrobiologische Umwandlung kombiniert werden 128 6 223 Ergebnisse Die mit dem Stoff und Energiestromnetz Grubenwasserreinigung berechneten Ergebnisse sind in Tabelle 15 zusammengefasst vergleiche Tabelle 8 Tabelle 1
160. erechnung des notwendigen K hlwasser Massenstroms und der Energiestr me bei der Kondensation werden folgende Dampf und Speisewasserzust nde und K hlwasserangaben verwendet e hwp NT Out die spezifische Dampfenthalpie nach Niederdruckturbine kJ kg e hsw ko Out die spezifische Speisewasserenthalpie nach Kondensator kJ kg e hk koO m die spezifische K hlwasserenthalpie vor Kondensation kJ kg hk ko Bo ol Pop T Kim nach der K hlwasserpumpe e hk kO Out die spezifische K hlwasserenthalpie nach Kondensation kJ kg rr kou hy ol Bern Teo oe e hk m die spezifische Ktihlwasser Eintrittsenthalpie kJ kg hk h ol EEN bei K hlwasser Eintrittstemperatur Tg m e ben ou und die spezifische K hlwasser Austrittsenthalpie kJ kg ep Out hyo Pool gi out bei Austrittstemperatur CT ep zl Die W rmemenge die bei der Kondensation des Dampfes frei wird muss vom K hlwasser aufgenommen werden Dabei erw rmt sich das K hlwasser und wird als nicht intendierter Output wieder abgegeben Der Massenstrom des K hlwassers wird nach Gl 123 berechnet F r die W rme bertragung bei der Kondensation wird ein Wirkungsgrad 7x0 definiert wodurch der ben tigte K hlwasserstrom vergr ert wird wp NT Ou lsw Ko 0u wo Mk Gl 123 Bk eo ou ES hey eo 1ko mit Ney Massenstrom des K hlwassers kg a Myp Massenstrom des Wasserdampfs kg a 1ko Wirkungsgrad des Kondensators Da das K h
161. erheit und des Gesundheitsschutzes der Arbeitnehmer in den Betrieben in denen durch Bohrungen Mineralien gewonnen werden 11 Einzelrichtlinie im Sinne des Artikels 16 Absatz 1 der Richtlinie 8 39 1 EWG In ABl L 348 vom 28 11 1992 S 9 Richtlinie 92 104 EWG des Rates vom 3 Dezember 1992 ber Mindestvorschriften zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Arbeitnehmer in bert gigen oder untert gigen mineralgewinnenden Betrieben 12 Einzelrichtlinie im Sinne des Artikels 16 Absatz 1 der Richtlinie 89 39 EWG In ABl L 404 vom 31 12 1992 S 10 Richtlinie des Rates 85 337 EWG vom 27 Juni 1985 ber die Umweltvertr glichkeitspr fung bei bestimmten ffentlichen und privaten Projekten In ABl L 175 vom 5 7 1985 S 40 Riebel P Die Kuppelproduktion Betriebs und Marktprobleme K ln und Opladen Westdeutscher Verlag 1955 Habilitationsschrift an der Hochschule f r Wirtschaft und Sozialwissenschaften N rnberg Raumordnungsgesetz ROG vom 22 Dezember 2008 In BGBl I S 2986 R diger Ch Betriebliches Stoffstrommanagement Wiesbaden DUV 2000 Dissertation RWE Power AG Hrsg Programm Klimaschutz IGCC Kraftwerk mit CO2 Speicherung Essen K ln 2006 Schaefer H Geiger B Rudolph M Energiewirtschaft und Umwelt Bonn Economica 1995 Schaltegger S Herzig Ch Kleiber O M ller J Nachhaltigkeitsmanagement in Unternehmen
162. ertung genutzt werden k nnen Die Bibliothek kann sowohl was die Prozessmodule als auch die Bewertungsmethoden betrifft beliebig erg nzt werden Abbildung 24 verdeutlicht den Aufbau des Software Paketes Umberto Schmidt amp Keil 2002 Tabellen Material Prozess gt Se Import verwaltung Bibliothek Importieren und Exportieren Auswerten und Darstelle Berechnen SQL Input In Output Bewertung Datenimport Monitor Fl sse Kennzahlen Bestande Stoff Datenimport Prozess Netze Sankey gt J a D e z B SPOLD Bibliothek aed E hl Darstellung rechnung Tabellen gt Transition Import Allokations Active regeln Scripting Unterst tzen Steuern und Kosten Automatisieren artenplan Analysieren Abbildung 24 Struktur der Software Umberto Schmidt amp Keil 2002 Schmidt amp Schorb 1995 sowie Schmidt amp H uslein 1997 beschreiben ausf hrlich Funktionalit t und Anwendung von Umberto Der inzwischen weit verbreitete Einsatz von Umberto in Industrie Handel und Consulting sowie in der Forschung beweist dass das Software Paket zur Unterst tzung der Modellierung Berechnung und Auswertung von Stoff und Energiestromsystemen gut geeignet ist In den Kapiteln 5 1 2 bis 5 1 5 wird dargelegt wie das hierarchisch strukturierte Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle als Stoff und Energiestromnetz abgebildet werden kann Im Anschluss daran wird die Berechnung fehlender Stoff
163. es Klimas werden auch f r Braunkohlenkraftwerke verschiedene Konzepte zur Reduzierung der CQO Emissionen diskutiert Zwei Verfahrensvarianten sehen die CO Abscheidung mit chemischen oder physikalischen W schen vor Zum einen handelt es sich dabei um die der Feuerung und Rauchgasreinigung nachgeschaltete CO2 Abscheidung post combustion capture mit einem chemischen Absorptionsmittel Auf diese Weise kann CO auch aus dem Rauchgasstrom konventioneller Kraftwerke abgeschieden werden Die Nachr stung bestehender Kraftwerke ist denkbar Neue Kraftwerke k nnen entsprechend vorbereitet werden capture ready Zum anderen handelt es sich um die CO2 Abscheidung aus dem Brenngasstrom nach Vergasung des Brennstoffs und Gasreinigung also vor der Verbrennung pre combustion capture In Kombi bzw so genannten IGCC Kraftwerken Integrated Gasification Combined Cycle wird der Brennstoff zu einem Brenngas umgewandelt dessen Hauptbestandteile Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H gt sind Neue Entwicklungen sehen vor das im Brenngas enthaltene CO in CO umzuwandeln d h durch eine Reaktion mit Wasserdampf Wassergas Reaktion in CO und H zu berf hren CO Konvertierung das CO abzutrennen zu verdichten und dauerhaft zu speichern Die Konzentration des CO ist im Synthesegas wesentlich h her als im Rauchgas so dass es hier durch physikalische W sche vom H getrennt werden kann Der verbleibende Wasserstoff wird in Gasturbinen verbrannt die Generat
164. esamt Netz gelten und lokale Parameter nur fiir die einzelne Transition Einige zus tzliche f r die Berechnungen notwendige Zahlenwerte sind direkt im Programm code der Transitionen festgeschrieben k nnen bei Bedarf ge ndert werden 131 Die Werte f r die Modellparameter zur Berechnung der Stoff und Energiestr me werden ebenso wie die Dampfparameter die in dem hier untersuchten Fallbeispiel f r ein unter kritisches Braunkohlenkraftwerk eingesetzt werden nach Angaben aus der Literatur abgesch tzt z B nach Baehr amp Kabelac 2009 Strau 2006 Effenberger 2000 Zehner 2006 Kugeler 2001 und L ffler 1988 Die Parameter mit denen die Emissionen des Kraftwerks bestimmt werden sind an Angaben aus EPER 2004 angepasst F r ein konventionelles Braunkohlenkraftwerk mit unterkritischen Dampfparametern wurden folgende Angaben abgesch tzt e Frischdampftemperatur nach dem berhitzen Two 540 C e Frischdampfdruck nach dem Uberhitzen pwp v 18 0 MPa 180 bar e Zwischendampftemperatur nach dem Zwischen berhitzen Twp z 550 C e Dampfdruck nach Entspannen in der Mitteldruckturbine pwp wr 0 7 MPa 7 bar e Druck nach Entspannen in der Niederdruckturbine Kondensatordruck Psw xo 0 005 MPa 0 05 bar und e Speisewassertemperatur nach Vorw rmung Tsw gco 160 C Als Vergleichsprozess f r das Kraftwerk wird ein idealisierter Clausius Rankine Prozess angenommen d h W rme bertragung und K
165. eshalb durch aufw ndigere Rekultivierungsma nahmen teilweise aufgezehrt werden Steinmetz 1992 Drebenstedt 2009 Niemann Delius amp Stoll 2009 31 3 4 Hauptprozesse im Tagebaubetrieb Beim Betrieb eines Tagebaus lassen sich drei Phasen unterscheiden e Aufschluss e Abbau Gewinnung im Regelbetrieb sowie e Auslauf Rekultivierung Zum Aufschluss eines Braunkohlentagebaus geh ren s mtliche Ma nahmen und T tigkeiten die der Vorbereitung des Abbaus dienen Der Aufschluss eines Tagebaus entspricht der Aus und Vorrichtung einer Lagerst tte im Tiefbau Beim Aufschluss und auch im Regelbetrieb des Tagebaus m ssen zun chst die ber der Lagerst tte anstehenden Deckgebirgsschichten als Abraum abger umt werden Der Abbau der so freigelegten Rohbraunkohle erfolgt im Anschluss daran in einer offenen Grube Abbau bzw Gewinnung im Regelbetrieb ist die zeitlich l ngste Phase des Tagebaubetriebs Abraum und Rohbraunkohle m ssen aus ihrem gewachsenen Verband gel st das aufgelockerte Gestein gewonnen verladen und transportiert sowie zur weiteren Verarbeitung an einer Abkipp stelle verkippt bzw erneut verladen und oder aufgehaldet werden Mit dem Verkippen des Abraums beginnt die abbaubegleitende Rekultivierung Sie erfolgt w hrend des Regelbetriebs im Tagebau Bei der abbaubegleitenden Rekultivierung geht es v a um die Nutzung des Abraums bzw der Abraumhalden z B durch selektiven Abbau Transport und Verkippung kulturf higen Abra
166. et Serviceeinheiten sind Nutzungs und Dienstleistungseinheiten die mit der Ver f gung ber ein Produkt oder Infrastruktur verbunden sind Der gesamte lebenszyklusweite Materialinput abz glich der Eigenmasse des Gutes wird als kologischer Rucksack bezeichnet Die ermittelten Materialinputs bzw die kologischen Rucks cke werden in f nf Kategorien getrennt angegeben abiotische Rohstoffe biotische Rohstoffe Bodenbewegungen Land und Forstwirtschaft Wasser und Luft Schmidt Bleek et al 1998 Die Methoden zur Ermittlung des KEA sind in VDI 4600 1997 beschrieben Der KEA gibt die Gesamtheit des prim renergetisch bewerteten Aufwands an der im Zusammenhang mit der Herstellung Nutzung und Beseitigung eines konomischen Gutes Produkt oder Dienstleistung entsteht bzw diesem urs chlich zugewiesen werden kann Nach dieser Definition wird der gesamte Lebenszyklus eines Produktes bzw einer Dienstleistung in die Ermittlung des KEA einbezogen Entsprechende Untersuchungen f r die Energiebereitstellung insbesondere in Bezug auf Kraftwerke haben Schwaiger 1996 und K hler 1996 durchgef hrt Ziel der vom Institut f r kologische Wirtschaftsforschung I W entwickelten ABC Methode ist nicht die quantitative Bewertung von Emissionen sondern ihr Vorkommen an sich herauszustellen und unter Ber cksichtigung verschiedener Kriterien zu gewichten und zu bewerten Mit dieser Methode k nnen betriebliche Systeme einer kologischen
167. f r ein Unternehmen konomisch besonders relevant sind Im Weiteren muss analysiert werden worin die Gr nde daf r bestehen z B Verwendung teuren Materials Komplizierte Herstellungs 19 verfahren eine aufw ndige Entsorgung Zertifikatehandel Abgaben bzw ob und wie diese beeinflussbar sind Eine konomische Bewertung der Stoff und Energiestr me bzw der nicht intendierten Outputs setzt die Verf gbarkeit detaillierter Kostenangeben voraus Eine Kategorisierung in Gut bel und Neutrum kann u U sinnvoll sein F r die Einf hrung eines Benchmarkings werden Kennzahlen auf Basis der ermittelten Stoff und Energiestr me gebildet wenn m glich unter Einbeziehung der Kosten Die Angabe absoluter Gr en als Kennzahlen eignet sich zwar zur Beschreibung und Auswertung eines untersuchten Systems nicht aber zum Vergleich zwischen Betrieben oder Prozessen Daher werden relative Kennzahlen definiert mit denen die Teilsysteme und das Gesamtsystem charakterisiert werden k nnen Trotz der Kritik an der Verwendung von Grenzwerten zur Bewertung von Stoff und Energiestr men werden aus Gr nden der Praktikabilit t auch zur Bewertung der nicht intendierten Outputs Grenzwerte herangezogen aber nicht im Sinne einer Wirkungs absch tzung sondern im Hinblick auf die Beurteilung der Einhaltung gesetzlicher Vorgaben Um sicherstellen zu K nnen dass Unternehmensziele und gesetzliche Vorgaben erreicht bzw eingehalten werden ist die Kenntnis der
168. feuerte Rohbraunkohle kg a New Netto Wirkungsgrad des Kraftwerks Der Netto Wirkungsgrad eines Kraftwerks kann auch wie in Gl 121 durch das Produkt von Einzelwirkungsgraden berechnet werden Vw Hrga re Tru Hoz Air rz Gl 121 mit NTH thermischer Wirkungsgrad des Kreisprozesses NKE Wirkungsgrad der Kesseleinheit Nru mechanischer Wirkungsgrad der Turbinen NGE Wirkungsgrad des Generators Nr Wirkungsgrad des Transformators NEig ber cksichtigt den Eigenbedarf des Kraftwerks Dazu kann der thermische Wirkungsgrad analog zum idealen Clausius Rankine Prozess siehe Abbildung 35 nach Gl 122 mit den in den Abschnitten dieses Kapitels definierten Dampf und Speisewasserzust nden bestimmt werden h h hwpmT n Ban 20 oe d WD HT In wo U 0ut hswswp ow Ben Groe h h SW KO Out hwonrout SW SWP In S SWP Speisewasserpumpe VD Verdampfer berhitzer HT Hochdruckturbine ZU Zwischen berhitzer MT Mitteldruckturbine NT Niederdruckturbine KO Kondensator Abbildung 35 Idealer Clausius Rankine Prozess mit einfacher Zwischeniiberhitzung Dun lwp or in 7 hwo HT out lwp mer A u hwo wr ou 7 Nsw eur A lew swP out GL 12 2 hyp A sw swP ou hun AA zu hyp Hr ou 108 5 4 2 9 Kondensation Die Kondensation des Dampfes wird im Subsystem zweiter Ordnung 03 07 01 Kondensation in der Kondensatoranlage betrachtet F r die B
169. g der Kohle Band oder Bahn Wagonentladung Lagerung z B im Kohlebunker Brennstoffaufbereitung Abtrennen von St rstoffen Holz Steine Eisen Feinzerkleinerung Feinzerkleinerung Mahlung mit Schlagradm hlen f r Braunkohlen Feinzerkleinerung Mahlung mit Sch sselm hlen f r Steinkohlen Trocknung Mahltrocknung mit Hei luft Mahltrocknung mit Rauchgas Wirbelschichttrocknung mit integrierter Abw rmenutzung WTA Mechanisch Thermische Entw sserung MTE Staubabscheidung Br denabscheidung Vergasung Dosierung und Zufuhr der Braunkohle Dosierung und Zufuhr des Vergasungsmittels Luftzerlegung Vergasung Festbettvergasung Wirbelbettvergasung Flugstromvergasung Gasreinigung Rohgask hlung Entstauben Entschwefeln Enthalogenisieren Absaugen des Brenngases Synthesegas Austrag der R ckst nde Feuerung Brennstoffzufuhr Staubabscheidung Sichtung Filtration Br denabscheidung Anfahren Z ndung mit Heiz l Dosierung und Zufuhr mit Z ndbrenner Dosierung und Zufuhr mit Br denbrenner Dosierung und Zufuhr mit Brenner 03 04 02 03 04 02 01 03 04 02 02 03 04 02 03 03 04 02 04 03 04 02 05 03 04 02 06 03 04 03 03 04 04 03 04 04 01 03 04 04 02 03 04 04 03 03 04 04 04 03 04 05 03 04 05 01 03 04 05 02 03 04 05 03 03 04 05 04 03 04 05 05 03 04 05 06 03 04 05 07 03 04 05 08 03 04 05 09 03 04 06 03 04 07 03 05 03 05 01 03 05 01 01 03 05 01 02 03 05 01 03 03 05 02 03 05 02 01 03 05
170. g und Verstromung von Braunkohle 177 1 Einleitung In der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle entwickelt Dieser Methodik liegt ein ganzheitlicher Ansatz zu Grunde der auf einer umfassenden technischen und wirtschaftlichen Analyse von Stoff und Energiestromsystemen beruht Ein hierarchisch strukturiertes Systemmodell erm glicht die prozessgenaue Zuordnung von Stoff und Energie str men Das Systemmodell wurde zuerst f r Bergbaubetriebe erstellt die bergbauliche Gewinnung und Aufbereitung umfassen F r die Aktivit ten im Zusammenhang mit der bergbaulichen Rohstoffgewinnung werden Landfl chen in Anspruch genommen Betriebsmittel eingesetzt und Energie verbraucht Betriebsbegleitend werden erhebliche Stoff und Energiestr me freigesetzt wie z B Abraum Grubenberge Grubenwasser Staub Abluft Abgase Aufbereitungsr ckst nde Abw rme Abwasser Abrieb K hl und Schmiermittelverluste Diese Stoff und Energiestr me sind bez glich ihrer Funktion in der Rohstoffversorgungskette fast immer ohne Bedeutung und bilden nicht das Produktionsziel des Bergbaus Sie sind in ihren konomischen und kologischen Auswirkungen meist belastend sie sind nicht intendiert Sie verursachen zu ihrer Bew ltigung technische und organisatorische Ma nahmen die mit erheblichem betriebs wirtsch
171. g und einer Umweltvertr glichkeitspr fung nach dem Gesetz ber die 52 Umweltvertr glichkeitspr fung UVPG Emissionsgrenzwerte f r Feuerungsanlagen f r feste Brennstoffe sind als Anforderungen an den Betreiber in 3 13 BImSchV festgelegt Verwendung und Beseitigung von Abf llen die in der Bergaufsicht unterstehenden Betrieben anfallen sind vom Geltungsbereich des Abfallrechts ausgenommen und werden durch das Betriebsplanverfahren genehmigt Schmidt 2009 Nach 2 Abs 2 Nr 4 des Kreislaufwirtschafts und Abfallgesetzes KrW AbfG gelten die Vorschriften des deutschen Abfallrechts nicht f r Abf lle die beim Aufsuchen Gewinnen Aufbereiten und Weiterverarbeiten von Bodensch tzen in Betrieben anfallen die der Bergaufsicht unterstehen wobei Abf lle ausgenommen sind die nicht unmittelbar und nicht blicherweise nur bei den im 1 Halbsatz genannten T tigkeiten anfallen F r das Ablagern von Nebengestein und sonstigen Massen in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Aufsuchen Gewinnen und Aufbereiten von Bodensch tzen gilt 2 Abs 1 Nr 1 BBergG Die zentralen materiellen Anforderungen der EU Bergbauabfallrichtlinie zum Schutz der Umwelt gehen nicht ber die Anforderungen des deutschen Rechts hinaus da das Betriebsplanverfahren gem 52 Abs 1 i V m 55 BBergG sowie die Anforderungen der Fachgesetze den Schutz der Umweltmedien w hrend des Betriebes der Anlage und im Abschlussbetriebsplan bereits gew hrleisten Le
172. g von Treibhausgas Emissionsberechtigungen in der Zuteilungsperiode 2008 bis 2012 Zuteilungsverordnung 2012 ZuV 2012 vom 13 August 2007 In BGBl I S 1941 159 Verordnung ber den Braunkohlenplan Tagebau J nschwalde In Gesetz und Verordnungsblatt f r das Land Brandenburg Teil II 32 2002 S 690 726 Verordnung ber die Umweltvertr glichkeitspr fung bergbaulicher Vorhaben UVP V Bergbau vom 13 Juli 1990 In BGBl I S 1420 zuletzt ge ndert durch Artikel 2 der Verordnung vom 24 Januar2008 In BGBl I S 85 VGB PowerTech e V Hrsg Charakterisierung von Kraftwerkskohlen Essen Verlag technisch wissenschaftlicher Schriften 2003 Richtlinie VGB R 210 Vierte Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutzgesetzes Verordnung ber genehmigungsbed rftige Anlagen 4 BImSchV in der Fassung der Bekanntmachung vom 14 M rz 1997 In BGBl I S 504 zuletzt ge ndert durch Artikel 3 des Gesetzes vom 23 Oktober 2007 In BGBl I S 2470 Wagner W Overhoff U Extended IAPWS IF97 Steam Tables Berlin u a Springer 2006 Wanzl W Maerz U Entstehung und Petragraphie der Steinkohle In Dittmeyer R Keim W Kreysa G Oberholz A Hrsg Chemische Technik Prozesse und Produkte 5 Aufl Weinheim WILEY VCH 2005 S 251 258 Wietschel M Stoffstrommanagement Frankfurt am Main u a Peter Lang 2002 Zehner P Energ
173. ger 2009 Baumgarten B Petri Netze Grundlagen und Anwendungen 2 Aufl Heidelberg Berlin Spektrum 1996 Bertram H U Verteilen Vergraben Vergessen Grunds tzliche berlegungen zur Verwertung von mineralischen Abf llen In Thom Kozmiensky K J Hrsg Recycling und Rohstoffe Band 1 Neuruppin TK Verlag 2008 Bertrams H J Witzel J Nebenprozesse und Infratsruktur in den Braunkohletagebauen des Rheinischen Reviers In Stoll R D Niemann Delius Ch Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Heidelberg Springer 2009 S 289 322 Bielig T Kuyumcu H Z 2 Acquisition and assessment of non intended outputs in the lignite industry In Agioutantis Z Komnitsas K Eds Conference Proceedings amireg 2009 3 International Conference Towards sustainable development Assessing the footprint of resource utilization and hazardous waste management Athens Greece 7 9 September 2009 S 30 35 Bielig T Kuyumcu H Z 1 Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs in Bergbau betrieben ein systemanalytischer Ansatz In Thom Kozmiensky Karl J Goldmann Daniel Hrsg Recycling und Rohstoffe Band 2 Neuruppin TK Verlag 2009 S 657 670 Bielig T Rosenkranz J Kuyumcu H Z Methodology for the Process Based Acquisition and Assessment of
174. gern oder diskontinuierlich arbeitenden Baggern aus dem Gebirgsverband herausgel st und verladen werden k nnen wie z B Abraum und Braunkohle L sen und Laden in einem Arbeitsgang Beim Abbau von Festgestein muss der Gebirgs verband zuerst zerst rt werden Dies kann durch Bohren Sprengen Aufrei en sowie Fr sen des Gebirges erfolgen Erst danach kann das so aufgelockerte Gestein verladen werden Das Verladen geschieht meist mit gesonderten Ger ten die denen zum Abbau von Lockergestein hneln k nnen L sen und Laden in zwei Arbeitsg ngen Strzodka u a 1979 3 4 2 F rderung Unter F rderung wird der Transport des abgebauten Materials Abraum Rohbraunkohle zu seinem Bestimmungsort verstanden Die F rdertechnologien f r den Regelbetrieb eines Tagebaus k nnen nach dem Transportweg in Strossen und Direktf rderung eingeteilt werden Charakteristisch f r die Strossenf rderung ist dass die abgebauten Massen entlang der im Tagebau vorhandenen Strossen transportiert werden Hierbei k nnen die Transportwege je nach Ausdehnung des Tagebaus mehrere Kilometer betragen Bei der Direktf rderung im Br cken betrieb wird f r den Abraumtransport der k rzeste m gliche Weg entgegen der Abbaurichtung unmittelbar ber das freigelegte Fl z genutzt Die Transportentfernungen betragen hier nur einige hundert Meter Strzodka u a 1979 33 3 433 Verkippen Bei der Verkippung wird das durch F rdermittel transportierte Material entladen
175. gesetzt wird EN Koeffizient f r den st chiometrischen Umsatz von Fe zu EHS kg kg Nach dem Verbrauch von Sulfat fiir die EHS Bildung Rkt 10 wird nach Gl 26 der im gereinigten Grubenwasser verbleibende Sulfat Massenstrom berechnet m Tke mu aw re sop Fe Gl 26 RW SO Tom soi 81 Massenstrom an So im Grubenwasser kg a mit m Gw so2 Des M kw so Massenstrom an SO im Reinwasser kg a EN bed 2 Gan Ree st chiometrischer Umsatz Koeffizient von SO4 kg kg Der Bedarf an Kalkhydrat zur Neutralisation Rkt 10 berechnet sich nach Gl 27 Bei der Neutralisation durch Zugabe von Kalkmilch wird nicht intendiert Kalzium frei Rkt 10 Gl 28 Kalzium ist ein H rtebildner Durch Freisetzen von Kalzium wird das Grubenwasser aufgeh rtet Mca oH MU T Tre mu low pi Ca OH Fe MU Gl 27 Meg mu T Tre mu low Fe X ca Fe MU Gl 28 mit Mca OH MU Bedarf an Kalkhydrat kg a Kcal DHe Me Koeffizient f r den st chiometrischen Ca OH 2 Bedarf kg kg 2 Mon mu Massenstrom an freigesetztem Ca kg a a Koeffizient f r das Freisetzen von Ca kg kg Ca Fei MU 5 3 2 3 Chemische Eisen ID Oxidation durch Neutralisation und Bel ftung Um die Voraussetzung f r die chemische Eisen II Oxidation und die F llung als Eisen IID Hydroxid zu schaffen muss der pH Wert des Grubenwassers in den neutralen bis schwach alkalischen Bereich angehoben werden Dazu wird angenommen
176. getische Untersuchung eines Braunkohlekraftwerkes M nchen 1996 http www ffe de download gabie bk_kw pdf abgerufen am 24 09 2007 153 Konstantin P Praxisbuch Energiewirtschaft Energieumwandlung transport und beschaffung im liberalisierten Markt Berlin Heidelberg New York Springer 2007 Kopp Assenmacher S Zuteilungsregeln im ZuG 2012 Strategiewechsel oder Fortschreibung des ZuG 2007 In Frenz Walter Hrsg Bergbauliche Abf lle und Emissionshandel Clausthal Zellerfeld GDMB 2007 S 207 216 Kugeler K Hrsg Energiewirtschaft Teil L Aachen RWTH Aachen 2001 Vorlesungsskript Kugeler K Phlippen P W Energietechnik technische konomische und kologische Grundlagen 2 Aufl Berlin u a Springer 1993 Kunze G G hring H Jacob K Baumaschinen Erdbau und Tagebaumaschinen Braunschweig Wiesbaden Vieweg amp Sohn 2002 Kurtz R Abraham J Berg F Verarbeitung von Braunkohle A In Dittmeyer R Keim W Kreysa G Oberholz A Hrsg Chemische Technik Prozesse und Produkte 5 Aufl Weinheim WILEY VCH 2005 S 415 521 Kuyumcu H Z Rosenkranz J Wilck S Application of the Microwave Technology for the Processing of Iron Hydroxisulphates Recovered from Lignite Mine Acid Water In Proceedings of XXIV International Mineral Processing Congress Beijing 2008 Beijing China S 3878 3887 Lamber
177. giebedarf Vorschnittbetrieb kWh a E vn Energiebedarf Br ckenbetrieb kWh a amp y Werbrauchskoeffizient f r elektrische Energie im Vorschnittbetrieb kWh m Werbrauchskoeffizient f r elektrische Energie im Br ckenbetrieb kWh m Vary maximal im Vorschnittbetrieb abgebauter Abraum m a V rg Maximal im Br ckenbetrieb abgebauter Abraum m a 5 2 2 2 Grubenbetrieb Im Grubenbetrieb wird die Rohbraunkohle gewonnen gef rdert und verladen Insbesondere beim Abbau und bei der F rderung der Rohbraunkohle wird das im Inkohlungsprozess gebildete Methan CH4 freigesetzt Das Ausma der Ausgasungen wird v a von der Korn gr enverteilung der Rohkohle und der Abbaugeschwindigkeit bestimmt Der Methangehalt im Tagebau gewonnener Kohle ist durch die geringm chtigen und permeablen Deckschichten sowie durch eine eingeschr nkte Speicherkapazit t wesentlich niedriger als bei der Gewinnung im Tiefbau Pospischill 1993 Zur Berechnung der Methanemissionen nach Gl 10 als nicht intendierter Output aus dem Grubenbetrieb wird ein Emissionskoeffizient f r Methan definiert der sich auf den Energie inhalt der abgebauten Rohbraunkohle bezieht Mens Ecu H Meek Gl 10 mit Hien o Methanemissionen aus dem Grubenbetrieb kg a Zen Emissionskoeffizient fiir Methan kg kJ H unterer Heizwert der Rohbraunkohle kJ t Mppx Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle t a Bei Abbau F rderung und Verladen der Rohbraunkohle im Gr
178. h eine sinnvolle Ma nahme zur Vermeidung nicht intendierter CO2 Emissionen sein 144 Abschlie end werden hier die Kennzahlen f r die Fl cheninanspruchnahme durch die einzelnen Betriebsbereiche in Tabelle 22 aufgef hrt Die Fl chennutzung ber cksichtigt die Zeitdauer der Nutzung sie wird deshalb in m a t angegeben w hrend die Fl chenumwandlung den Fl chenverbrauch im fortlaufenden Produktionsprozess angibt m t vergleiche Kapitel 2 2 2 Tabelle 22 Fl chennutzung und Fl chenumwandlung durch die einzelnen Betriebsbereiche Fl chennutzung Fl chenumwandlung FN in m2a t FU in m7 Tagebaubetrieb inklusive 5 387 0 120 Grubenwasserreinigung Kraftwerksbetrieb 0 025 0 001 CO gt Abscheiden und 0 025 0 001 Verdichten Aus Tabelle 22 wird ersichtlich dass sowohl Fl chennutzung als auch Fl chenumwandlung f r den Kraftwerksbetrieb mit oder ohne CO gt Abscheiden und Verdichten wesentlich kleiner sind als f r den Tagebaubetrieb F r die Bewertung des Gesamtsystems spielt deshalb nur die Fl cheninanspruchnahme durch den Tagebau eine Rolle und die auf dieser Fl che entstehende neue Landschaft 145 146 7 Zusammenfassung und Ausblick F r die Aktivit ten im Zusammenhang mit Bergbau und Stromerzeugung werden Landfl chen in Anspruch genommen Betriebsmittel eingesetzt und Energie verbraucht Betriebsbegleitend werden Stoff und Energiestr me freigesetzt die bez glich ihrer Funktion in
179. h erschlie baren Vorr te im Helmstedter Revier in Niedersachsen werden in knapp 10 Jahren ausgekohlt sein Die im Tagebau Sch ningen gef rderte Braunkohle wird im Kraftwerk Buschhaus verstromt Insgesamt wurden in Mitteldeutschland ca 51 000 ha durch den Braunkohlenbergbau in Anspruch genommen Davon wurden bis Ende 2006 ca 73 rekultiviert und einer Folgenutzung zugef hrt DEBRIV 2007 3 3 Kontinuierliche Tagebautechnik 3 3 1 Definition und Voraussetzungen Die Wirtschaftlichkeit eines Tagebaubetriebes h ngt wesentlich von der eingesetzten Technik ab Unter Tagebautechnik soll hier die Gesamtheit aller technischen Ma nahmen Technologie und Mittel Maschinen Apparate Ger te Anlagen verstanden werden die zur Gewinnung der Braunkohle im Tagebau eingesetzt werden Die Entscheidung dar ber welche Tagebautechnik eingesetzt wird h ngt in erster Linie von der abzubauenden Lagerst tte ab Dabei sind folgende Faktoren besonders zu ber cksichtigen e die Eigenschaften der Deckgebirgsschichten e die Ablagerungsformen der Lagerst tte des Deckgebirges und des umgebenden Gebirges 28 e die hydrogeologischen Verh ltnisse und damit die e Entwiasserbarkeit der Lagerst tte des Deckgebirges und des umgebenden Gebirges F r die Auswahl der Tagebautechnik ist es von entscheidender Bedeutung ob Locker oder Festgestein abgebaut werden soll Aus den Bildungsbedingungen einer Lagerst tte kann abgeleitet werden ob in der Lagerst
180. hbraunkohle vom Transportmedium Zug oder Band zur Bevorratung am Kraftwerk Halde oder Bunker bildet die r umliche Schnittstelle zwischen den Teilsystemen 01 und 03 Der Abraum wird innerhalb des Tagebaubetriebs gewonnen gef rdert und verkippt Mit dem Fortschreiten des Abbaus wird er bezogen auf die definierten Grenzen zum nicht intendierten Output in Form einer riesigen Kippenlandschaft Neben dem Abraum stellt das Grubenwasser den mengen m ig gr ten nicht intendierten Output des Teilsystems O1 dar Als Referenzstrom wird derjenige Stoff und Energiestrom angesehen der das Produktionsziel eines Teilsystems oder des Gesamtsystems darstellt F r das Teilsystem 01 bergbauliche Gewinnung ist Rohbraunkohle der Referenzstrom Der Stoffstrom Rohbraunkohle verbindet die Teilsysteme 01 und 03 Er verl sst das Teilsystem 01 bergbauliche Gewinnung als Output und ist Input f r das Teilsystem 03 Verstromung Die vom Kraftwerk bereitgestellte Elektroenergie stellt den Referenzstrom des Teilsystems 03 Verstromung dar Alle anderen Stoff und Energiestr me die die Teilsysteme verlassen werden als nicht intendierte Outputs angesehen 59 60 5 Systemtechnische Grundlagen und Modellbildung Nachdem in den vorangegangenen Kapiteln die Rahmenbedingungen fiir die Gewinnung und Verstromung von Braunkohle umrissen wurden sowie die Struktur des Gesamtsystems und seiner Teilsystems vorgestellt wurde wird nun im Detail auf
181. hbraunkohle bezogen umgerechnet H H wap TI n Ha Gl 53 mit H oberer Heizwert bezogen auf Rohbraunkohle kJ kg Der untere Heizwert auch Heizwert ist um die Verdampfungsw rme des bei vollst ndiger Verbrennung der Rohbraunkohle im Rauchgas enthaltenen Wasseranteils kleiner als der obere Heizwert und kann nach Gl 54 berechnet werden Strau 2006 H H 2 4257 8 9365 Ly Ly GL 54 8 mit H unterer Heizwert bezogen auf Rohbraunkohle kJ kg 92 Der mit dem Brennstoff Massenstrom insgesamt zugefiihrte Strom an chemischer Energie wird nach Gl 55 berechnet Die Massenstr me der einzelnen Komponenten werden gem Gl 56 berechnet Eek H Mpx Gl 55 My Ux Meg Gl 56 mit Eppx chemischer Energieinhalt der zugef hrten Rohbraunkohle kJ a Mppx Rohbraunkohle Massenstrom kg a Mr Komponenten Massenstrom kg a Hk Massenanteil der Komponente K in der Rohbraunkohle 5 4 2 2 Feinzerkleinerung Bevor die Rohbraunkohle verfeuert werden kann muss sie zerkleinert und getrocknet werden Mahltrocknung siehe Kapitel 3 6 1 F r das Element 03 02 02 01 Feinzerkleinerung aus dem Subsystem zweiter Ordnung 03 02 Brennstoffaufbereitung wird hier der Energieaufwand f r die Zerkleinerung der Rohbraunkohle untersucht Die Rohbraunkohle mit Korngr en von bis zu 80 mm wird in Schlagradm hlen staubfein aufgemahlen In Tabelle 9 sind Richtwerte f r die Korngr enverteilung von Braunkohlenst
182. hen Die Kosten der betrieblichen Leistungserstellung wie z B Materialkosten Bearbeitungskosten z B Personalkosten und Abschreibungen und Entsorgungskosten werden hier den Stoff und Energiestr men zugeordnet Die Stoff und Energiestr me werden somit als wesentliche Kostentreiber angesehen Danach werden auch umweltrelevante Aspekte ber cksichtigt ohne dass die Kostenrechnung als Umweltkostenrechnung ausgewiesen wird 14 Mit dem Stoff und Energiestrommodell wird die Struktur der innerbetrieblichen Stoff und Energiestr me beschrieben und gleichzeitig das Ger st f r die Kostenrechnung festgelegt Die Ans tze sind entscheidungs und handlungsorientiert Durch die verursachungsgerechte stoff und energiestrombezogene Kostenzuordnung werden Festlegung und Umsetzung von Verbes serungsma nahmen ma geblich unterst tzt Loew et al 2003 Vor dem Hintergrund eines wachsenden Bewusstseins f r Ressourceneffizienz und steigenden Entsorgungskosten entstand in der Mitte der 1990er Jahre die Reststoffkostenrechnung Zu den Reststoffkosten geh ren die Kosten f r die Beschaffung abh ngig von Menge und Materialpreis die Produktion Personalkosten und Abschreibungen bei interner Lagerung Transport und Fertigung und die Entsorgung interne End of Pipe Aktivit ten und Kosten f r externe Entsorgung der Reststoffe wie z B feste Abf lle Abwasser Abluft Abw rme und Verpackungen Fischer et al 1997 Aus der Restst
183. hen aus Kies Sand und Ton Im Rheinland und in Mitteldeutschland besteht die oberste Deckschicht aus L ss Je gr er das Verh ltnis von Abraum zu Kohle bei zunehmender Deckgebirgsm chtigkeit ist desto gr er sind Tagebaufl che und F rdervolumen F r den wirtschaftlichen Betrieb eines Tagebaus k nnen Begleitrohstoffe im Deckgebirge in den Mitteln und im Liegenden des Rohstoffk rpers entscheidend sein Begleitrohstoffe wie z B Kies Sand Ton Torf oder Findlinge verringern die zu verkippenden Abraummassen In Deutschland werden v a Sand und Kies im Zusammenhang mit der Braunkohlengewinnung abgebaut und von der Sand und Kiesindustrie genutzt Strzodka ua 1979 M ller amp Schumacher 2009 In Tabelle 4 und Tabelle 5 sind Angaben zu F rdermengen Stromerzeugung und Qualit t der Braunkohle nach Revieren in Deutschland zusammengestellt 26 Tabelle 4 Uberblick iiber Gewinnung und Verstromung der Braunkohle in den Revieren 2007 nach Angaben von Statistik 2009 Revier Abraum Braunkohlen F rder Einsatz in Bruttostrom bewegung gewinnung verh ltnis Kraftwerken erzeugung AR RBK AR RBK Mio m Mio t Mio t TWh Rheinland 436 186 99 752 4 37 1 88 6 79 0 Lausitz 449 407 59 460 7 56 1 56 9 53 5 Mitteldeutschland 75 332 19 082 3 95 1 17 6 20 8 Helmstedt 9 179 2 116 4 34 1 2 1 2 6 gesamt 970 104 180 41 5 38 1 165 2 155 9 Tabelle 5 Braunkohlequalit t in den Revieren
184. ie Kennzahlen Konnen zur Auswertung entweder tiber die Systemhierarchie oder entlang bestimmter Stoff und Energie str me zusammengefasst werden Liegen hinreichend groBe Datenmengen aus verschiedenen Systemen vor lassen sich auf der Grundlage der berechneten Ergebnisse beliebige Prozesse innerhalb der bergbaulichen Gewinnung und Aufbereitung bis hin zu ganzen Bergbaubetrieben untereinander vergleichen Die Ergebnisse k nnen f r ein Benchmarking zumindest in Teilbereichen des Bergbaus genutzt werden Es k nnen Handlungsoptionen bez glich der Technikauswahl und der betrieblichen Praxis abgeleitet werden 10 2 2 Andere Bewertungsansatze Im Folgenden werden etablierte Ans tze zur Bewertung von Stoff und Energiestr men vorgestellt die aus Produktionsprozessen freigesetzt bzw in Produktionsprozessen verbraucht werden Dabei werden naturwissenschaftliche bzw kologieorientierte und konomisch orien tierte Bewertungsmethoden unterschieden 2 2 1 kologieorientierte Bewertungsmethoden Unter kologieorientierten Bewertungsmethoden werden diejenigen Methoden verstanden bei denen sich die Bewertung auf naturwissenschaftliche Erkenntnisse bezieht und an den Gesetzm igkeiten der kosph re orientiert Zu ihnen geh ren e die Schweizer Methoden o Methode der kologischen Knappheit distance to target Ansatz und o Methode der kritischen Belastungen bzw Volumina grenzwertorientierte Methode e eine wirkungso
185. ieanlagen und Kraftwerkstechnik Dampferzeuger Hannover Leibniz Universit t 2006 Vorlesung http www tfd uni hannover de 70 html abgerufen am 22 09 2009 Zelkowski Jacek Kohlecharakterisierung und Kohleverbrennung Kohle als Brennstoff Physik und Theorie der Kohleverbrennung Technik 2 Aufl Essen Verlag technisch wissenschaftlicher Schriften 2004 160 9 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Abbildung 2 Abbildung 3 Abbildung 4 Abbildung 5 Abbildung 6 Abbildung 7 Abbildung 8 Abbildung 9 Abbildung 10 Abbildung 11 Abbildung 12 Abbildung 13 Abbildung 14 Abbildung 15 Abbildung 16 Abbildung 17 Abbildung 18 Abbildung 19 Abbildung 20 Abbildung 21 Abbildung 22 Abbildung 23 Abbildung 24 Abbildung 25 Abbildung 26 Abbildung 27 Abbildung 28 Abbildung 29 Abbildung 30 Abbildung 31 Abbildung 32 Abbildung 33 Abbildung 34 Vorgehensweise nach Bielig et al 2007 Strukturbild eines Bergbaubetriebes Hierarchische Struktur am Beispiel des Teilsystems 01 Inputs und Outputs fiir das Element 01 03 04 02 Gliederung des Stoffstromvektors Beurteilung der nicht intendierten Outputs Bielig et al 2007 Angaben zur Energiewirtschaft in Deutschland 2007 Statistik 2009 Modifiziertes Van Krevelen Diagramm nach Van Krevelen 1961 Internationale Klassifikation der Kohle Statistik 2009 Ubersichtskarte DEBRIV 2007 Bagger Band Absetzer System DEBRIV 2010 Direkt
186. ieversorgungskette fast immer ohne Bedeutung Sie sind nicht die Produktionsziele des Bergbaus und der Stromerzeugung Sie sind in der Regel belastend in ihren konomischen und kologischen Auswirkungen sie sind nicht intendiert Die Kenntnis der Quantit ten und Qualit ten dieser nicht intendierten Outputs in Abh ngigkeit von den einzelnen Prozessen und deren Parametern ist die Voraussetzung f r technisch wirtschaftliche Ma nahmen zu ihrer Beeinflussung In der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle vorgestellt Dieser Methodik liegt ein ganzheitlicher Ansatz zu Grunde der auf einer umfassenden technischen und wirtschaftlichen Analyse von Stoff und Energiestromsystemen beruht Ein hierarchisch strukturiertes Systemmodell erm glicht die prozessgenaue Zuordnung der Stoff und Energiestr me Zur Beschreibung der Stoff und Energiewandlungen in den einzelnen Prozessen werden mathe matische Prozessmodelle aufgestellt F r die Abbildung des Gesamtsystems als Stoff und Energiestromnetz und die Berechnung unbekannter Stoff und Energiestr me in Abh ngigkeit definierter Modellparameter wird die Software Umberto verwendet Die Systemanalyse und die Untersuchung der Rahmenbedingungen f r die Gewinnung und Verstromung von Braunkohle in Deutschland zeigen ein komplexes Gesamtsystem mit zahlreichen Einflussfaktoren auf Am Beispiel der bergbaulichen
187. ige Bergbeh rde F r solche Vorhaben die die Umwelt auf besondere Weise in Anspruch nehmen nach der Verordnung ber die Umweltvertr glichkeits pr fung bergbaulicher Vorhaben UVP V Bergbau ist die Aufstellung eines Rahmen betriebsplans durch den Bergbautreibenden obligatorisch 52 Abs 2a BBergG UVP pflichtige Vorhaben bed rfen eines Planfeststellungsverfahrens Das Planfeststellungsverfahren besitzt Konzentrationswirkung d h es ersetzt Genehmigungen nach anderen Rechtsvorschriften durch Fachbeh rden was ein normales Betriebsplan 51 verfahren nicht kann Die Geltungsdauer fiir die bergrechtliche Planfeststellung umfasst die Errichtung den Regelbetrieb und den Abschluss Grundlage fiir den Betrieb ist der Haupt betriebsplan der in der Regel fiir zwei Jahre gilt Fiir das Auslaufen eines Betriebes und die Wiedernutzbarmachung der in Anspruch genommenen Fl chen ist ein Abschlussbetriebsplan zu erstellen 55 Abs 1 Nr 7 und Abs 2 Nr 2 1 V m 4 Abs 4 An den Auslauf schlie t sich die eigentliche Rekultivierung an Rekultivierung und Wiedernutzbarmachung werden hier wie bei Pflug 1998 verstanden Demnach bleibt die Wiedernutzbarmachung gem 4 Abs 4 BBergG auf die Herstellung von Fl chen f r eine Folgenutzung beschr nkt wohingegen Rekultivierung die Herstellung einer neuen Kultur landschaft nach schwerwiegender St rung oder Zerst rung der alten Kulturlandschaft durch men
188. ines Kraftwerks Die ermittelten nicht intendierten Outputs werden als Kennzahlensysteme bezogen auf die Gewinnung einer Tonne Rohbraunkohle und die Bereitstellung einer Megawattstunde elektrischer Energie angegeben Die Kennzahlen stellen den Ausgangspunkt f r kologische und konomische Bewertungen der nicht intendierten Outputs dar Ans tze daf r werden in der Arbeit aufgezeigt F r zwei Fallbeispiele werden die nicht intendierten Outputs die bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle entstehen ermittelt Im Fallbeispiel 1 erfolgt dies ohne die Abscheidung und Verdichtung von CO Unter Ber cksichtigung des Energiebedarfs f r den Kraftwerksbetrieb den Tagebaubetrieb und die Grubenwasserreinigung wird ermittelt dass mit 147 dem Gesamtsystem der Gewinnung und Verstromung von einer Tonne Rohbraunkohle mit einem unteren Heizwert von 8 659 kJ kg insgesamt 835 1 kWh an elektrischer Energie bereitgestellt werden k nnen Daraus wird fiir das Gesamtsystem ein Netto Wirkungsgrad von 34 7 berechnet Fiir die Erzeugung einer Megawattstunde elektrischer Energie werden in diesem Fall 1 2 t Braunkohle abgebaut gef rdert und verstromt 8 4 m Abraum bewegt sowie 7 9 m Grubenwasser gereinigt 7 7 m Reinwasser werden mit einer Fracht von 8 1 kg Sulfat abgeleitet und 242 kg Alkalisches Eisenhydroxid Wasser als Schlamm aus der Grubenwasser reinigung im Tagebau deponiert Neben zahlreichen weiteren nicht intendierten Outputs die in Kapitel 6
189. ines Netzes Kreise mit doppeltem Rand kennzeichnen Verbindungs Stellen Connection ber die zwei Prozesse miteinander verbunden sind Einfache Kreise symbolisieren Lager Stellen Storage die einen Materialbestand beinhalten k nnen 64 Der Netzansatz erlaubt es Modelle hierarchisch zu schichten Teilnetze k nnen zu einzelnen Netzelementen vergr bert und einzelne Netzelemente durch detailliertere Teilnetze verfeinert werden Die Verfeinerung eines Netzes bedeutet die Konkretisierung bzw Detaillierung der Modellbildung bez glich der inneren Mechanismen von Zust nden und Ereignissen verschiedene Abstraktionsebenen eine Vergr berung hingegen meist eine lokale Abstraktion eine Gruppierung von zusammenh ngenden Zust nden und Ereignissen zu einem Ganzen Baumgarten 1996 Weil in Stoff und Energiestromnetzen die Prozesse der Stoff und Energiewandlung im Vordergrund stehen bezieht sich die Hierarchiebildung vornehmlich auf Transitionen die die Stoff und Energiewandlungen abbilden Transitionen k nnen mittels transitionsberandeter Subnetze spezifiziert bzw modelliert werden indem ein ebenfalls aus Transitionen und Stellen aufgebautes Subnetz hinterlegt wird Die Verkn pfung des Subnetzes mit seiner Umgebung erfolgt ber spezielle Stellen die so genannten Port und Socket Stellen M ller 2000 Das Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle das sich hierarchisch strukturiert aus Teilsystemen Subsystemen erst
190. innung und Verstromung von Braunkohle wird in vier Netze unterteilt e lTagebaubetrieb e Grubenwasserreinigung e Kraftwerksbetrieb sowie e Abscheiden und Verdichten von CO2 Die Netze Tagebaubetrieb und Grubenwasserreinigung bilden das Teilsystem 01 bergbauliche Gewinnung Das im Rahmen der Wasserwirtschaft im und um den Tagebau gehobene und gefasste Wasser verbindet als Stoffsystem Grubenwasser die beiden Netze f r den Tagebaubetrieb und die Grubenwasserreinigung Die Netze Kraftwerksbetrieb sowie Abscheiden und Verdichten von CO bilden zusammen das Teilsystem 03 Verstromung Sollen bei der Berechnung der nicht intendierten Outputs das Abscheiden und Verdichten von CO ber cksichtigt werden wird das Stoffsystem Reingas vom Stoff und Energiestromnetz Kraftwerksbetrieb an das Netz Abscheiden und Verdichten von CO2 bergeben In den Transitionen der Netze werden die Stoff und Energieumwandlungen durch die einzelnen Prozesse mit Hilfe chemischer Reaktionsgleichungen st chiometrischer Ums tze sowie physikalischer und thermodynamischer Grunds tze als Grundlage f r die Berechnung der Stoff und Energiestr me hinterlegt Prozessmodelle F r die Berechnung unbekannter Stoff und Energiestr me insbesondere der nicht intendierten Outputs werden Modellparameter definiert 5 1 Das Gesamtsystem als Stoff und Energiestromnetz 5 1 1 Beschreibung der Modellierungs
191. isen hydroxid Wasser aschefrei Abgas Abraum Briickenbetrieb Beliifter Betriebswasser Kohlenstoff Methan Kalzium Ionen Kalk Calcit Kalziumcarbonat Branntkalk Kalkhydrat Kohlenmonoxid Kohlendioxid Dieselkraftstoff Dieselabgas Druckbel ftung Dieselmotor elektrisch Delta Wirkungsgrad Luftzahl Massenanteil Dichte Stoffdichte Sch ttdichte Abscheidegrad Umsatzgrad Index Bedeutung M mechanisch MEA Monoethanolamin min mindest MU mikrobiologische Umwandlung M M hle MT Mitteldruckturbine N Nutz N Stickstoff N2 Stickstoff NB Neutralisation und Bel ftung NMVOC Non methane volatile organic compounds NO Stickstoffmonoxid NOx Stickoxide N O Distickstoffoxid NT Niederdruckturbine O Sauerstoff O2 Sauerstoff OFE Oberfl chenentw sserung OFW Oberfl chenwasser Out Output PW Pumpwerk RAG Rauchgas EF ECO EHS Eig FA 2 Fe 3 Fe Fe OH FHM FBE FBW GE GW GWR H2CO3 H20 HT In Insg KMA KO KU KUP KW Elektrofilter Economizer Eisenhydroxisulfate Eigenbedarf fest Feuerraum Flugasche Eisen II Ionen Eisen III Ionen Eisenhydroxid Eisen IID Hydroxid Flockungshilfsmittel Filterbrunnenentw sserung Filterbrunnenwasser Grubenbetrieb Generator Grubenwasser Grubenwasserreinigung Wasserstoff Kohlens ure Wasser Hochdruckturbine Input insgesamt Komponente Kesseleinheit Kalkmilchaufbereitung Kondensator
192. j hrlich zur Freihaltung des Tagebaus in Filterbrunnen gefasste Wasser Volumenstrom betrachtet Das gehobene Wasser wird als Grubenwasser vom Tagebaubetrieb zur Grubenwasserreinigung GWR geleitet Das gereinigte Grubenwasser Reinwasser verl sst mit seinen Inhaltsstoffen das Teilsystem 01 bergbauliche Gewinnung als nicht intendierter Output Die Pumpen in den Filterbrunnen werden elektrisch betrieben Ihr Energiebedarf wird mit Hilfe eines Verbrauchskoeffizienten der sich auf das gepumpte Wasservolumen bezieht nach Gl 19 berechnet Ex ree Gk FBE Vrew Gl 19 mit Ex rge Energiebedarf f r die Filterbrunnenentw sserung kWh a Gr rss Energie Verbrauchskoeffizient f r die Filterbrunnenentw sserung kWh m Vrzw Wassermenge der Filterbrunnenentw sserung ma 75 5 2 2 6 Oberfl chenentw sserung Zus tzlich wird im Tagebaubereich stark belastetes Oberfl chenwasser gefasst das ebenfalls zu einer GWR gepumpt wird Der Energiebedarf f r die Pumpen der sich auf das Volumen des gepumpten Grubenwassers bezieht wird nach Gl 20 berechnet E ore Gg ore Vorw Gl 20 mit Ep org Energiebedarf f r die Oberfl chenentw sserung kWh a Qeore Energie Verbrauchskoeffizient f r die Oberfl chenentw sserung kKWh m Vorw Wassermenge der Oberfl chenentw sserung ma Aus den f r die einzelnen Prozesse berechneten Angaben zum Energieverbrauch kann nach Gl 21 der Gesamtverbrauch an elektrischer Energie im Tag
193. keit von Sauerstoff und Wasser beeinflussen die Pyritverwitterung Andere im Abraum ebenfalls vorhandene Mineralien wie z B Kalziumcarbonat CaCO Calcit wirken als Puffer f r die gebildete S ure d h k nnen saure Grubenw sser neutralisieren Trotzdem sind die W sser meist unters ttigt und kalk aggressiv bzw kalkl send Bei der berleitung solcher W sser in offenen Gr ben kann die bersch ssige Kohlens ure als Kohlendioxid CO2 ausgasen Beim Transport des Gruben wassers in offenen berleitungsgr ben f llt Eisenhydroxid Fe OH aus Die Hydrolyse von Pe ist pH abh ngig Bei pH lt 3 bleibt es in L sung bei pH gt 3 fallen Hydroxide aus die zu den charakteristischen Verf rbungen der offenen Gr ben f hren Insbesondere bei niedrigen pH Werten fallen Eisenockerminerale z B Fe 6O1s OH SOy Schwertmannit aus und bilden rotbraune Ablagerungen M ller 2007 Hier werden alle im Zusammenhang mit dem Tagebaubetrieb anfallenden und abzuleitenden W sser als Grubenwasser bezeichnet Bevor die Grubenw sser in Vorfluter eingeleitet oder genutzt werden k nnen z B als Rohwasser f r die Trinkwasseraufbereitung als Brauchwasser f r Industriebetriebe oder als K hlwasser f r Kraftwerke werden sie in Grubenwasser reinigungsanlagen GWRA aufbereitet Die wichtigsten physikalischen und chemischen Prozesse in einer GWRA und die wichtigsten Stoffstr me werden in Abbildung 13 verdeutlicht 33 Sy wsyysBuny90l4 WHS
194. kg a Mra ern Mprag ra nach Gl 74 Kapitel 5 4 2 3 MFA EF Out Flugasche Massenstrom nach Staubabscheiden kg a Der gesamte Rauchgas Massenstrom nach dem Staubabscheiden im Elektrofilter setzt sich wie in Gl 132 zusammen Mpg EF ou 7 Rac co rac co T MraG so T RAG H 0 N Gl 132 Mpac n MraG no T MraG o Fa EF Out mit M RAG EF Out Rauchgas Massenstrom nach Staubabscheiden kg a MFA EF Out Flugasche Massenstrom nach Staubabscheiden G1 131 kg a MRAG K Komponenten Massenstr me im Rauchgas kg a Zur Berechnung des Energiebedarfs f r das Staubabscheiden bzw das Abscheiden der Flugasche aus dem Rauchgasstrom wird ein Koeffizient f r den Bedarf elektrischer Energie definiert mit dessen Hilfe der Energiebedarf f r das Staubabscheiden nach Gl 133 berechnet werden kann Die Energie zum Erzeugen der Filterspannung erh ht die Enthalpie der Flugasche und des Rauchgasstroms Au erdem wird f r die Spannungsversorgung des Elektrofilters ein Wirkungsgrad ngr definiert ber den mit Gl 134 ein W rmestrom berechnet wird der als nicht intendierter Output abgegeben wird Im Modell wird die ben tigte Energie vom Generator als elektrische Hilfsenergie zur Verf gung gestellt 111 Bug _ E Er MRAG EF In GI 133 Jr cr Og 1 1 Ban Gl 134 mit E EEF Hilfsenergie f r den Betrieb des Elektrofilters kJ a QE EF spezifischer Koeffizient f r den Energiebedarf kJ kg M RAG EF In
195. ko out 105 1 0 3 25 03 07 02 02 Ee ere 3 K hlwasser bei Austritt aus dem bet ou 84 0 0 1 20 K hlkreis 03 07 03 01 h of Bu Top ou 1 Die spezifischen W rmekapazit ten der verschiedenen Stoffsysteme mit denen im Modell gerechnet wird sind in Tabelle 19 aufgef hrt Alle W rmekapazit ten werden innerhalb einer Phase als konstant angenommen Tabelle 19 Spezifische W rmekapazit ten verschiedener Stoffsysteme Brandt 1981 Stoffsystem cp in kJ kgK Wasser 4 190 Asche 0 800 Wasserdampf 1 890 trockene Luft 1 005 Rauchgas waf 1 050 135 6 3 3 Ergebnisse Die berechneten Inputs die zum Betrieb des oben beschriebenen konventionellen Braunkohlen kraftwerks notwendig sind und Outputs v a die nicht intendierten Outputs die bei seinem Betrieb freigesetzt werden sind in Tabelle 20 zusammengefasst Tabelle 20 Ergebnistibersicht fiir den Kraftwerksbetrieb Inputs Outputs UU 14 850 000 t a Wer 12 667 365 MWh a 45 602 513 095 MJ a Tite 4 009 500 t a PE netto 1 446 MW My 297 000 t a Nicht intendierte Outputs Tits 103 950 t a Bee af 74 589 271 t a Tity 59 400 t a Tice 14 665 563 t a Mo 1 485 000 t a MREG co 9 257 t a Di 8 316 000 t a net 46 617 945 t a Tit 579 150 t a Mee N 6 350 t a h yp 60 255 039 t a Haerz so 10 384 t a Vex 1 772 657 685 m3 a sec 2 309 776 t a Baas 110 984 m a ene ua 10 969 996 t a Tit REA 214 462 t a Tee eu 495
196. ldung 35 Abbildung 36 Abbildung 37 Abbildung 38 Abbildung 39 Abbildung 40 162 Idealer Clausius Rankine Prozess mit einfacher Zwischen berhitzung Stoff und Energiestromnetz f r das CO2 Abscheiden und Verdichten Unterkritischer Speisewasser Dampf Kreislauf im T s Diagramm Sankey Diagramm f r die Energiestr me im Braunkohlenkraftwerk Inputs und Outputs im Fallbeispiel 1 Inputs und Outputs im Fallbeispiel 2 108 117 134 138 142 144 10 Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3 Tabelle 4 Tabelle 5 Tabelle 6 Tabelle 7 Tabelle 8 Tabelle 9 Tabelle 10 Tabelle 11 Tabelle 12 Tabelle 13 Tabelle 14 Tabelle 15 Tabelle 16 Tabelle 17 Tabelle 18 Tabelle 19 Tabelle 20 Tabelle 21 Tabelle 22 Aufwand und Ertrag nach M ller 2000 Chemische Zusammensetzung der Braunkohle Kurtz et al 2005 Hauptbestandteile der Asche Effenberger 2000 berblick ber Gewinnung und Verstromung der Braunkohle in den Revieren 2007 nach Angaben von Statistik 2009 Braunkohlequalit t in den Revieren nach DEBRIV 2007 Qualit tsanforderungen an REA Gips Eurogypsum 2005 Inputs und Outputs des Stoff und Energiestromnetzes Tagebaubetrieb Inputs und Outputs f r das Stoffstromnetz Grubenwasserreinigung Richtwerte f r die Mahlung von Braunkohle Strau 2006 Inputs und Outputs f r das Stoff und Energiestromnetz Kraftwerksbetrieb Inputs und Outputs f r die Stoff und
197. lentagebaus betr gt ein Betriebsjahr W hrend eines Betriebsjahres werden in dem hier betrachteten Tagebau 14 85 Mio t Rohbraunkohle abgebaut und zum Kraftwerk gef rdert Der Braunkohlentagebau wird durch folgende Angaben charakterisiert e Abraum Kohle Verh ltnis betr gt 7 0 m t o davon im Vorschnittbetrieb ARV 1 0 m i o davon im Briickenbetrieb amp 4r 6 0 mi e Grubenwasser Kohle Verh ltnis betr gt agy 6 6 m t o davon Wasser aus Filterbrunnenentw sserung ous 5 44 mitt o davon Wasser aus Oberfl chenentw sserung o 1 16 m t 121 Zur Freihaltung des Tagebaubereichs wird mit Filterbrunnen Grundwasser aus einer Tiefe von bis zu 100m gehoben Filterbrunnenwasser und zu einer Grubenwasserreinigungsanlage GWRA abgeleitet Au erdem wird stark belastetes Oberfl chenwasser gefasst und zu einer anderen GWRA abgeleitet Das gereinigte Grubenwasser wird zur Versorgung des grubennahen Kraftwerks zur Versorgung grundwasserabh ngiger Landschaftsbestandteile und zur Aufrecht erhaltung der Mindestwasserf hrung der im Einzugsbereich liegenden Vorfluter eingesetzt Braunkohlenplan 2002 Klocek 2009 Aus diesen Angaben lassen sich f nf Stoffstr me bestimmen die dem Stoffstromnetz Tagebaubetrieb f r die Berechnung der nicht intendierten Outputs vorgegeben werden e maak 14 850 000 t a Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle Vary 14 850 000 m a Abraum Volumenstrom im Vorschnittbetrieb Va
198. ll k nnen Input Output Bilanzen aufgestellt werden die frei von Kategorisierungen und Bewertungen sind Es k nnen aber auch auf einen Referenzstrom bezogene Bilanzen aufgestellt und Kennzahlen berechnet werden Damit sind beispielsweise Aussagen ber die Einhaltung von Grenzwerten m glich Die Kennzahlen k nnen auch zu Kennzahlensystemen kombiniert werden Einige standardisierte betriebliche Umwelt Kenn zahlensysteme und Bewertungsmethoden sind in Umberto enthalten So k nnen beispielsweise der Eco Indicators 99 und Kennzahlen zur Wirkungsabsch tzung nach UBA oder CML 66 standardisiert berechnet werden Andere Kennzahlensysteme k nnen definiert und in der Bibliothek abgespeichert werden 5 1 5 Fazit Das entwickelte Modell kann mit der Software Umberto als Stoff und Energiestromnetz unter Einbeziehung einzelner Prozessmodelle umgesetzt werden Als Ergebnis der Datenausgleichs rechnung werden Stoff und Energiestrombilanzen erstellt die wiederum als Grundlage f r alle Auswertungsrechnungen dienen Leistungsverrechnung und Kostenrechnung k nnen sich anschlie en Darauf aufbauend k nnen gegebenenfalls sowohl f r Elemente als auch f r Sub und Teilsysteme Kennzahlen berechnet und entsprechend eines vorab definierten Kennzahlen systems zusammengefasst werden Die Modellierung ist hier als iterativer Prozess zu verstehen ber den das Gesamtmodell nach und nach verfeinert wird in dem insbesondere f r solche Transitionen die f
199. llrahmenrichtlinie werden die Begriffe Abfall Neben produkt und Ende der Abfalleigenschaft pr zisiert und gegeneinander abgegrenzt Hejny 2007 Stelter 2007 Thom Kozmiensky amp Thiel 2009 Die energiepolitischen Rahmenbedingungen werden gr tenteils von der EU festgelegt Die Ziele der EU sind dabei eine kosteng nstige sichere und umweltschonende Energieversorgung sowie ein fairer Wettbewerb auf dem Energiemarkt Die wichtigsten Rechtsvorschriften die dazu beitragen sollen diese Ziele zu erreichen sind e die Zweite EU Binnenmarktrichtlinie Elektrizit t Beschleunigungsrichtlinie Richtlinie 2003 54 EG vom 26 Juni 2003 dient der Beschleunigung der Liberalisierung der Energiem rkte e EU Kraft Warme Kopplungsrichtlinie Combined heat and power CHP Directive Richtlinie 2004 8 EG vom 11 Februar 2004 e EU Emissionshandels Richtlinie EHRL Richtlinie 2003 87 EG vom 13 Oktober 2003 und e EU Richtlinie ber Rahmenvorschriften zur Besteuerung von Energieerzeugnissen Richtlinie 2003 96 EG vom 27 Oktober 2003 Konstantin 2007 In den vergangenen Jahren ist in der EU der Emissionshandel eingef hrt worden 1992 wurde auf der Konferenz der Vereinten Nationen Umweltgipfel in Rio de Janeiro tiber Umwelt und Entwicklung u a die Klimarahmenkonvention zur Verlangsamung und Stabilisierung des Klimawandels unterzeichnet die 1994 in Kraft trat Die Klimarahmenkonvention ist der erste internationale Vertrag inte
200. lt opreyuneiqy a LF q rn qu oyoniq INRYISI TE T Geer DUT a j 1 Sfyoyunelqyoy uneiqy Us uneiqy IBIU ISINA E EN d AFIT AyasL GIG Abbildung 28 Subnetz Tagebaubetrieb 71 Wie aus Abbildung 28 ersichtlich ist beinhalten die Transitionen in dem Subnetz den Vorschnittbetrieb und den Briickenbetrieb den Grubenbetrieb und die diskontinuierliche F rderung der Rohbraunkohle vom Tagebau zum Kraftwerk Filterbrunnen und Oberfl chen entw sserung 25 Stoff und Energiestr me bilden die Relationen in diesem Netz F nf davon werden f r seine Berechnung vorgegeben Mppx die Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle in t a V ry die im Vorschnittbetrieb bewegte Abraummenge in m a Vis g die im Br ckenbetrieb bewegte Abraummenge in m a Vegw der j hrlich mit Filterbrunnen gefasste Wasser Volumenstrom m a und Vor der j hrlich gefasste Oberfl chenwasser Volumenstrom m a 5 2 2 Prozessmodelle In den folgenden Kapiteln werden die Prozessmodelle f r die Einzelprozesse im Tagebaubetrieb abgeleitet Modellparameter definiert und die dabei freigesetzten nicht intendierten Outputs aufgezeigt Die Prozessmodelle dienen innerhalb der Transitionen zur Berechnung der nicht intendierten Outputs 5 2 2 1 Vorschnitt und Br ckenbetrieb Bei Abbau F rderung und Verkippung von Abraum im Vorschnitt und Br ckenbetrieb entstehen Staubemissionen als nicht intendierte Outputs Die freigesetzte
201. lten Stoff und Energiestromnetz im Detail berechnet werden k nnen Danach stehen zahlreiche Angaben zur Verf gung die f r eine Bewertung des Gesamt systems herangezogen werden k nnen Die Zusammensetzung der Aschestr me Feuerraumasche und Flugasche wird hier nicht weiter untersucht Es wird davon ausgegangen dass ihre Zusammensetzung der in Tabelle 3 ange gebenen entspricht F r den Gips aus der Rauchgasentschwefelung wird angenommen dass er den Qualit tskriterien von Eurogypsum gen gt Tabelle 6 und in der Baustoffindustrie Verwendung findet Wie in Kapitel 3 7 2 beschrieben sind die Emissionsgrenzwerte f r Feuerungsanlagen f r feste Brennstoffe in 3 13 BImSchV festgelegt Zum Vergleich der berechneten Werte mit den Emissionsgrenzwerten nach der 13 BImSchV m ssen sie auf das trockene Reingasvolumen im Normzustand und mit 6 Bezugssauerstoff umgerechnet werden 2 13 BImSchV Aus den in Tabelle 20 angegebenen Reingaswerten berechnen sich folgende Konzentrationsangaben f r e Kohlenmonoxid 171 mg m 200 mg m e Stickoxide 117 mg m 200 mg m e Schwefeldioxid 192 mg m 200 mg m und e Gesamtstaub 13 4 mg m 20 mg m Mit den hier festgelegten Annahmen und Modellparametern werden die Emissionsgrenzwerte nach 13 BimSchV f r Tagesmittelwerte in Klammern angegeben beim Betrieb des oben beschriebenen Kraftwerks eingehalten Aus den Ergebnissen in Tabelle 20 l sst sich der elek trische Wirkungsgrad Netto Wirku
202. lugasche und Feuerraumasche Die Ru bildung wird vernachl ssigt Ein geringer Anteil des Kohlenstoffs gelangt unverbrannt in die Feuerraumasche und die Flugasche F r den Umsatz des Kohlenstoffs wird der Ausbrandgrad tc ber cksichtigt Die Flugasche wird mit dem Rauchgas aus dem Feuerraum ausgetragen Die Einbindung von Schwefel in die Asche wird vernachl ssigt Die Feuerraumasche verl sst die Feuerung als nicht intendierter Output Rauchgas und Flugasche werden nach 03 05 Dampferzeugung der 03 08 Rauchgas reinigung zugef hrt C 1 4 O gt CO Rkt 18 C O gt CO Rkt 19 H gt O2 gt HO Rkt 20 94 S O2 SO Rkt 21 N O NO O Rkt 22 Die Reaktionen sind exotherm es wird W rme frei Reaktionsenthalpien Mit einem Teil der frei werdenden W rmemenge wird das in der Rohbraunkohle enthaltene Wasser verdampft Verdampfungsenthalpie Flug und Feuerraumasche werden erw rmt Stickstoff wird als Ballast im Rauchgas mitgef hrt Die restliche W rmemenge dient an das entstehende Rauchgas gebunden zur Dampferzeugung W rmestrahlung und Konvektion Der in der Rohbraunkohle enthaltene elementare Sauerstoff dient der Verbrennung und verringert die zuzuf hrende Sauerstoffmenge Unter idealen Bedingungen entsteht bei der Verbrennung von Kohlenstoff mit Sauerstoff nur CO2 Gr nde f r die Entstehung von CO k nnen Sauerstoffmangel eine unzureichende Vermischung von Brennstoff und Luft Sauerstoff oder eine z
203. lung der Emissionsberechtigungen nach dem Benchmark System Der Ma stab f r den CO Emissions wert orientiert sich an einer Neuanlage mit der besten verf gbaren Technik Es wird nicht auf die jahresdurchschnittliche Emissionsmenge in einer fr heren Basisperiode und einen Erf l lungsfaktor zur ckgegriffen wie beim Grandfathering f r Industrieanlagen 6 ZuG sondern auf die durchschnittliche j hrliche Produktionsmenge F r Neuanlagen und Anlagen die in den Jahren 2003 bis 2007 in Betrieb gingen wird zus tzlich ein Standardauslastungsfaktor zum Ansatz gebracht Die Anzahl der Berechtigungen ergibt sich rechnerisch aus dem Produkt aus der j hrlichen Produktionsmenge einer Anlage innerhalb der Basisperiode bzw der Anlagenkapazit t dem Standardauslastungsfaktor dem Emissionswert je erzeugter Produkt einheit Benchmark und der Anzahl der Jahre der Zuteilungsperiode S 7 und 8 ZuG Kopp Assenmacher 2007 Die Gesamtmenge an zul ssigen Emissionen von Treibhausgasen betr gt in Deutschland entsprechend der Minderungsverpflichtung in der Zuteilungsperiode 2008 bis 2012 973 6 Millionen Tonnen CO gt quivalente je Jahr 4 Abs 1 ZuG 2012 Die Europ ische Kom mission hat ein Gesamtbudget von insgesamt 453 07 Millionen Emissionsberechtigungen EB pro Jahr genehmigt 4 Abs 2 ZuG 2012 23 Millionen EB pro Jahr werden als Reserve f r Neuanlagen und Kapazit tserweiterungen zur ckbehalten 5 ZuG 2012 Das in Deutschland bere
204. lwasser beim Eintritt in den K hlwasserkreislauf nicht Umgebungstemperatur hat K hlwasser Eintrittsenthalpie muss sein Enthalpiestrom gesondert nach G1 124 berechnet werden Durch die Erw rmung ndert sich der Enthalpiestrom des K hlwassers Diese Enthalpie nderung kann mit Gl 125 berechnet werden AH k xo m Mk Bk Kom k m GI 124 AH K KO Out AH vr eo Ach Ban vr Out an o oe wp Gl 125 mit AH EUROT Enthalpiestrom des K hlwassers vor der Kondensation kJ a AH K KO eg Enthalpiestrom des K hlwassers nach der Kondensation kJ a 109 5 4 2 10 K hlung Im Rahmen der K hlung werden hier zwei Elemente betrachtet 03 07 02 02 Frischwasserk hlung mit Ablaufk hlung im Nassturm und 03 07 03 01 F rdern mit K hlwasserpumpe Der K hlwasser Massenstrom bleibt w hrend der K hlung im Nassk hlturm Konstant Schwadenbildung wird hier vernachl ssigt Das K hlwasser wird bis auf eine Temperatur r ckgek hlt mit der es in den Vorfluter abgegeben werden kann Es stellt dabei sowohl in stofflicher als auch in energetischer Hinsicht einen nicht intendierten Output dar Die Enthalpie nderung des K hlwassers bei seiner R ckk hlung wird nach Gl 126 berechnet AH ou Gl 126 K RK K hee KO Ou Re mit AH nderung des K hlwasser Enthalpiestroms bei R ckk hlung kJ a K RK Mei K hlwasser Massenstrom kg a Ier eo Out spezifische K hlwasserenthalpie nach Kondensation
205. mpfturbinen Energieumwandlung in Hochdruck Dampfturbinen Energieumwandlung in Mitteldruck Dampfturbinen Energieumwandlung in Niederdruck Dampfturbinen Energieumwandlung in Generatoren Auskoppeln von Fernw rme 183 03 07 03 07 01 03 07 01 01 03 07 01 02 03 07 01 03 03 07 01 04 03 07 02 03 07 02 01 03 07 02 02 03 07 02 03 03 07 03 03 07 03 01 03 08 03 08 01 03 08 02 03 08 02 01 03 08 02 02 03 08 02 03 03 08 03 03 08 03 01 03 08 03 02 03 08 03 03 03 08 03 04 03 08 03 05 03 08 04 03 08 04 01 03 08 04 02 03 08 05 03 08 06 03 09 03 09 01 03 09 01 01 03 09 01 02 03 09 01 03 03 09 02 03 09 02 01 03 09 02 02 03 09 02 03 03 09 03 03 10 03 10 01 03 10 02 03 10 03 03 10 04 03 10 05 03 10 05 01 03 10 05 02 03 10 05 03 184 Kondensation Riickkiihlung Kondensation in der Kondensatoranlage Kondensation in Mischkondensatoren Kondensation in Oberflachenkondensatoren Erzeugen von Unterdruck Vakuum Entgasen K hlung Frischwasserk hlung ohne Ablaufk hlung Frischwasserk hlung mit Ablaufk hlung in R ckk hlanlage Nass Trocken oder Hybridk hlt rme Kreislaufk hlung mit R ckk hlanlage Nass Trocken und Hybridk hlt rmen F rdern F rdern mit K hlwasserpumpen Rauchgasreinigung Rauchgask hlung Enstauben Staubabscheiden Staubabscheiden mit Zyklonen Staubabscheiden im Gewebefilter Staubabscheiden mit Elektrofiltern Entschwefelung nass und trocken Bevorraten des Absorbers bzw
206. mwandelbar ist Biomassenwachstum N hrstoffzugabe Wassergehalt im Schlamm sowie R ckf hrung von Belebtschlamm bleiben dabei unber cksichtigt Bei der mikrobiologischen Umwandlung von Eisen III entsteht S ure die vor dem Ablauf durch die Zugabe von Kalkmilch neutralisiert werden muss Schwertmannit wird stellvertretend f r EHS als nicht intendierter Output abgezogen und das Grubenwasser zur chemischen Eisen II Oxidation weitergef hrt Oxidation und EHS Bildung k nnen vereinfacht mit den Reaktionsgleichungen f r die mikrobiologische Oxidation Rkt 8 und Schwertmannit Bildung Rkt 9 beschrieben werden Fe Mikroorganismen O2 CO gt Ee Biomasse Rkt 8 Fe 3 5 16 SO 25 16 H O 1 16 FeisO16 OH o SO4 35 41 16 H Rkt 9 Unter Ber cksichtigung der Neutralisation der entstehenden S ure mit Kalkhydrat Ca OH gt ergibt sich Rkt 10 Janneck 2007 Fe 3 5 16 SO 20 5 16 Ca OH 2 Rkt 10 gt 1 16 Bethel OH lw SO 20 5 16 Ca H20 Aus den Reaktionsgleichungen Rkt 8 Rkt 9 Rkt 10 und den molaren Massen der Elemente und Verbindungen werden die Koeffizienten f r die st chiometrischen Stoffums tze abgeleitet Mit deren Hilfe l sst sich die EHS Bildung nach Gl 25 berechnen Mens T pe mu em zer EHS Fe Gl 25 mit Mens EHS Massenstrom kg a 2 Tow pe Massenstrom an Fe im Grubenwasser kg a 2 e x T re MU Anteil an Fe der mikrobiologisch um
207. n Bei berschreiten des Kalk Kohlens ure Gleichgewichtes kann es zur Ausf llung von Kalzium karbonat kommen Rkt 7 Ca t 2 HCO lt gt CaCO H2O CO Rkt 7 Zur Berechnung des Energieverbrauchs f r die Druckbel ftung des Grubenwassers wird ein Koeffizient definiert Der Energieverbrauch wird nach Gl 24 ermittelt Ex pp Gg pp Vow Gl 24 mit Eg pg Energiebedarf der Druckbel ftung kWh a Qe pg Werbrauchskoeffizient f r elektrische Energie bei der Bel ftung kWh m 80 5 3 2 2 Mikrobiologische Eisen II Umwandlung Gel stes Eisen II kann im sauren pH Bereich mikrobiologisch zu Eisen IID oxidiert werden In Anwesenheit von Sulfat fallen Eisenhydroxisulfate EHS aus wie z B Schwertmannite Fej6O16 OH SO4 y und Jarosit KFe3 OH 6 SO4 2 und k nnen abgetrennt werden Ein Verfahren zur Aufbereitung saurer Grubenw sser mit hohen Eisen und Sulfatkonzentrationen unter Einsatz mikrobiologischer Umwandlungsprozesse wird zurzeit in einer Pilotanlage getestet Janneck 2007 Um zu zeigen welchen Einfluss die mikrobiologischen Prozesse insbesondere die Entfernung von gel stem Eisen I und Sulfat auf die Grubenwasserreinigung haben bzw wie diese Prozesse genutzt werden k nnen werden sie in die Modellierung einbezogen ohne dass alle Zusammenh nge im Detail beschrieben und ber cksichtigt werden Im Modell wird zun chst der Anteil an im Grubenwasser vorhandenen Eisen II festgelegt der mikrobiologisch u
208. n Staubmassenstr me werden gem Gl 7 berechnet F r die Berechnung der Staubemissionen wird ein Emissionskoeffizient definiert der sich auf das Volumen bewegten Abraums bezieht Die Staubemissionen die von Kippenfl chen und B schungen ausgehen werden hier nicht ber cksichtigt Msp y Esp Vary BZW Msp g Esr Var Gl 7 mit Ms y Staub aus Vorschnittbetrieb kg a Msp Staub aus Br ckenbetrieb kg a Esr Emissionskoeffizient f r Staub kg m V ry Abraum aus Vorschnittbetrieb m a Vaaa Abraum aus Br ckenbetrieb m a Der Staub wird aus dem Abraum emittiert Die maximalen Volumenstr me f r die Gewinnung von Abraum in Vorschnitt und Br ckenbetrieb ergeben sich aus Gl 8 Mor v MsT B bzw VaR B View Vary Vary ST Pst Gl 8 mit ary maximal im Vorschnittbetrieb abgebauter Abraum m a V vn Maximal im Br ckenbetrieb abgebauter Abraum m a V ry Abraum aus Vorschnittbetrieb m a V vn Abraum aus Br ckenbetrieb m a 72 Ms y Staub aus Vorschnittbetrieb kg a Msp Staub aus Br ckenbetrieb kg a Psr Dichte des Staubs kg m Gro ger te und Bandanlagen die im Vorschnitt und Br ckenbetrieb arbeiten haben elektrische Antriebe Ihr Energiebedarf wird nach Gl 9 berechnet F r die Berechnung des Energiebedarfs wird ein Verbrauchskoeffizient definiert der sich auf das bewegte Abraum Volumen bezieht Beie Ury Vows bzw Bees rn Gen Gl 9 mit E vu Ener
209. n gesamten Lebenszyklus eines Gutes Produkt oder Service zu ber cksichtigen Dieser Anspruch kann hier nicht bernommen werden Die Untersuchung der nicht intendierten Outputs eines Systems umfasst nur eine bestimmte zeitliche Periode z B ein Betriebsjahr Au erdem werden keine so genannten Vorketten z B zur Herstellung von Produktionsanlagen und ger ten ber cksichtigt Trotzdem k nnen Material Input oder kumulierter Energieaufwand f r die Bereitstellung eines Produktes bzw Outputs z B die Bereitstellung einer Tonne Rohbraunkohle im Tagebaubetrieb auch f r die Herstellung nicht intendierter Outputs innerhalb der vorgegebenen Systemgrenzen sowie auf einen definierten Zeitraum bezogen angegeben werden und als Vergleichsgr en dienen Um das Kostenverhalten aller Stoff und Energiestr me analysieren zu k nnen k nnen den Stoff und Energiestr men sowohl die bei der Beschaffung entstandenen Material Kosten als auch die Verarbeitungskosten Prozesskosten Verwaltungskosten und Entsorgungskosten zugeordnet werden wenn zuverl ssige Kostendaten zur Verf gung stehen Damit soll transparent gemacht werden dass die Kosten f r die Beschaffung Verarbeitung und Entsorgung der Materialien die nicht in das Produkt eingehen einen wesentlichen Anteil an den gesamten Herstellungskosten haben So k nnen erhebliche Einsparpotentiale aufgedeckt werden Anhand der Kostenbewertung muss deutlich werden welche nicht intendierten Outputs
210. na 89 100 000 m a Abraum Volumenstrom im Br ckenbetrieb e Vuen 80 710 000 m a Filterbrunnenwasser Volumenstrom und Vorw 17 300 000 m3 a Oberfl chenwasser V olumenstrom F r die Berechnung des Stoffstromnetzes wird f r den Abraum eine Sch ttdichte von Gen ap 1 5 Um und f r die Rohbraunkohle von Psp en 0 75 Um angenommen Kunze et al 2002 Zus tzlich zu den Stoffstr men und dem Energieverbrauch wird die Nutzung der vom Tagebau in Anspruch genommenen Fl che betrachtet In insgesamt 45 Jahren Nutzungsdauer werden von dem Tagebau insgesamt ca 8 000 ha Fl che in Anspruch genommen Die Arten der Nutzung und die Gr e der Fl chen vor dem Aufschluss des Tagebaus sowie die nach Rekultivierung angestrebten Gr enordnungen an Fl chen f r landwirtschaftliche forstwirtschaftliche fischereiwirtschaftliche und wasserwirtschaftliche Nutzung sind in Tabelle 12 gegen ber gestellt Tabelle 12 Fl chennutzung Braunkohlenplan 2002 Nutzung Fl che vor der Fl che nach der bergbaulichen Gewinnung bergbaulichen Gewinnung Landwirtschaft 2 620 ha 33 2 000 ha 25 Forstwirtschaft 4 750 ha 59 3 780 ha 47 Renaturierungsfl chen 1 200 ha 15 Wasserfl chen 90 ha 1 940 ha 12 Sonstige Fl chen 540 ha 7 80 ha 1 StraBen Wege etc 8 000 ha 8 000 ha Aus den Angaben in Tabelle 12 wird ersichtlich dass die Wiederherstellung der vorberg baulichen Lands
211. nach DEBRIV 2007 unterer Aschegehalt Wassergehalt Schwefelgehalt Heizwert Hu in in in in kJ kg Rheinland 7 800 10 500 1 5 8 0 50 60 0 15 0 5 Lausitz 7 600 9 300 2 5 16 0 48 58 0 3 1 5 Mitteldeutschland 9 000 11 300 6 5 8 5 49 53 1 5 2 1 Helmstedt 8 500 11 500 5 0 20 0 40 50 1 5 2 8 Das Rheinische Revier liegt im Westen Nordrhein Westfalens Dort lagern insgesamt 55 Mrd t Braunkohle Es erstreckt sich innerhalb des St dtedreiecks K ln Aachen M nchengladbach ber eine Fl che von 2 500 km und gilt als das gr te erschlossene Braunkohlenvorkommen in Europa Die Gewinnung der Braunkohle erfolgt in einer Teufe zwischen 40 und 350 m Die M chtigkeit der Fl ze betr gt 3 bis 70 m In den drei Tagebauen des Rheinischen Reviers Hambach Garzweiler und Inden werden Bagger Band Absetzer Systeme eingesetzt Kapitel 3 3 2 Bis Ende 2006 wurden im Rheinland Fl chen von ca 30 000ha durch den Braunkohlenbergbau in Anspruch genommen 70 davon wurden bereits rekultiviert und einer Folgenutzung zugef hrt An f nf Standorten wird die Rohbraunkohle verstromt Frimmersdorf Neurath Niederau em Weisweiler und Goldenberg DEBRIV 2007 Das Lausitzer Revier erstreckt sich vom S dosten des Landes Brandenburg bis in den Nordosten des Freistaates Sachsen In der Lausitz umfassen die Vorr te insgesamt 12 Mrd t Braunkohle Die Rohbraunkohle wird in den drei
212. nahme insgesamt bewerten und die beiden Kenngr en f r die Nutzung zum Ressourcenabbau durch einen Braunkohlentagebau berechnen zu k nnen m ssen verschiedene Angaben bekannt sein e die Fl chen f r die unterschiedlichen Nutzungsarten landwirtschaftliche Nutzung Gew sser forstwirtschaftliche Nutzung sonstige Nutzung 37 e die Nutzungsdauer vom Aufschluss bis zur abgeschlossenen Rekultivierung und e als Bezugsgr e die Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle Die Fl chennutzung wird nach Gl 1 berechnet Die Fl chenumwandlung wird nach Gl 2 berechnet ea Gl 1 M RBK A FU GL 2 DW mit FN Fl chennutzung m a t FU Flachenumwandlung m t A Fl che m t Nutzungsdauer a Mppx durchschnittliche Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle t a 3 5 Braunkohlenkraftwerke Wegen ihres relativ geringen Energiegehaltes wird Braunkohle aus wirtschaftlichen Gr nden meist vor Ort d h in der N he der Tagebaue in denen sie gewonnen wird verarbeitet bzw in Kraftwerken verstromt Die Umwandlung der in der Rohbraunkohle chemisch gebundenen Energie in elektrische Energie erfolgt in mehreren Prozessschritten Kraftwerke f r die Elektri zit tsversorgung werden heute ausschlie lich in Blockbauweise errichtet Kessel Turbine Generator und Transformator gleicher Leistung bilden einen eigenst ndigen Block Braun kohlenkraftwerke arbeiten im Grundlastbereich und bestehen aus mehreren Bl cken Schwab 2006 3 5
213. nd Energiestr me in sehr unterschiedlicher Art und Weise sowie in unterschiedlichen R umen z B lokal regional global stattfinden so dass v a im Hinblick auf ihre gro e Anzahl und Vielfalt kein einheitlicher Bewertungsma stab gefunden werden kann Die Methodik zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs kann durch die vorgestellten Bewertungsmethoden erg nzt werden Eine abschlie ende Bewertung erfolgt argumentativ Wenn m glich k nnen Ma nahmen zur Verminderung bzw Vermeidung nicht intendierter Outputs empfohlen werden Durch die Untersuchung einer gro en Anzahl verschiedener Betriebe Kann eine eigene Datenbasis f r Vergleiche Benchmarkings geschaffen werden 20 3 Beschreibung des Gesamtsystems Gewinnung und Verstromung von Braunkohle Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methodik zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs f r das Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle in der Bundesrepublik Deutschland entwickelt Das Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung der Braunkohle l sst sich in mehrere Teilsysteme untergliedern Es umfasst die bergbauliche Gewinnung der Braunkohle und ihre Verstromung im Hinblick auf zuk nftige Entwicklungen inklusive der Abscheidung und Verdichtung des dabei anfallenden Kohlendioxids CO2 Dabei wird wie in Kapitel 2 1 1 beschrieben vorgegangen Im Folgenden werden die Rahmen bedingungen f r die Gewinnung und Verstromung der Braunkohle in Deutschla
214. nd Restkohle Daraus ergeben sich die verschiedenen Anteile an wichtigen funktionellen Gruppen wie Carboxyl Carbonyl Hydroxyl und Methoxylgruppen Die Inkohlung verl uft in drei Phasen In der ersten biochemischen Phase entsteht unter normalen Druck und Temperaturbedingungen und unter zunehmend anaeroben Bedingungen zuerst Torf der mit fortschreitendem Absinken in Braunkohlen bergeht die chemisch und morphologisch heterogen sind Der niedrigste Inkohlungsgrad wird als Weichbraunkohle bezeichnet In der zweiten geochemischen Phase bilden sich aus den Braunkohlen Steinkohlen indem die kohlef hrenden Schichten in gr ere Teufen versenkt werden wobei Druck und Temperatur zunehmen entspricht Diagenese unter m chtiger berlagerung durch Sedimente Es sind v a die Temperatur und die Zeitdauer ihres Einwirkens die den Inkohlungsgrad bestimmen Mit steigenden Temperaturen in gr erer Tiefe geht die Weichbraunkohle ber Hartbraunkohle Mattbraunkohle und Glanzbraunkohle in Steinkohle ber Der bergang von Anthrazit zu Graphit stellt die dritte Phase der Inkohlung dar Metamorphose Mit dem Begriff Inkohlung wird die geochemische Umwandlung organischer Sedimente bei erh hter Umgebungstemperatur beschrieben Entsprechend der Umgebungs temperatur werden funktionelle Gruppen abgespalten was zur Anreicherung des Kohlenstoff gehalts und zur Aromatisierung des Kohlenstoffger sts f hrt Wasserstoff Sauerstoffgehalt und der Anteil fl
215. nd umrissen das Gesamtsystem beschrieben und die f r die Ermittlung der nicht intendierten Outputs in diesem Zusammenhang wichtigen Systemgrenzen festgelegt Unter Ber cksichtigung der geologischen lagerst ttenspezifischen und klimatischen und soziokulturellen Gegebenheiten vor Ort lassen sich die Prozesse bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle nur innerhalb vorgegebener Rahmenbedingungen erfassen bewerten vergleichen und optimieren Der Umgang mit Stoff und Energiestr men richtet sich dabei nach produktionstechnischen Notwendigkeiten sicherheitstechnischen Erfordernissen sowie den Vorschriften zum Schutz von Gesundheit und Umwelt etc F r den Standort Deutschland leiten sich diese Rahmenbedingungen aus nationalen Regelwerken den gesetz lichen Regelungen der Europ ischen Union EU und internationalen Abkommen ab 3 1 Energierohstoff Braunkohle Braunkohle wird weltweit als Energietr ger genutzt In 64 L ndern der Erde sind Braunkohlen vorkommen nachgewiesen Ressourcen 43 L nder verf gen unter Ber cksichtigung des derzeitigen Standes der Technik ber wirtschaftlich gewinnbare Reserven Braunkohle stellt einen Energierohstoff mit hoher Versorgungssicherheit und f r viele Jahrzehnte gesicherter Verf gbarkeit dar Die Jahresf rdermenge an Braunkohle wird weltweit zu ca 87 zur Stromerzeugung eingesetzt 11 dienen der Bereitstellung von Energie zum Heizen und Kochen Aus 2 der Braunkohle werden Veredlungsprodukt
216. ndierter Output wieder abgegeben Gl 35 Aus der St chiometrie der Rkt 14 Kann auch die bei vollst ndigem Umsatz entstehende Menge an Eisenhydroxid nach Gl 36 berechnet werden Co GI 34 m 1 T ke MU Moy re Z M Rw Fe a Hro o BL Qo 1 T HL o Co BL GI 35 Mr 1 Tke MU NM gy pe TMw re a Hro o BL 84 Mron 1 Tre mu oy re M Rw re E Q Fe OH Fe Gl 36 mit m Luftbedarf kg a Escape Anteil an Ee der mikrobiologisch umgesetzt wird Qo st chiometrischer O Bedarf kg kg HLo Massenanteil an O2 in trockener Luft Qo BL Sauerstoffausnutzung der Bel fter Mer Restluft kg a gebildete Fe OH 3 Menge kg a O reon 3 Fe Zur Berechnung des Energieverbrauchs f r die Bel ftung des Grubenwassers wird ein Koeffizient definiert der sich auf die behandelte Grubenwassermenge bezieht Der Energie verbrauch wird nach Gl 37 ermittelt Ex BL QE BL Vow Gl 37 mit E EBL Energiebedarf Bel ftung kWh a Qr pL spezifischer elektrischer Energiebedarf der Bel ftung KWh m Vos Grubenwassermenge m a 5 3 2 4 Kalkmilchaufbereitung Zum Subsystem zweiter Ordnung 01 10 12 Kalkmilchaufbereitung geh ren zwei Elemente In der Kalkmilchaufbereitung in mehreren Silos mit Kalkl schanlage 01 10 12 01 erfolgt die Herstellung der Kalkmilch durch L schen von Branntkalk mit Wasser Zur Kalkungsanlage geh ren mehrere Kalkmilchbecken f r das Bevorra
217. ndstoffindustrie 1980 Thome Kozmiensky K J Thiel S Abfallaufkommen und Entsorgungswege Verwertungs und Beseitigungspotential In Thom Kozmiensky K J und Goldmann D Hrsg Recycling und Rohstoffe Band 2 Neuruppin TK Verlag Karl Thom Kozmiensky 2009 S 3 112 Umweltbundesamt UBA Hrsg Externe Kosten kennen Umwelt besser sch tzen Die Methodenkonvention zur Sch tzung externer Kosten am Beispiel Energie und Verkehr Dessau 2007 UN Kyoto Protokoll 1997 http unfccc int resource docs convkp kpger pdf abgerufen am 03 04 2008 UN Klimarahmenkonvention 1992 http unfccc int resource docs convkp convger pdf Van Krevelen D W Coal Typology Chemistry Physics Constitution Amsterdam London New York Princton Elsevier 1961 Vattenfall Europe Mining amp Generation Hrsg Grubenwasserreinigungsanlage GWRA Tzschelln Cottbus 10 2006 Vattenfall Europe Mining amp Generation Hrsg Braunkohlenkraftwerk Boxberg Cottbus 01 2006 http www vattenfall de www vf vf_de Gemeinsame_Inhalte DOCUMENT 154192vatt Bergb au_und_Kraftwerke P0276666 pdf abgerufen am 22 09 2009 Vattenfall Europe Mining amp Generation Hrsg Klimaschutz durch Innovation Das CO gt freie Kraftwerk von Vattenfall Berlin 2006 VDI Richtlinie 4600 Juni 1997 Kumulierter Energieaufwand Begriffe Definitionen Bewertungsmethoden Verordnung ber die Zuteilun
218. ndteile Zu den nicht brennbaren Bestandteilen geh ren mineralische Stoffe und Wasser als adsorptiv gebundenes Haftwasser im intergranularen Raum chemisorptiv ber Wasserstoff br ckenbindungen Kapillareffekte etc sowie nicht brennbare Gase wie Stickstoff N gt und Kohlendioxid CO2 Die wasser und aschefreie organische Substanz enth lt nur das Brenn bare der festen und fl chtigen Bestandteile Fl chtige Bestandteile sind diejenigen Anteile der organischen Brennstoffsubstanz die beim Erhitzen auf 900 C entweichen Die fl chtigen 22 Bestandteile beeinflussen das Ziind und Brennverhalten sie sind bestimmend fiir die Auslegung von Kraftwerken insbesondere der Feuerung Der Gehalt an Asche Gliihriickstand der mineralischen Begleitstoffe wird als Ma f r die im Brennstoff enthaltenen Mineralstoffe verwendet ist aber mit dem eigentlichen Mineralstoffgehalt nicht identisch Kenntnisse ber Zusammensetzung und Schmelzverhalten der Asche sind wichtig f r die Beurteilung von Verschlackungen und Staubablagerungen beim Betrieb einer Feuerungsanlage Strau 2006 Auf Grund sehr verschiedener Bildungsbedingungen der Braunkohlenlagerst tten sowie der Unterschiede im Grad der chemischen und physikalischen Umwandlungsprozesse variieren Eigenschaften bzw Qualit ten der Braunkohlen sehr stark Unterschiede hierin sind auf Unterschiede im petrographischen Aufbau zur ckzuf hren d h auf verschiedene Gehalte an Bitumen Humins uren u
219. nfrastruktur der Region Klimadaten Aufbau und Organisation des Unternehmens Belegschaft Vorschriften ber Arbeits und Umweltschutz werden alle wichtigen Daten ber die ablaufenden Prozesse eingesetzte Maschinen Ger te und Apparate insbesondere Betriebs und Steuerungsparameter sowie Stoff und Energiestr me mit entsprechenden Mengen und Qualit tsparametern Stoffsysteme stoffliche und energetische Zusammensetzung der Str me Energieverbr uche Betriebsmittel etc inklusive der Informationen welche Prozesse sie miteinander verbinden bzw ob sie aus der Umgebung in das System kommen oder das System verlassen systematisch aufgenommen sowie Angaben zu Lagerst tte Geb uden und Fl cheninanspruchnahme sowie Wasserhaushalt etc Auch Kostenangaben Betriebs und Investitionskosten werden prozessbezogen erfasst Es besteht der Anspruch einer m glichst umfassenden Datenerhebung Besteht die M glichkeit der Betriebsdatenerfassung nicht muss auf in der Literatur oder in Datenbanken ver ffentlichte Daten zur ckgegriffen werden Das Datenmanagement erfolgt mit Hilfe der oben beschriebenen Software Bielig et al 2005 2 1 5 Berechnung der nicht intendierten Outputs Je nach Qualit t und Umfang der erfassbaren Daten k nnen diese das aufgestellte Systemmodell auf unterschiedlichen Ebenen der hierarchischen Struktur ausf llen Es ist nicht zu erwarten dass bei einmaliger Erhebung alle notwendigen Daten zur detaillierten Berechnung der Ei
220. ng 20 Schema eines einstufigen Kalkwaschverfahrens nach Strau 2006 Zur Entschwefelung sind Rauchgasw schen mit Kalk blich Produkt Gips In den Waschturm wird Kalksuspension einged st Das SO aus dem im Gegenstrom gef hrten Rauchgas l st sich in den Tr pfchen auf und reagiert zu Gips Kalziumsulfat Dihydrat Die Reaktion l uft in mehreren Schritten ab kann aber zu einer Brutto Reaktionsgleichung zusammengefasst werden Rkt 5 CaCO SO 1 O 2 HO gt CaSO x2 HO CO Rkt 5 Verbrennungsr ckst nde Feuerraum und Flugasche sowie Gips aus der REA k nnen so aufbereitet werden dass sie in der Gipsindustrie eingesetzt werden k nnen Die Reinigung des Abwassers aus der Entschwefelung erfolgt in eigenen Kl ranlagen Effenberger 2000 Kurtz et al 2005 Strau 2006 45 REA Gipse k nnen auf Grund ihrer chemischen und mineralogischen Zusammensetzung in verschiedenen Bereichen der Baustoffindustrie als Rohstoff bzw Substitut fiir Naturgips oder Anhydrit eingesetzt werden sofern die Qualit tsanforderungen der Baustoffindustrie einge halten werden Die Anforderungen der Gipsindustrie an die Inhaltsstoffe f r REA Gipse entsprechen denen des europ ischen Dachverbandes Eurogypsum und sind in Tabelle 6 zusammengefasst Tabelle 6 Qualit tsanforderungen an REA Gips Eurogypsum 2005 Qualit tsparameter Qualit tskriterien Freie Feuchte H20 lt 10 Kalziumsulfat Dihydrat CaSO x
221. ngerichtet der der Abraumf rderbr cke voraus l uft Dazu geh ren Schaufelrad oder Eimerkettenbagger f r die Abraumgewinnung eine Bandanlage als F rder einrichtung und Bandabsetzer f r die Verkippung des Abraums Zur berbr ckung gr erer Entfernungen und von H henunterschieden zwischen Gewinnungsger ten Bandanlagen und oder Verkippungsger ten werden Bandwagen eingesetzt Klocek 2009 Ein Braunkohlentagebau l sst sich durch die Angabe der j hrlich gewonnenen Rohbraunkohle sowie das Abraum Kohle Gl 3 und das Grubenwasser Kohle Verh ltnis Gl 4 charakteri sieren Var Cap A Gl 3 M RBK V gon 2 GI 4 IM RBK mit Ou Abraum Kohle Verh ltnis m t Gon Grubenwasser Kohle Verh ltnis m t Mppx Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle t a Vir insgesamt bewegte Abraummenge m a Vow Grubenwasservolumenstrom m a Der insgesamt bewegte Abraum setzt sich aus dem Abraum des Vorschnittbetriebs und dem Abraum des Briickenbetriebs zusammen GI 5 Varros Varv Varg Gl 5 mit Viens insgesamt im Tagebaubetrieb bewegte Abraummenge m a V rv im Vorschnittbetrieb bewegte Abraummenge m a Var im Br ckenbetrieb bewegte Abraummenge m a 68 Die Grubenwassermenge setzt sich aus den W ssern zusammen die bei der Filterbrunnen entw sserung und der Oberfl chenentw sserung gefasst werden Gl 6 Vow ron Ken Vorw Gl 6 mit ees Grubenwasser Volumenstrom insgesamt m a Kass
222. ngsgrad des Kraftwerkes nach Gl 120 bestimmen zu KW 35 5 6 4 CO gt Abscheiden und Verdichten In diesem Kapitel wird der energetische Aufwand berechnet der notwendig ist um CO aus dem Reingasstrom des in Kapitel 6 3 beschriebenen Braunkohlenkraftwerks abzuscheiden und zu verdichten Das in Kapitel 5 5 beschriebene Stoff und Energiestromnetz wird eingesetzt um die Stoff und Energiestr me einschlie lich der nicht intendierten Outputs zu berechnen 6 4 1 Allgemeine Beschreibung Hier werden beispielhaft die Stoff und Energiestr me berechnet die auftreten wenn ein konventionelles Braunkohlen Dampfkraftwerk mit einer chemischen W sche zum Abtrennen des CO aus dem Reingasstrom nachger stet wird Es wird angenommen dass die gesamte im Tagebau Kapitel 6 1 abgebaute und gef rderte Rohbraunkohle in dem Kraftwerk Kapitel 6 3 verstromt wird Aus dem Reingasstrom nach der Rauchgasreinigung wird CO abgeschieden und im Anschluss daran verdichtet damit es in Rohrleitungen transportiert werden kann Hier wird davon ausgegangen dass sich die Fl cheninanspruchnahme des Kraftwerks durch Nach r stung der Anlagen zur CO gt Abscheidung und Verdichtung verdoppelt Siehe dazu Diskussion bei Fischedick et al 2006 und Oexmann amp Kather 2009 Das Kraftwerk mit den zus tzlichen Anlagen zur CO gt Abscheidung und Verdichtung nimmt insgesamt eine Fl che von 750 000 m in Anspruch Daraus berechnen sich die zus tzliche Fl
223. nsatz mobiler Beregnungsanlagen e Abdecken gro er Fl chen mit Rindenmulch e Zwischenbegriinung der Abraumf rderbr ckenkippen e rasches Aufforsten von Kippen und Randfl chen bzw von Fl chen vor Ortschaften Ma nahmen zur Vermeidung von L rm sind e Einhausung von Eimerrinnen und Schaufelradantrieben e ger uschd mmende Kapselung der Antriebe von Baggern Absetzern und Bandanlagen e Einsatz l rmarmer Getriebe und Motoren e Einsatz l rmarmer Rollen f r F rdergurte e Schutzd mme und w lle vor Ortslagen Da die Maschinen und Gro ger te die im Tagebau arbeiten berwiegend Elektroantriebe haben entstehen keine Verbrennungsabgase an ihrem Einsatzort Fahrzeuge f r Hilfsprozesse wie z B R ckmaschinen Planierraupen etc haben Diesel oder dieselelektrische Antriebe die Abgase im Betrieb freisetzen z B beim Herstellen des R ckplanums f r die Gleisanlagen des Br ckenverbandes als auch f r das der Bandanlagen oder bei der Bekiesung der Arbeitsebenen zur Gew hrleistung der Standsicherheit beim Ber umen von Steinen oder Kohleputzen bei der Personenbef rderung beim Abtransport nicht baggerf higer Steine durch Beistellleistungen bei Reparaturen an den Gro ger ten D hnert amp Ketzmer 2006 Bertrams amp Witzel 2009 Drebenstedt 2009 3 4 6 Fl cheninanspruchnahme Wie in Kapitel 2 2 2 vorgeschlagen werden Fl chennutzung FN und Fl chenumwandlung FU unterschieden Um die Fl cheninanspruch
224. nungsluft wird auf eine Temperatur von Tyw 433 15 K 160 C vorgew rmt 03 04 02 04 Der Massenanteil an Sauerstoff in trockener Luft betr gt 4 o 0 23 F r die berst chiometrische Verbrennung 03 04 04 wird eine Luftzahl von A 1 2 eingesetzt F r den Umsatz des Kohlenstoffs der Rohbraunkohle wird ein Ausbrandgrad tc von 99 angenommen Weiterhin wird angenommen dass 99 9 des umgesetzten Kohlenstoffs zu CO umgewandelt werden fc 0 999 und 0 1 zu CO 5 des Brennstoff Stickstoffs reagieren zu NO fy 0 05 Bei der Staubfeuerung fallen 80 fa 0 20 der Gesamtasche als Flugasche an Der Bedarf der Kesseleinheit an elektrischer Energie f r die Entaschung 0 15 ihrer Nennleistung f r Frischluftgebl se 0 35 und Saugzug 0 4 wird durch einen auf ihre Nennleistung bezogenen Faktor ber cksichtigt mit z gg 0 009 F r die Kesseleinheit wird ein Wirkungsgrad 7xg von 95 angenommen 133 Temperatur C Beispiel f r ein quantitatves Diagramm A XN r Suter 3800 eg REISE em 1 N NH I BE II Jj Z Wal Op KL ka GE SH it ui MN Se e BON er dr Cer ZE d HN LI un 1200 Z A SH LE ER N u ANT a ae A N BS SS il ii SY A Be AS a ee S E e Ee 2 3 4 5 e 7 8 9 spezifische Entropie s J g Kt SWP Speisewasserpumpe ECO Economizer VD Verdampfer Uberhitzer HT Hochdruckturbine ZU Zwischeniiberhitzer MT Mitteldruckturbine NT
225. nw ssern am Beispiel der Grubenwasserreinigungsanlage Tzschelln Dresden Technische Universit t 2007 Vortrag http www tu dresden de fghhisi src index php id 6 amp language de amp session_id none amp sortby 1 abgerufen am 28 01 2008 M ller W Schumacher C Begleitende Bereitstellung von nat rlichen Sekund rrohstoffen In Stoll R D Niemann Delius Ch Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Heidelberg Springer 2009 S 197 199 M ller Wenk R Die kologische Buchhaltung Ein Informations und Steuerungsinstrument f r umweltkonforme Unternehmenspolitik Frankfurt Campus 1978 155 Niemann Delius Ch Stoll R D Uberblick iiber die kontinuierliche Tagebautechnik In Stoll R D Niemann Delius Ch Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Heidelberg Springer 2009 S 57 68 Oexmann J Kather A Post Combustion COs Abtrennung in Kohlekraftwerken Rauchgasw sche mit chemischen L sungsmitteln In VGB PowerTech 89 2009 1 2 S 92 103 ko Institut Institut f r angewandte kologie e V Globales Emissions Modell integrierter Systeme GEMIS Version 4 42 http www oeko de service gemis de index htm abgerufen am 05 11 2007 Pape J Pick E Goebels T Umweltken
226. nz 2007 Im Bundesumweltministerium wird derzeit an einer Verordnung gearbeitet die die ordnungsgem e und schadlose Verwertung von mineralischen Abf llen und die Verwendung mineralischer industrieller Nebenprodukte zusammenfassend als mineralische Ersatzbaustoffe bezeichnet in technischen Bauwerken regeln wird Mit einer Erg nzung der BBodSchV sollen gleichzeitig die Anforderungen an die Verwertung von mineralischen Abf llen in boden hnlichen Anwendungen festgelegt werden Auch mineralische Nebenprodukte aus Kraft werken die rechtlich als Abfall einzustufen sind wie z B Braunkohlenkesselasche Braun kohlenflugasche und Gips aus der Rauchgasentschwefelung fallen unter eine Verordnung ber die Verwertung von mineralischen Abf llen Die M glichkeiten ihrer Verwertung sind demnach abh ngig von den in dieser Verordnung festgelegten Grenzwerten L der et al 2007 Bertram 2008 Im Bergbau gelten keine allgemeinen Unfallverh tungsvorschriften Wegen der spezifischen Bedingungen und Gefahren gibt es ein eigenes Regelwerk in Form von Bergverordnungen die von Bund oder L ndern zu bestimmten Einrichtungen oder Arbeiten erlassen werden wie z B e Allgemeine Bundesbergverordnung ABBergV e Bergverordnung zum gesundheitlichen Schutz der Besch ftigten Gesundheitsschutz Bergverordnung GesBergV e Bergverordnung zum Schutz der Gesundheit gegen Klimaeinwirkungen KlimaBergV e Bergverordnung ber vermessungstechni
227. nzahlen und systeme zur Umweltleistungsbewertung In Baumast A Pape J Hrsg Betriebliches Umweltmanagement Theoretische Grundlagen Praxisbeispiele 2 Aufl Stuttgart Ulmer 2003 S 188 202 Penk T Betriebsorganisation am Beispiel eines F rderbr ckenbetriebes in der Lausitz In Stoll R D Niemann Delius Ch Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Heidelberg Springer 2009 S 375 426 Pflug W Einf hrung In Pflug W Hrsg Braunkohlentagebau und Rekultivierung Landschafts kologie Folgenutzung Naturschutz Berlin u a Springer 1998 S 1 9 Pospischill H Die Methanemissionen der vorgelagerten Kohle und Erdgasproze kette und ihre Bedeutung am Beispiel der Strombereitstellung Forschungszentrum J lich 1993 Dissertation Radgen P Cremer C Warkentin S Gerling P May F Knopf S Verfahren zur CO2 Abscheidung und Speicherung Dessau 2006 http www umweltdaten de publikationen fpdf V 3077 pdf abgerufen am 01 11 2006 Reinecke M Ein Eindruck von Theorie und Anwendbarkeit der Petri Netze In Matthies M Hrsg Stoffstromanalyse und bewertung Osnabr ck 1997 Reisig W Petri Netze Eine Einf hrung 2 Aufl Berlin u a Springer 1986 Richtlinie 2009 31 EG des Europ ischen Parlaments und des Rates vom 23
228. nzelprozesse erfasst werden k nnen Die Bilanzierung der Stoff und Energiestr me kann auf jeder beliebigen Ebene des hierarchisch strukturierten Systems erfolgen Sie kann je nach Anforderungen auf der untersten Ebene der Elemente oder auch auf Ebene der Teilsysteme stattfinden Ein iteratives Vorgehen kann dazu beitragen dass die Prozesse nach und nach immer detaillierter beschrieben werden k nnen Top down Ansatz Die Ermittlung der nicht intendierten Outputs erfolgt auf der Grundlage der im System auftretenden Stoff und Energiestr me Da in der Praxis nicht f r alle in die Bilanzen eingehenden Str me Messwerte zur Verf gung stehen bzw die aufgenommenen Messwerte fehlerbehaftet sein k nnen stellt sich die Aufgabe die inkonsistenten Messwerte zu korrigieren bzw zu erg nzen Auf Basis der erfassten Daten werden die fehlenden Stoff und Energiestr me berechnet Datenausgleichsrechnung 2 1 6 Bewertung der nicht intendierten Outputs Handhabung und Umgang mit den Stoff und Energiestr men im Bergbau resultieren unter den geologischen und klimatischen Gegebenheiten auf Grund der geografischen Lage einer Lagerst tte aus produktionstechnischen Notwendigkeiten sicherheitstechnischen Erforder nissen Vorschriften z B zum Schutz von Gesundheit Umwelt u a sowie konomischen Grenzen Die Prozesse mit ihren Inputs und Outputs lassen sich nur innerhalb dieser Randbedingungen erfassen optimieren und vergleichen Okologische und 6konomi
229. o Stickstoff un Wasser uw und Asche ua wie Tabelle 2 zu entnehmen ist Die Zusammensetzung der Asche wird als Oxidationsanalyse bestimmt und ist in Tabelle 3 aufgef hrt 24 Tabelle 2 Chemische Zusammensetzung der Braunkohle Kurtz et al 2005 Rohkohle Wassergehalt uw 15 65 Aschegehalt u4 1 60 Reinkohle wasser und aschefreie Substanz Kohlenstoffgehalt uc 62 78 Wasserstoffgehalt uy 4 6 Sauerstoffgehalt uo 16 34 Stickstoffgehalt un 0 5 1 5 Schwefelgehalt us 0 5 5 Tabelle 3 Hauptbestandteile der Asche Effenberger 2000 Asche Bestandteile Siliziumoxid Hsio Ka 5 30 Aluminiumoxid 44 0 4 15 Eisenoxid a o 4 25 Kalziumoxid A 15 50 Magnesiumoxid Au 3 15 Schwefeltrioxid Aa 10 40 Phosphorpentoxid Hpo 0 1 1 8 Kalium und Natriumoxid Uko Una o 0 5 2 0 Aus Tabelle 3 wird ersichtlich dass bei Braunkohlenaschen Kalk CaO der dominierende Be standteil ist Folgende Minerale tragen zur Aschebildung bei Alumosilikate Kaolinit Halloysit Montmorillomit Quarz Magnetit Gips Eisensulfide Pyrit Markasit Calcit Magnesit Dolomit und Siderit Des Weiteren k nnen in der Mineralsubstanz von Braunkohlen Anteile an Titan und Spuren von Schwermetallen wie z B Arsen Barium Blei Kobalt Chrom Kupfer Mangan Nickel Strontium Vanadium und Zink enthalten sein Effenberger
230. odellbildung wird hier die Erfassung und Abbildung aller relevanten Prozesse des Gesamtsystems und ihre Vernetzung ber die Stoff und Energiestr me untereinander verstanden sowie die Beschreibung der einzelnen Prozesse mit Hilfe mathematischer Funktionen die aus technologischen Zusammenh ngen physikalischen oder chemischen Gesetzm igkeiten abgeleitet werden F r die Umsetzung des entwickelten Modells und die Berechnung der nicht intendierten Outputs wird Software als Werkzeug genutzt F r eine strukturierte Datenhaltung und die Auswertung der Daten wurde zuerst der Prototyp des Datenbanksystems NOTA_bene Non intended Outputs Target Assessment Benefit unter Microsoft Access 2002 entwickelt Eine MS Access Datenbank dient hierbei zur Datenhaltung Alle weiterf hrenden Funktionalit ten Oberfl chenelemente Ein und Ausgabe wurden mit Hilfe von Visual Basic for Application VBA umgesetzt NOTA_bene erlaubt mit Hilfe vorgefertigter Objektbibliotheken den benutzerfreundlichen Zugriff auf die Daten ebenso wie die Auswertung und Pr sentation der Ergebnisse Dazu sind im Datenbanksystem Systemstruktur und elemente Prozesse sowie Stoff und Energiestr me abgebildet Die Datenausgleichsrechnung erfolgt auf Basis eines linearen Bilanzausgleichs Stoff und Energiewandlungen k nnen jedoch nicht mit einzelnen Prozessmodellen berechnet werden sondern k nnen mit Hilfe von Pseudo Input und Pseudo Output Str men einbezogen werden Zur
231. offkostenrechnung hat sich die so genannte Flusskostenrechnung entwickelt die umfassender ist Die Flusskostenrechnung ist eine Erweiterung der traditionellen Kosten rechnung und stellt die Kostenwirkungen der betrieblichen Stoff und Energiestr me bzw Material und Energiefl sse in den Mittelpunkt um ihr Kostenverhalten zu ermitteln Damit lassen sich v a die Kostensenkungspotenziale aufzeigen die im effizienteren Material und Energieeinsatz liegen Ein sparsamer Umgang mit Materialien und Energie ist sowohl kologisch als auch konomisch vorteilhaft Mit der Berechnung der stoff und energiestrom bezogenen Kosten werden die Voraussetzungen geschaffen Prozesse systematisch auf Optimie rungspotentiale hin zu untersuchen Grundlage der Flusskostenrechnung ist die genaue Kenntnis der innerbetrieblichen Stoff und Energiestr me Auf der Basis eines Stoff und Energiestrommodells k nnen die Gesamtkosten in eine stoff und energiestrombezogene Kostenstruktur berf hrt werden Die Str me werden als Kostentreiber gesehen und dienen als Kostensammler f r die drei Kostenarten Material kosten Materialwert inklusive Materialnebenkosten wie z B Transporte Z lle und Versiche rungen Bearbeitungskosten Personalkosten Abschreibungen Miete sonstige Kosten bei Be und Verarbeitung Lagerung interner Transport auch Beschaffung Produktionsplanung und Vertrieb und Entsorgungskosten direkte Entsorgungskosten und Entsorgungsnebenkosten wie
232. omponenten des Wassers aus der Oberfl chenentw sserung als Grubenwasserstrom how pee 11 210 4 t a Tit ry per 34 6 tla Hit pw so 44 980 0 t a hace STS Ua dAn cor 10 034 0 t a und aus der Filterbrunnenentw sserung als Grubenwasserstrom Tit pw pete 9 523 8 t a Sage BOT I tes Fit ppw so 01 339 6 t a und His te ST UA Die in Kapitel 5 3 definierten Koeffizienten werden in den einzelnen Transitionen als lokale Parameter hinterlegt Es handelt sich dabei vorwiegend um Koeffizienten die f r den st chio metrischen Umsatz aus den chemischen Reaktionsgleichungen abgeleitet werden die f r eine konventionelle GWR von Bedeutung sind Die Zahlenwerte werden hier aus Gr nden der ber sichtlichkeit nicht aufgef hrt Die Berechnungen zur mikrobiologischen Eisen Umwandlung in der GWR beruhen auf Untersuchungen an einer Pilotanlage Folgende technische Parameter werden f r die Berechnungen eingesetzt T CODE der Anteil der Kohlens ure der durch Druckbel ftung ausgast E DB der spezifische Energieverbrauch der Bel fter T re MU der Anteil an Eisen II der mikrobiologisch umgesetzt wird Qo BL die Sauerstoffausnutzung der Beliifter QE BL der spezifische Energieverbrauch der Bel fter und Or pw der spezifische Energieverbrauch des AEW Pumpwerks F r die Koeffizienten werden folgende Zahlenwerte eingesetzt o gL 9 25 Janneck et al 2006 Qr p 0 06 kWh m nach Angaben von Janneck et al 2006 b
233. ondensation werden als isobar und Verdichten bzw Entspannen als isentrop betrachtet F r alle Maschinen und Apparate werden zus tzlich Wirkungsgrade ber cksichtigt Aus den abgesch tzten Werten f r Druck und Temperatur sowie den oben genannten Annahmen lassen sich die spezifischen Enthalpien f r die entsprechenden Dampf und Speisewasserstr me im Modell ableiten Sie sind als charakteristische Modell parameter f r den Speisewasser Dampf Keislauf in einem konventionellen unterkritischen Braunkohlenkraftwerk in Tabelle 17 zusammengefasst und im Modell als Netz Parameter vorgegeben Durch Anpassung der Modellparameter f r den Speisewasser Dampf Kreislauf k nnen auch Braunkohlenkraftwerke mit berkritischen Dampfparametern mit dem in Umberto erstellten Modell berechnet werden Abbildung 37 zeigt den beschriebenen Speisewasser Dampf Kreislauf im T s Diagramm Weiterhin sind im Modell die Umgebungs und die Feuerraumtemperatur als Netz Parameter vorgegeben mit e Umgebungstemperatur Ty 298 15 K 25 C und e Feuerraumtemperatur Tr 1 473 15 K 1 200 C Die folgenden Angaben und Parameter sind lokal in einzelnen Transitionen f r die Berechnung der Stoff und Energiewandlungen vorgegeben In der Transition 03 01 Bekohlung wird aus der Zusammensetzung der Rohbraunkohle ihr oberer Heizwert berechnet Zusammen mit dem Massenstrom der in einem Betriebsjahr verstromten Rohbraunkohle wird der chemische Energieinhalt der zugef hrten Rohb
234. onsgrenzwerte f r den Betrieb von Anlagen und Kraftwerken vor regeln die Zuteilung von CO Emissionsberechtigungen legen Steuern und Abgaben fest Sie regeln demzufolge den Umgang und die Handhabung der Stoff und Energiestr me einschlie lich der nicht intendierten Outputs 56 4 Strukturierung und Abgrenzung des Systems 4 1 Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle Das Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle wird in zwei Teilsysteme bergbauliche Gewinnung und Verstromung gegliedert Damit die bei der Verstromung entstehenden nicht intendierten Outputs den Einzelprozessen zugeordnet werden k nnen wird f r das in Kapitel 2 1 1 definierte Gesamtsystem ein neues Teilsystem 03 Verstromung definiert Mit Hilfe der Teilsysteme 01 bergbauliche Gewinnung und 03 Verstromung kann das Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle abgebildet werden siehe Abbildung 22 Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle Teilsystem 01 Teilsystem 03 bergbauliche Gewinnung Verstromung Abbildung 22 Strukturbild des Gesamtsystems Gewinnung und Verstromung von Braunkohle Beide Teilsysteme werden prozessbezogen in Subsysteme erster und zweiter Ordnung gegliedert Den Subsystemen zweiter Ordnung werden Elemente zugeordnet Die vor der Ver brennung durchzuf hrenden Zerkleinerungsprozesse werden dem Teilsystem 03 Verstromung zugeo
235. oren zur Stromerzeugung 39 antreiben Das dabei entstehende Rauchgas wird zur Dampferzeugung genutzt Mit dem Dampf werden Dampfturbinen betrieben die wiederum Generatoren zur Stromerzeugung antreiben Lambertz amp Ewers 2006 Radgen et al 2006 RWE 2006 Das dritte Verfahren zur Aufkonzentrierung von CO im Rauchgas ist das Oxyfuel Verfahren Es arbeitet zur Verbrennung mit reinem Sauerstoff und Rauchgasr ckf hrung in die Feuerung wodurch eine Aufkonzentrierung des CO im Rauchgasstrom erreicht wird keine Verd nnung durch Luft Stickstoff Reiner Sauerstoff O2 kann durch Luftzerlegung gewonnen werden Hierzu kommen Adsorptions Tieftemperatur oder Membranverfahren zum Einsatz Bei der Verbrennung mit reinem Sauerstoff entstehen h here Temperaturen als bei der Verbrennung mit Luft Um die thermischen Belastungsgrenzen der Materialien nicht zu berschreiten erfolgt eine Rezirkulation eines Teils des Rauchgases als Inertgas zur ck zur Brennkammer Sollen die Verfahren zur Anwendung kommen und mit ihrer Hilfe CO gt Emissionen effizient vermindert bzw vermieden werden m ssen sie in Bezug auf die Massen und Energiestr me optimal in den Kraftwerksprozess integriert werden Sie sind in Abbildung 15 schematisch dargestellt Radgen et al 2006 Vattenfall 2006 Rauchgas Brenngas Verbrennung dekarbonisierung dekarbonisierung mit Sauerstoff Luft zerlegung Dampferzeugung Dampfturbine co SO NO H O Ra
236. ostenrechnung monet rer Aufwand und oder kologischer als kobilanz kologischer Aufwand Hinsicht kann sich anschlie en da Stoff und Energiestr me in beider Hinsicht als G ter oder bel charakterisiert werden k nnen M ller 2000 Schmidt amp Keil 2002 2 2 4 Kennzahlen und Kennzahlensysteme Kennzahlen bzw Kennzahlensysteme stellen ein wichtiges Instrument zur Planung Steuerung und Kontrolle dar Die Aufgabe von Kennzahlen ist es in konzentrierter stark verdichteter Form ber betriebliche Belange zu informieren Stoff und Energiestrombilanzen bilden die Datenbasis f r die Berechnung von Kennzahlen Der Vorteil der Informationsverdichtung ist mit dem Nachteil verbunden dass dabei gleichzeitig Informationen verloren gehen Deshalb muss genau definiert sein unter welchen Bedingungen Kennzahlen gebildet werden was mit einer Kennzahl ausgedr ckt werden kann und wo die Grenzen ihrer Interpretierbarkeit sind Es werden v a zwei Arten von Kennzahlen unterschieden 1 Zu den absoluten Kennzahlen z hlen Einzelzahlen Summen Differenzen und Mittelwerte Sie k nnen beispielsweise Aufschluss ber die tats chlichen Mengen an Abfall Emissionen oder Ressourcenverbrauch geben 2 Quotienten zweier absoluter Angaben werden als relative Kennzahlen oder Verh ltniskennzahlen bezeichnet Sie setzen zwei oder mehrere Werte zueinander ins Verh ltnis Es werden Gliederungszahlen Beziehungszahlen und Messzahlen unterschieden
237. pe Betrieb der Rauchgasreinigung Betrieb der K hlt rme Regelung mit Leittechnik 185
238. pen von Abraum im Vorschnittbetrieb Abraum bandbetrieb z y 2 777 kWh m3Abraum 9 997 2 kJ m e f r das L sen F rdern und Verkippen von Abraum im Br ckenbetrieb Qr g 1 087 kWh m Abraum 3 913 2 kJ m e f r das L sen F rdern und Verladen von Rohbraunkohle im Grubenbetrieb Qr g 2 557 kWh t Braunkohle 9 205 2 kJ t e f r die diskontinuierliche Zugf rderung mit elektrisch angetriebenen Z gen Fahrstrom p zr 1 414 kWh t Rohbraunkohle 5 090 4 kJ t und e f r Filterbrunnen und Oberfl chenentw sserung mit o rge g ore 9 666 kWh m Grubenwasser 2 397 6 kJ m3 Merten amp K hndelt 1994 123 Die Angaben zum Energieverbrauch liegen in Bereichen die auch Kunze et al 2002 angeben Fiir den Verbrauch an Dieselkraftstoff im Tagebaubetrieb bezogen auf die gewonnene und gef rderte Menge Rohbraunkohle wird ein Koeffizient von Strzodka amp Slaby 1990 bernommen a 0 129 kg t Mit Hilfe der angegebenen Parameter werden die Stoffstr me und Energieverbr uche im Tagebaubetrieb mit dem in Kapitel 5 2 vorgestellten Stoff und Energiestromnetz in Umberto berechnet 6 1 3 Ergebnisse Die f r ein Betriebsjahr in dem oben beschriebenen Tagebau mit dem Stoff und Energie stromnetz Tagebaubetrieb berechneten Ergebnisse f r die ein und ausgehenden Stoff und Energiestr me sind in Tabelle 13 zusammengefasst vergleiche Tabelle 7 Aus Tabelle 13 wird ersichtlich dass der Abraum Vie
239. physikalisch entfernt wird Der Bedarf an elektrischer Energie erh ht sich durch den Einsatz von Druckbel ftern erheblich in dem hier berechneten Beispiel um ca 78 Auf dem Weg der konventionellen GWR wird Sulfat nicht aus dem Wasser entfernt und gelangt unvermindert ins Reinwasser Der Einsatz der mikrobiologischen Umwandlung von Eisen ID zu Eisen IID in der GWR der zurzeit in einer Pilotanlage getestet wird f hrt zur Entfernung von Sulfat aus dem Grubenwasser Unter Verbrauch von Sulfat entstehen hierbei zus tzlich EHS EHS sind jedoch leichter entw sserbar als AEW Sie k nnen veredelt und genutzt werden z B als Eisenpigmente Eisenrot und Eisengelb in Anstrichen und Baumaterialien anstatt im Tagebau deponiert zu werden Kuyumcu et al 2008 Werden wie in dem berechneten Fallbeispiel angenommen 50 des Eisen lI aus dem Grubenwasser mikrobiologisch umgewandelt wird die Sulfatfracht in Reinwasser und AEW insgesamt um ca 5 verringert Gleichzeitig wird die Menge anfallenden AEW auf ca 72 reduziert mit Druckbel ftung sogar auf ca 61 Anhand der berechneten Werte wird ersichtlich dass der Bedarf an Kalk bei Einsatz mikrobiologischer Prozesse gegen ber dem Bedarf der konventionellen Reinigung ansteigt Das liegt daran dass bei der mikrobiellen Umwandlung von Eisen Il mehr S ure freigesetzt wird die neutralisiert werden muss als bei der chemischen Oxidation und F llung vergleiche Rkt 9 und Rkt 14 Durch die E
240. r me miteinander verkn pft Die Verschaltung der Elemente und Prozesse ist dabei nicht auf die Hierarchie der Struktur begrenzt sondern kann auch sub system bergreifend stattfinden Die oben erl uterte eindeutige Nummerierung der Teil und Subsysteme sowie der Elemente ist Voraussetzung f r die Angabe der Stoff und Energiestr me Um die Stoff und Energiestr me eindeutig bezeichnen zu k nnen m ssen ihr Entstehungsort Prozess bzw Element oder Umwelt und ihr Ziel Prozess bzw Element oder Umwelt als Informationen zur Verf gung stehen und ihnen zugeordnet werden Zur Beschreibung der Stoff und Energiestr me werden Stromvektoren verwendet Die Stromvektoren werden ebenfalls hierarchisch strukturiert Sie werden in Stoffe und Energieformen untergliedert Bei den Stoffen werden Feststoff Gas und Fl ssigkeitsphasen unterschieden Die Kennzeichnung der stofflichen Zusammensetzung erfolgt auf Grundlage der beteiligten Phasen fest fl ssig gasf rmig abgrenzbarer Komplex zusammengesetzter Stoff systeme wie z B Roherz Rohkohle Abraum Berge Grubenwasser Wetter der Mengen anteile bzw Mengenstr me enthaltener Komponenten petrographische mineralische oder chemische Komponenten oder granulometrischer Gr en Die Stoffmengen der Komponenten sowohl in der festen als auch in den beiden fluiden Phasen werden als Massen oder Volumenstr me angegeben Konzentrationen Gehalte usw lassen sich als abgeleitete Gr en sp ter
241. r Osloer Nord Pool der Pariser PowerNext und der Leipziger EEX European Energy Exchange Durch den Handel ber Staatsgrenzen hinweg werden bersch sse und Unterdeckungen Staaten bergreifend ausgeglichen Konstantin 2007 G rlach 2009 In der zweiten Handelsperiode werden j hrlich 40 Mio EB ver u ert 19 Zut 2012 Sp testens ab 2010 sollen Versteigerungen durchgef hrt werden Der Vorschlag der Europ ischen Kommission f r eine neue Emissionshandelsrichtlinie sieht f r Anlagen aus dem Stromsektor ab 2013 die vollst ndige Versteigerung f r die Vergabe von EB vor Es ist damit zu rechnen dass der Einfluss der Preise f r EB zunehmen wird da ab 2013 alle Stromerzeuger s mtliche EB ersteigern m ssen Der Emissionshandel soll sich in Zukunft nicht mehr wie bislang nur auf CO beschr nken sondern weitere Treibhausgase einbeziehen Die EU beabsichtigt auch alle industriellen Gro emittenten ins Emissionshandelssystem aufzu nehmen Ziel ist es bis 2020 die unter das Handelssystem fallenden Emissionen um 21 gemessen am Stand von 2005 zu reduzieren Europa 2008 39 Die aufgef hrten gesetzlichen und untergesetzlichen Regelwerke umrei en die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen und Genehmigungsverfahren regeln Einrichtung und Betrieb von Braunkohlentagebauen die langfristige Tagebauentwicklung und sanierung sowie Ausgleichs bzw Ersatzma nahmen f r Eingriffe in Natur und Landschaft geben Emissions und Immissi
242. r Ressourcen Treibhauseffekt Ozonschichtabbau Versauerung Eutrophierung Photooxidantienbildung Fl chenverbrauch Humantoxizit t aquatische und terrestrische kotoxizit t Bel stigungen wie z B Geruch oder L rm der spezifische Beitrag emittierter Stoffe und Energien zur nationalen Gesamtbelastung bestimmt Hierzu wird der Quotient aus spezifischer Fracht des Untersuchungssystems und nationaler Gesamtfracht je Wirkungskategorie gebildet Die Bewertung innerhalb der Wir kungskategorien kann wiederum mit Hilfe verschiedener Methoden erfolgen die Normierungs und Gewichtungsschritte enthalten Es ergibt sich ein mehrdimensionales koprofil Zus tzlich werden die Schadwirkungen der einzelnen Wirkungskategorien untereinander verglichen und somit in einem subjektiven Abw gungsprozess ihre kologische Bedeutung ermittelt Abschlie end erfolgt eine verbal argumentative Bewertung Eine Auswahlentscheidung zwischen mehreren Alternativen wird durch ein gegenseitiges qualitatives Abw gen der Wirkungskategorien erreicht Das CML unterscheidet 17 Umweltauswirkungen bez glich Ressourcen Belastungen und St rungen der Umwelt F r jede Auswirkung wird eine Erfassungs und Bewertungsart vorgeschlagen Die Bewertung kann z B nach den Schweizer Methoden erfolgen nach anderen naturwissenschaftlich abgeleiteten Indikatoren oder auf Basis qualitativer Beschrei bungen Es entsteht ein 17 dimensionales koprofil Durch Gewichtung der unterschiedli
243. r den Elektrizit tsbinnenmarkt und zur Aufhebung der Richtlinie 96 92 EG In ABl L 176 vom 15 7 2003 S 37 Richtlinie 2003 96 EG des Rates vom 27 Oktober 2003 zur Restrukturierung der gemeinschaftlichen Rahmenvorschriften zur Besteuerung von Energieerzeugnissen und elektrischem Strom In ABl L 283 vom 31 10 2003 S 51 Richtlinie 2003 87 EG des Europ ischen Parlaments und des Rates vom 13 Oktober 2003 ber ein System f r den Handel mit Treibhausgasemissionszertifikaten in der Gemeinschaft und zur nderung der Richtlinie 96 6 1 EG des Rates A In ABl L 275 vom 25 10 2003 S 32 Richtlinie 2001 80 EG des Europ ischen Parlaments und des Rate vom 23 Oktober 2001 zur Begrenzung von Schadstoffemissionen von Gro feuerungsanlagen in die Luft Gro feuerungsanlagenrichtlinie In ABl L 319 vom 23 11 2002 S 30 30 Richtlinie 2000 60 EG des Europ ischen Parlaments und des Rate vom 23 Oktober 2000 zur Schaffung eines Ordnungsrahmens f r Ma nahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik Wasser Rahmenrichtlinie In ABl L 327 vom 22 12 2000 S 1 Richtlinie 94 22 EG des Europ ischen Parlaments und des Rates ber die Erteilung und Nutzung von Genehmigungen zur Prospektion Exploration und Gewinnung von Kohlenwasserstoffen vom 30 Mai 1994 In ABl Nr L 164 vom 30 Juni 1994 S 3 Richtlinie 92 91 EWG des Rates vom 3 November 1992 ber Mindestvorschriften zur Verbesserung der Sich
244. r die Ermittlung der nicht intendierten Outputs relevante Prozesse Subsysteme und Elemente abbilden nach und nach exaktere Subnetze oder anspruchsvolle Modelle eingef hrt werden Der aufw ndigste Schritt bei der Modellierung ist die Spezifikation des Stoff und Energiestromnetzes Dazu geh ren Datenrecherche und schrittweise Erg nzung und Modifikation von Systemstruktur Prozessmodellen und Modellparametern Wenn f r alle betrachteten Prozesse innerhalb des Gesamtsystems Modelle in Form von Koeffizienten Funktionen oder Algorithmen aufgestellt werden k nnen aus wenigen vorgegebenen Stromgr en alle Stoff und Energiestr me im System berechnet werden Netze k nnen unterbestimmt bleiben wenn nicht gen gend Daten zur Verf gung stehen Ist ein Netz berbestimmt k nnen Inkonsistenzen an den Schnittstellen berechneter Netzbereiche auftreten Die Erfassung nicht intendierter Outputs wird mit der Zielsetzung durchgef hrt die im Unternehmen vorhandenen Optimierungspotentiale f r den stofflichen und energetischen Aufwand aufzudecken Sie bildet die quantitative Grundlage zur Beurteilung der Auswirkungen einer m glichen Umsetzung von Ma nahmen mit denen Ressourcen eingespart und Kosten gesenkt werden k nnen Die Berechnungen und Auswertungen mit der Software Umberto laufen in mehreren Schritten ab Zuerst werden die Grundrechnungen zur Berechnung einzelner Stoff und Energiestr me anhand von Prozessmodellen durchgef hrt Daran schlie
245. r ist je geringer die CO2 Konzentration im Gasstrom ist Im Vergleich zur Abscheidung aus dem Rauchgas konventioneller Kohlekraftwerke ca 13 Vol CO2 Rauchgasdekarbo nisierung post combustion capture ist die Abscheidung aus Synthesegasen nach der Kohle vergasung ber 30 Vol CO2 Brenngasdekarbonisierung pre combustion capture daher wesentlich g nstiger Die Rauchgasdekarbonisierung ist allerdings das einzige Verfahren dass zur Nachr stung bereits vorhandener Kraftwerke in Frage kommt und wird deshalb hier n her erl utert Da eine vollst ndige Abscheidung mit vertretbarem Aufwand nicht m glich ist wird eine Restmenge CO weiterhin emittiert 46 LinBen et al 2006 Radgen et al 2006 und Oexmann amp Kather 2009 geben beispiels weise einen Uberblick iiber die Vielzahl von Verfahren die zur Abscheidung von CO2 eingesetzt werden k nnen F r Kohlekraftwerke aus deren Rauchgasen sehr gro e Massen str me an CO mit einem vergleichsweise geringen Partialdruck abzuscheiden sind und die au erdem Schwefelwasserstoff H2S Stickstoffdioxid SO gt und Stickoxide NO enthalten ist die CO Absorption mit chemischen W schen insbesondere Aminw schen Amine als chemische Reaktionspartner besonders gut geeignet Sie sind Stand der Technik z B bei der Herstellung von Ammoniak und bei der Gewinnung von CO in der Lebensmittelindustrie Die bisher vorhandenen Anlagen erreichen jedoch nicht die Dimensionen di
246. raunkohle bestimmt F r die Berechnungen zur 03 02 02 01 Feinzerkleinerung wird eine spezifische Zerklei nerungsarbeit von az 15 kWh t eingesetzt Mit fz 0 2 wird festgelegt dass 20 der Zer kleinerungsarbeit dem Stoffsystem zugef hrt werden Der Wirkungsgrad der M hlenantriebe wird mit 7y 0 5 abgesch tzt 132 Tabelle 17 Modellparameter fiir einen unterkritischen Speisewasser Dampfkreislauf berechnet mit APWS IF97 2006 Stoffstrom h T P MPa s kJ kg C bar kJ kgK Dampfstrom nach berhitzen hwD our 3 389 5 540 0 18 0 6 4 03 05 01 02 180 0 Dampfstrom nach Entspannen ben ur ou 2 819 2 220 0 2 04 6 4 in der Hochdruckturbine 20 4 03 06 02 01 Dampfstrom nach Zwischen Jun zp ou 3 578 5 550 0 2 04 7 6 tiberhitzen 03 05 01 03 20 4 Dampfstrom nach Entspannen ben Ar ou 3 220 2 376 73 0 7 7 6 in der Mitteldruckturbine 7 0 03 06 02 02 Dampfstrom nach Entspannen hwo nr ou 2 306 4 32 88 0 005 7 6 in der Niederdruckturbine 0 05 03 06 02 03 Speisewasserstrom nach der hsw Ko out 137 8 32 88 0 005 0 5 Kondensation 03 07 01 0 05 Speisewasserstrom nach bon emp ou 155 8 33 32 18 0 0 5 Speisewasserpumpe 180 0 03 05 02 01 Speisewasserstrom nach hsw eco ou 686 0 160 0 18 0 1 9 Vorw rmung 03 05 02 02 180 0 Dampfstrom nach Verdampfen hwp vD Out 2 509 7 357 0 18 0 5 1 03 05 01 01 180 0 Die Verbren
247. rd davon ausgegangen dass das gesamte vorher gebildete Eisenhydroxid in sedimentierf hige Flocken berf hrt werden kann Die Eisen hydroxid Flocken werden zusammen mit dem bel fteten und neutralisierten Grubenwasser und dem Kalziumkarbonat zur Sedimentation weiter gef hrt Mrym Vow Brum Gl 44 mit Mrym Massenstrom an FHM kg a Vse Grubenwassermenge m a Oru FHM Verbrauch kg m 86 Die Sedimentation erfolgt z B in Rundeindickern Der sedimentierte Hydroxid Schlamm wird als Alkalisches Eisenhydroxid Wasser AEW abgezogen Er ist schwer entw sserbar und weist geringe Feststoffgehalte auf AEW sind nicht verwertbar und werden entweder in Schlamm teichen gelagert oder in Tagebaurestl chern versp lt Janneck 2007 In Subsystem 01 10 09 Sedimentation wird der Schlamm d h das AEW als nicht intendierter Output vollst ndig vom Reinwasser getrennt und zwar so dass AEW mit einer vorgegebenen Feststoffkonzentration entsteht Der Feststoffanteil des AEW setzt sich aus den gebildeten Eisenhydroxid Flocken und dem gef llten Kalziumkarbonat zusammen Der Massenstrom an AEW wird nach den Gleichungen Gl 45 Gl 46 und Gl 47 berechnet Mit dem Grubenwasser gelangt Sulfat ins AEW Marw Marw f IRAEW H O GI 45 Marw f recon Meum Mcaco Gl 46 Marw H 0 An CAEW f Gl 47 mit Mapw AEW Massenstrom kg a Di arw f Feststoffmassenstrom im AEW kg a Aen Hoi Wasser im AEW kg a Meron Fe OH 3 M
248. rdnet 4 2 Teilsystem bergbauliche Gewinnung Die Hauptprozesse im Tagebaubetrieb werden in Kapitel 3 4 beschrieben Auf Grund ihrer Bedeutung f r den Betrieb eines Braunkohlentagebaus werden in dieser Arbeit folgende Subsysteme des Teilsystems 01 bergbauliche Gewinnung untersucht und beschrieben 01 03 Abbau Gewinnung 01 04 F rderung 01 09 Verkippen Verladen 01 10 Wasserwirtschaft und 01 16 Betrieb der Gesamtanlage 4 3 Teilsystem Verstromung Die Hauptprozesse der Verstromung von Braunkohle werden in Kapitel 3 6 beschrieben In die systemanalytischen Betrachtungen werden dabei auch Prozesse und Verfahren einbezogen die bei der Entwicklung neuer Braunkohlenkraftwerke eine Rolle spielen zurzeit aber noch keine gro technische Anwendung finden F r das Teilsystem 03 Verstromung werden insgesamt 14 Subsysteme erster Ordnung definiert 37 03 01 Bekohlung 03 02 Brennstoffaufbereitung 03 03 Vergasung 03 04 Feuerung 03 05 Dampferzeugung 03 06 Energieumwandlung in der Turbogruppe 03 07 Kondensation R ckk hlung 03 08 Rauchgasreinigung 03 09 CO2 Abscheiden und Verdichten 03 10 Wasserwirtschaft 03 11 Bereitstellen von Elektroenergie 03 12 Lagern Bevorraten Verladen 03 13 Reparatur Instandhaltung und 03 14 Betrieb der Gesamtanlage Die detaillierte bersicht ber die einzelnen S
249. re energien de inhalt 38826 abgerufen am 12 07 2007 Fischedick M Giinster W Fahlenkamp H Meier H J Neumann F Oeljeklaus G Rode H Schimkat A Beigel J Sch wer D CO2 Abtrennung im Kraftwerk Ist eine Nachriistung fiir bestehende Anlagen sinnvoll In VGB PowerTech 86 2006 4 S 108 117 Fischer H Wucherer Ch Wagner B Burschel C Umweltkostenmanagement Kosten senken durch praxiserprobtes Umweltcontrolling M nchen Wien Hanser 1997 151 Frenz W Bestandsschutz im Emissionshandel In Frenz W Hrsg Bergbauliche Abfalle und Emissionshandel Clausthal Zellerfeld GDMB 2007 S 117 130 Frischknecht R Jungbluth N Eds ecoinvent report No 1 Overview and Methodology Data v1 1 Duebendorf 2004 http www ecoinvent org fileadmin documents en 01_OverviewAndMethodology pdf abgerufen am 17 07 2007 Frischknecht R Hrsg Okoinventare fiir Energiesysteme Grundlagen fiir den Vergleich von Energiesystemen und den Einbezug von Energiesystemen in Okobilanzen fiir die Schweiz Teil I 2 Aufl Z rich 1995 S 17 20 Fritsche U R Leuchtner J Matthes F C Rausch L Simon K H Umweltanalyse von Energie Transport und Stoffsystemen Gesamt Emissions Modell integrierter Systeme GEMIS Version 2 1 erweiterter und aktualisierter Endbericht Darmstadt Freiburg Berlin Kassel 1994 http
250. reren Ger teketten mit kontinuierlich arbeitenden Ger ten und F rdermitteln verstanden Im Lockergestein kommen v a kontinuierlich arbeitende Mehrgef bagger wie Schaufelrad und Eimerkettenbagger zum Einsatz Die kontinuierliche F rderung wird ber Bandanlagen realisiert Zur kontinuierlichen Verkippung werden Bandverkippungsger te wie z B Band wagen Bandabsetzer oder F rderbr cken eingesetzt Strzodka u a 1979 Niemann Delius amp Stoll 2009 In Deutschland werden haupts chlich zwei Systeme kontinuierlicher Tagebautechnik eingesetzt die in den folgenden Kapiteln kurz vorgestellt werden 29 3 3 2 Bagger Band Absetzer Systeme Aus den Ablagerungsverh ltnissen ergeben sich vor Ort die Einsatzm glichkeiten fiir die Gewinnungsger te und F rdertechnologien Bagger Band Absetzer Systeme sind hinsichtlich der Ablagerungsbedingungen flexibel und k nnen an Unregelm igkeiten im Fl z angepasst werden Einschr nkungen ergeben sich durch die Grabkr fte des Baggers und die St ckigkeit des F rdergutes hinsichtlich der Bandf rderung Schlechtere Bedingungen sind beherrschbar f hren jedoch zur Verminderung der Effektivit t Die kontinuierliche Gewinnung erfolgt meist durch Schaufelradbagger mit Beladewagen Schaufelradbagger k nnen bestimmte Schichten selektiv gewinnen die dann z B f r einen gezielten Kippenaufbau verwendet werden k nnen Die F rderung Gurtf rderung ist strossengebunden Zur Verkippung werden Bandab
251. rfeuerte Rohbraunkohle t Unter Ber cksichtigung des Energieverbrauchs durch den Tagebaubetrieb und die konven tionelle Grubenwasserreinigung betr gt der Netto Wirkungsgrad f r das Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle ohne CO2 Abscheiden und Verdichten 7 Netto 1 34 7 Abbildung 40 zeigt die Inputs und die nicht intendierten Outputs an den beiden Teilsystemen 01 bergbauliche Gewinnung und 03 Verstromung die mit dem entwickelten Modell f r das Gesamtsystem der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle von 1t Rohbraunkohle im Fallbeispiel 2 unter Ber cksichtigung der Abscheidung und Verdichtung von CO berechnet wurden Aus Abbildung 40 wird ersichtlich dass bei der Verstromung von 1t Rohbraunkohle und 90 iger Abscheidung von CO aus dem Reingasstrom ca 889 kg CO anfallen Der Wirkungs grad des Kraftwerks 7xw ist in Fallbeispiel 2 kleiner als in Fallbeispiel 1 weil f r eine verbesserte Abscheidung von SO in Fallbeispiel 2 ein h herer Eigenenergieverbrauch entsteht F r die Abscheidung und Verdichtung des CO ist zus tzlich ein gro er Energieaufwand notwendig 348 6 kWh t Rohbraunkohle Insgesamt k nnen mit dem Gesamtsystem der Gewinnung und Verstromung von 1 t Rohbraunkohle im Fallbeispiel 2 lediglich 473 7 kWh an elektrischer Energie Eg 2 bereitgestellt werden Unter Ber cksichtigung des Energiebedarfs f r den Tagebaubetrieb inklusive der Grubenwasserreinigung und des Energiebedarfs f
252. rieb Kapitel 5 2 berechnet und die nicht intendierten Outputs angegeben 6 1 1 Allgemeine Beschreibung Die Nutzungsdauer des hier beispielhaft betrachteten Braunkohlentagebaus mit Direkt Versturz System betr gt 45 Jahre Abgebaut wird ein 10 bis 12 m m chtiges Fl z das mit Sand Kies Schluff und Ton berdeckt ist Die M chtigkeit des Deckgebirges betr gt ca 70 m Im Br cken betrieb arbeitet eine Abraumf rderbr cke mit drei angeschlossenen Eimerkettenbaggern die das Deckgebirge bis zu einer M chtigkeit von ca 60 m in einem Arbeitsgang abtragen Der Abraum wird ca 600 m ber den offenen Tagebau transportiert und auf der Kippenseite verst rzt Ein Schaufelradbagger gewinnt der F rderbr cke voraus das Deckgebirge bis zu einer M chtigkeit von ca 10m im Vorschnitt ber eine Bandanlage wird der Abraum zur Kippenseite des Tagebaus gef rdert und dort mit einem Bandabsetzer verkippt Dabei wird die Kippe der Abraumf rderbr cke berzogen Drei Schaufelradbagger und zwei Eimerkettenbagger gewin nen im Grubenbetrieb die Rohbraunkohle Die Braunkohle wird von den Baggern bzw in Kombination mit drei Bandwagen auf eine Bandanlage geladen mit der sie zur Verladeanlage gef rdert wird Hier wird die Rohbraunkohle in Kohlez ge verladen und ber eine Entfernung von ca 7 5 km zum Kraftwerk transportiert Schroeckh 2007 Klocek 2009 Der Bezugszeitraum f r die Berechnung der nicht intendierten Outputs im Regelbetrieb eines Braunkoh
253. rientierte Klassifizierung o nach UBA Methode entwickelt am deutschen Umweltbundesamt o nach CML Methode entwickelt am niederl ndischen Centrum voor Milieukunde in Leiden oder o nach dem schadensorientierten Ansatz zur Berechnung des Eco Indicator 99 e die Berechnung von MIPS Massenintensit t bzw Material Input pro Serviceeinheit e die Berechnung des KEA kumulierten Energieaufwandes e die am Institut f r kologische Wirtschaftsforschung IOW entwickelten ABC Methode sowie e die Kategorisierung der Stoff und Energiestr me in Gut bel und Neutrum Die Methoden der kologischen Knappheit und der kritischen Belastungen wurden in der Schweiz entwickelt und zuerst angewendet so dass sie auch als die Schweizer Methoden bezeichnet werden R diger 2000 Die Methode der kologischen Knappheit geht auf den Ansatz der kologischen Buchhaltung von M ller Wenk 1978 zur ck Diesem Ansatz liegt die Annahme zu Grunde dass Umwelteinwirkungen die knappen Kapazit ten der nat rlichen Umwelt beanspruchen Die Methode der kologischen Knappheit basiert auf einer Absch tzung der Abweichung der tats chlichen Emissionen oder Verbrauche in Form von Stoff und Energiestr men vom kritischen Fluss bzw Strom Distance to target Ansatz Unter dem kritischen Fluss bzw Strom wird dabei die unter kologischen Gesichtspunkten gerade noch tolerierbare Belastungsfracht verstanden Durch Addition der mittels
254. rkungsgrad der Pumpe 7swp wird der Verlust W rmestrom berechnet der als nicht intendierter Output abgegeben wird Gl 103 Mw h y swP oe Psw swP m Gl 102 Ex swp z swe Onis 1 Nswp p swp Gl 103 mit E E SWP Hilfsenergie f r den Betrieb der Speisewasserpumpe kJ a KWh a v SWP Verlust W rmestrom der Speisewasserpumpe kJ a Newp Wirkungsgrad der Speisewasserpumpe Mow Speisewasser Massenstrom kg a My Myp Dem emp Out Speisewasserenthalpie nach Speisewasserpumpe kJ kg hsw swP m Speisewasserenthalpie vor Speisewasserpumpe kJ kg Im Economizer wird das Speisewasser vorgew rmt bevor es in den Verdampfer gelangt Wenn Rauchgas und Flugasche den Economizer verlassen m ssen sie eine Mindestenthalpie und eine Mindesttemperatur haben damit die Schwefelverbindungen nicht auskondensieren Bis auf diese Temperatur werden Rauchgas und Flugasche im Economizer abgek hlt Mit der frei werdenden W rmemenge wird das Speisewasser vorgew rmt Die nach dem Economizer im Rauchgas noch enthaltene Nutzw rme wird nach Gl 104 berechnet Sie wird zur Vorw rmung der Verbrennungsluft genutzt Der Enthalpiestrom der Flugasche wird nach Gl 105 berechnet Vom Economizer wird ebenfalls ein Verlust W rmestrom als nicht intendierter Output abgegeben der mit Hilfe des definierten Wirkungsgrades 7z co in Gl 106 berechnet wird i are On Eco 0u Qy z ou 4 AH FA insg Neco Psw Seu oe Hau Se
255. rnationales Umweltabkommen der die Stabilisierung der Konzen tration an Treibhausgasen in der Atmosph re zum Ziel hat Sie bildet den Rahmen f r Klimaschutz Verhandlungen die jeweils als Vertragsstaatenkonferenz Weltklimagipfel statt 49 finden Die bekannteste dieser Konferenzen fand 1997 im japanischen Kyoto statt und erarbeitete das Kyoto Protokoll Zusatzprotokoll der UN Klimarahmenkonvention Damit wurden v lkerrechtlich verbindlich f r 39 Industriel nder Reduktions und Stabilisierungs verpflichtungen f r das Emittieren von sechs Treibhausgasen festgelegt f r Kohlendioxid CO2 Methan CH4 Distickstoffoxid N20 perfluorierte Kohlenwasserstoffe FKW teilfluorierte Kohlenwasserstoffe H FKW sowie Schwefelhexafluorid SF Das Kyoto Protokoll trat 2005 in Kraft und enth lt Regelungen f r Instrumente und Mechanismen mit denen die Industriel nder ihre Verpflichtungen erf llen k nnen die aber auch von Privaten genutzt werden k nnen Dazu geh ren der internationale Handel mit Emissionszertifikaten International Emissions Trading zwischen Staaten die Gemeinsame Projektumsetzung Joint Implementation JI und der Mechanismus f r umweltvertr gliche Entwicklung Clean Development Mechanism CDM Beim CDM engagiert sich ein Industrie land in einem Land ohne Emissions Cap Dazu geh ren vorwiegend die Entwicklungsl nder die auf nationaler Ebene keine Verpflichtungen eingegangen sind eine Emissions Obergrenze nicht
256. rnommen mit z pr 0 112 kWh kg CO Voraussetzung f r die effektive CO2 Abscheidung ist die nahezu vollst ndige Entfernung von SO aus dem Rauchgasstrom da das SO mit MEA reagiert Deshalb wird im Fall der nachfolgenden CO2 Abscheidung ein SO2 Abscheidegrad z von 0 995 in der REA ange nommen Dies f hrt zu einem erh hten Energiebedarf in der REA gegen ber dem Kraftwerksbetrieb ohne CO gt Abscheidung 6 4 3 Ergebnisse Die f r das Abscheiden und Verdichten des CO aus dem Reingasstrom berechneten Ergebnisse sind in Tabelle 21 zusammengefasst 140 Tabelle 21 Inputs und Outputs fiir den Kraftwerksbetrieb mit Beriicksichtigung des Abscheidens und Verdichtens von CO2 Inputs Outputs Wer 12 480 215 MWh a 44 928 773 240 MJ a Nicht intendierte Outputs Pass 3 697 341 MWh a tco AB 13 204 790 t a 13 310 427 875 MJ a Evir 1 478 936 MWh a Manton 19 807 t a 5 324 171 150 MJ a E k 1 708 886 MWh a Me 61 390 907 t a 6 151 991 367 MJ a Vids 116 241 m3 a Aen 1 467 199 t a My REA 224 620 t a TEEN 1 038 t a Hie REA 322 892 t a Mcas0 x2H 0 555 374 t a Mimra m 19 807 t a 0 13 618 290 464 MJ a Tico REG 14 671 988 t a Wenn das CO mittels Aminw sche aus dem Reingas abgeschieden werden soll muss zuvor die Rauchgasentschwefelung verbessert werden da das SO irreversibel mit Monoethanolamin MEA reagiert Die Zusammensetzung des Reingases nach der REA unterscheidet sich deshalb von der in Kapitel 6 3 ber
257. ro ger ten bergabestellen Antriebsstationen Bandanlagen und Wegen z B Spr hmasten und Nebelkanonen Abdecken gro er Fl chen mit Rindenmulch Zwischenbegr nung der Abraumf rderbr ckenkippen rasche Aufforstung Kippen und Randfl chen bzw von Fl chen vor Ortschaften Abbaubegleitende Rekultivierung Stabilisieren Sichern von B schungen Aufbringen n hrstoffreichen Bodens Planieren von Kippen Verfestigen von Kippen Erschlie ung rekultivierter Fl chen z B Anlegen von Wirtschaftswegen Gr ben zur Oberfl chenentw sserung Anlegen von Sonderfl chen Landschaftsgestaltung Auslauf Rekultivierung 181 01 16 01 16 01 01 16 02 01 16 03 01 16 04 01 16 04 02 03 03 01 03 01 01 03 01 02 03 01 03 03 02 03 02 01 03 02 02 03 02 02 01 03 02 02 02 03 02 03 03 02 03 01 03 02 03 02 03 02 03 03 03 02 03 04 03 02 03 05 03 02 03 06 03 03 03 03 01 03 03 02 03 03 02 01 03 03 03 03 03 03 01 03 03 03 02 03 03 03 03 03 03 03 03 03 03 01 03 03 03 02 03 03 03 03 03 03 03 04 03 03 04 03 03 05 03 04 03 04 01 03 04 01 01 03 04 01 02 03 04 01 03 03 04 01 04 03 04 01 05 03 04 01 06 182 Betrieb der Gesamtanlage Betrieb von Hilfsger ten und Fahrzeugen Betrieb der Stromversorgungsanlagen Unterhaltung der Tagesanlagen Durchf hren von Ma nahmen zum Gesundheits Arbeits und Brandschutz Sichern der Tagesanlagen und des gesamten Tagebaus Aufbereitung Verstromung Bekohlung Anlieferun
258. rom der vorgew rmten Verbrennungsluft Gl 84 kJ a Dun Wirkungsgrad des Luftvorw rmers 99 5 4 2 5 Dampferzeugung Das Subsystem zweiter Ordnung 03 05 01 W rmeaustausch geh rt zum Subsystem erster Ordnung 03 05 Dampferzeugung Hier werden die drei Elemente untersucht die in Abbildung 32 dargestellt sind 03 05 Dampferzeugung 03 05 01 W rmeaustausch 03 05 01 01 Verdampfen 03 05 01 02 berhitzen 03 05 01 03 Zwischen berhitzen Abbildung 32 Gliederung des Subsystems 03 05 Dampferzeugung Der W rmeaustausch bei der Dampferzeugung Speisewasser Dampf Kreislauf wird in drei Transitionen beschrieben vergleiche Abbildung 31 Zur Berechnung der Energie und Stoffstr me bei der Dampferzeugung werden die folgenden spezifischen Enthalpien von Dampf und Speisewasserzust nden verwendet e NswECco n spezifische Speisewasserenthalpie vor dem Economizer kJ kg hsw Eco m hsw swe Out e hswvD in spezifische Speisewasserenthalpie vor dem Verdampfer kJ kg hsw vp in hsw EC0 0ur hwp t n spezifische Dampfenthalpie vor dem Uberhitzer kJ kg Dun pn hwo vD 0ut e Bun p Out spezifische Dampfenthalpie nach dem Uberhitzer Frischdampf kJ kg hwoztim spezifische Dampfenthalpie vor dem Zwischen berhitzer kJ kg und hwp zD Out spezifische Dampfenthalpie nach dem Zwischen berhitzer kJ kg Der Rauchgas Massenstrom und der Dampf bzw
259. rweiterung der konventionellen Grubenwasserreinigung um die mikrobiologische Umwandlung von Eisen II zu Eisen und Druckbel ftung kann der Gesamtkalkbedarf gegen ber einer ausschlie lich Konventionellen Grubenwasserreinigung insgesamt reduziert werden wie z B bei dem hier berechneten Fallbeispiel durch Einsatz der Druckbel ftung zur Entfernung von 25 der bersch ssigen Kohlens ure und einer mikrobiologischen Umwandlung von 50 des im Grubenwasser gel sten Eisen II auf insgesamt ca 96 Unter den Voraussetzungen kann der j hrlich abgegebene Reinwasser Volumenstrom um fast 750 000 m erh ht und seine Qualit t verbessert werden Ein weiterer Vorteil den die mikrobiologische Umwandlung von Eisen Il zu Eisen III mit sich bringt ist ein geringerer Luft und Energiebedarf f r die chemische Oxidation des restlichen Eisen I 130 6 3 Verstromung in einem konventionellen Dampfkraftwerk In diesem Kapitel werden die nicht intendierten Outputs beim Betrieb eines konventionellen Dampfkraftwerks auf Braunkohlenbasis mit dem in Kapitel 5 4 entwickelten Stoff und Energiestrommodell berechnet Fiir die dazu notwendigen Angaben und Modellparameter werden entsprechende Zahlenwerte angegeben 6 3 1 Allgemeine Beschreibung Der beispielhaften Berechnung der nicht intendierten Outputs im Kraftwerksbetrieb wird ein konventionelles Braunkohlenkraftwerk mit unterkritischen Dampfzust nden in drei 500 MW Bl cken mit Entstaubung und Rauchgasentschw
260. s auszu gleichen Mit Hilfe der Datenausgleichsrechnung werden also aus lokal bekannten Stoff und Energiestromangaben f r Transitionen Prozesse und Stellen Lager lokal unbekannte Gr en bestimmt Diese dienen der Berechnung weiterer Stoff und Energiestr me Im Idealfall kann das gesamt Netz sukzessive berechnet werden Dabei muss nicht festgelegt werden ob in oder gegen die Stromrichtung gerechnet werden soll Die bekannten Gr en k nnen verstreut im Netz vorliegen Durch den iterativen und sequentiellen Berechnungsalgorithmus werden nacheinander alle Netzbereiche berechnet bis das gesamte Netz bestimmt ist Um sicher zu gehen dass die Daten f r ein Stoff und Energiestromnetz vollst ndig richtig berechnet werden wird die Konsistenz des Netzes st ndig berpr ft Konsistenzpr fung und auf Inkonsistenzen hingewiesen Umberto bietet au erdem M glichkeiten zur Leistungs verrechnung f r eine stoff und energiestrombezogene Kostenrechnung und zur Auswertung der berechneten Ergebnisse an M ller 1997 M ller 2000 Schmidt amp Keil 2002 5 1 4 Pr sentation der Ergebnisse Die Ergebnisse der in den vorangegangenen Kapiteln erl uterten Modellbildungs Datenerhebungs und Berechnungsprozesse lassen sich in Bilanzen zusammenfassen und als Stoff und Energie strom bilanzen darstellen Die Bilanzgrenzen k nnen dabei in Umberto innerhalb des Systems beliebig gew hlt werden M ller amp Rolf 1995 Im einfachsten Fa
261. schaft in der Umgebung Ihre Reichweite h ngt ab von den Str mungseigenschaften des Grundwassers den Gebirgseigenschaften der Ausf hrung der Filterbrunnen und der installierten Pumpenleistung Um die Beeinflussung der Grundwasser verh ltnisse einzuschr nken und die Wasserhebung zu reduzieren werden mancherorts Dicht w nde an der Tagebaugrenze gebaut Die W sser die mit den Filterbrunnen gefasst werden werden von den einzelnen Brunnen ber Stich und Sammelleitungen den Hauptableitern Druckrohrleitungssysteme oder offene Gr ben zugef hrt Neben der Filterbrunnenentw sserung muss zur Gew hrleistung eines sicheren Tagebaubetriebs eine Oberfl chenentw sserung erfolgen Zum Oberfl chenwasser geh ren Niederschlagswasser macht den gr ten Anteil aus Restwasser tritt aus den Gewinnungsb schungen aus Regenerationswasser tritt infolge von Versickerung und Grundwasserwiederanstieg am Kippenfu aus auch Kippengrundwasser und Wasser das z B bei Immissionsschutz ma nahmen anf llt Meist wird das anfallende Oberfl chenwasser mit Hilfe von Graben systemen gefasst im freien Gef lle einem Becken Wasserhaltung zugef hrt und gesammelt um von dort aus mit Hilfe von Pumpen und Rohrleitungen abgef hrt zu werden Bertrams amp Witzel 2009 Durch die Absenkung des Grundwassers bei Gewinnung F rderung und Verkippung des Abraums kommt es zum Kontakt der im Nebengestein der Braunkohle enthaltenen Sulfid minerale mit L
262. sche Relevanz der ermittelten nicht intendierten Outputs k nnen ebenfalls nur innerhalb dieser Randbedingungen bewertet werden In Abbildung 6 ist der Algorithmus zur Beurteilung nicht intendierter Outputs dargestellt Wie aus Abbildung 6 ersichtlich wird steht die Beurteilung der nicht intendierten Outputs anhand von Kosten und Erl sen im Vordergrund externe kolo gische und soziale Kosten werden nicht einbezogen Quelle Prozess icht intendierter Output Stoff oder Energie Ma nahmen Erfassen und Entsorgen wee eee ee ee ee ee rm gt Optimieren Ma nahmen Ma nahmen Vermeiden Erfassen und Nutzen A E K E gt K A gt 0 Abbildung 6 Beurteilung der nicht intendierten Outputs Bielig et al 2007 Dabei k nnen drei F lle unterschieden werden e Fall 1 A gt 0 Es ist ein konomischer Nutzen des nicht intendierten Outputs gegeben e Fall 2 Ay 0 Ein konomischer Nutzen ist zwar nicht unmittelbar gegeben kann aber z B tiber ein Vorbeugen gegen Folgekosten quantifiziert werden e Fall 3 Ax lt 0 Ein konomischer Nutzen des nicht intendierten Outputs ist nicht fest stellbar Der besondere Anspruch der Methodik zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs besteht in der prozessgenauen Zuordnung der freigesetzten Stoff und Energiestr me Die Griinde bzw Bedingungen die zu ihrer Entstehung fiihren sollen aufgedeckt werden Zur Auswertung werden charakteristische Kennzahlen berechnet D
263. sche NO Bildung e Brennstoff NO Bildung und e prompte NO Bildung Bei den Temperaturen die in Braunkohlen Staubfeuerungen herrschen bilden sich Stickoxide NO vorwiegend aus dem im Brennstoff gebundenen Stickstoff Durch eine entsprechende Verbrennungsf hrung z B Luft und Brennstoffstufung kann die Bildung von Brennstoff NO weitgehend vermieden werden Thermische und prompte NO Bildung haben hier eine untergeordnete Bedeutung Die stark schwankenden Aschemengen werden zu 10 bis 20 im Feuerraum abgeschieden 80 bis 90 werden als Flugasche mit dem Rauchgas ausgetragen Zur Abscheidung der Flugasche aus dem Rauchgasstrom werden fast ausschlie lich elektrostatische Staubabscheider eingesetzt wie sie Abbildung 19 schematisch zeigt 44 4 r Reingas Reingas a 2 1 Spr hdraht 2 Niederschlagselektrode 3 Hochspannungsaggregat 4 Isolator 5 Belastungsgewicht 6 Spr hrahmen Staub Rauchgas Abbildung 19 Schema eines Rohr und eines Plattenelektrofilters Schaefer 1995 Zwischen den Elektroden der Elektrofilter liegt Gleichspannung zwischen 40 und 100 kV an Die Flugasche Partikel werden in dem elektrischen Feld aufgeladen und an der Niederschlags elektrode abgeschieden Nach Verlassen des Elektrofilters wird das Rauchgas abgek hlt und der Rauchgasentschwefelungsanlage REA zugef hrt Abbildung 20 zeigt das Schema einer REA Reingas Se Kalkstein gt suspension Abwasser Abbildu
264. sche und sicherheitliche Unterlagen UnterlagenBergV und e Bergverordnung ber Einwirkungsbereiche EinwirkungsBergV Schmidt 2009 Energiewirtschaftsrecht Die EU Beschleunigungsrichtlinie zur weiteren Liberalisierung der Energiem rkte wird in Deutschland durch das Gesetz ber die Elektrizit ts und Gasversorgung Energiewirtschaftsgesetz EnWG und das Gesetz ber die Bundesnetzagentur f r Elektrizit t Gas Telekommunikation Post und Eisenbahnen BEGTPG umgesetzt Die EU Richtlinie ber Rahmenvorschriften zur Besteuerung von Energieerzeugnissen wird in Deutschland durch das Energiesteuergesetz EnergieStG und das Stromsteuergesetz StromStG und die Verord 53 nungen zu ihrer Durchfiihrung EnergieStV und StromStV umgesetzt Der Zweck des Gesetzes f r die Erhaltung die Modernisierung und den Ausbau der Kraft W rme Kopplung KWKG von 2002 ist es durch verst rkte Nutzung der Kraft W rme Kopplung eine Minderung der CO3 Emissionen um bis zu 23Mio t bis 2010 im Vergleich zu 1998 zu erzielen Die Konzessionsabgabenverordnung KAV legt Entgelte f r die Einr umung des Rechts zur Verlegung und zum Betrieb von Leitungen zur unmittelbaren Versorgung von bestimmten Letztverbrauchern mit Strom und Gas im Gemeindegebiet fest Konstantin 2007 Mit dem Treibhausgas Emissionshandelsgesetz TEHG wird die EU Emissionshandels richtlinie in Deutschland umgesetzt Das TEHG legt das System des Emissionshandels in Deutschland fest Im
265. schliche Eingriffe umfasst Unvermeidbare Beeintr chtigungen von Natur und Landschaft durch den Bergbau sind gem 2 Abs 1 Nr 7 Bundesnaturschutzgesetz BNatSchG insbesondere durch F rderung nat rlicher Sukzession Renaturierung naturnahe Gestaltung Wiedernutzbarmachung oder Rekultivierung auszugleichen oder zu mindern In 19 BNatSchG sind die Pflichten des Verursachers von Eingriffen in Natur und Landschaft definiert Demnach sind unvermeidbare Beeintr chtigungen vorrangig auszugleichen Ausgleichsma nahmen oder zu kompensieren Ersatzma nahmen Ausgeglichen ist eine Beeintr chtigung wenn und sobald die beeintr chtigten Funktionen des Naturhaushalts wieder hergestellt sind und das Landschaftsbild landschaftsgerecht wieder hergestellt oder neu gestaltet ist In sonstiger Weise kompensiert ist eine Beeintr chtigung wenn und sobald die beeintr chtigten Funktionen des Naturhaushalts in gleichwertiger Weise ersetzt sind oder das Landschaftsbild landschaftsgerecht neu gestaltet ist 19 Abs 2 BNatSchG Auch die materiellen Ma st be des Bundes Bodenschutzgesetzes BBodSchG und der Bundes Bodenschutz und Altlastenverordnung BBodSchV sind im Rahmen bergbaulicher Zulassungsverfahren inhaltlich voll anwendbar Dies gilt auch beim Einbau von Bodenmaterial Bergbeh rden haben Sonderzust ndigkeiten und k nnen auch Genehmigungsverfahren au erhalb des Bergrechts bearbeiten z B als Sonderwasserbeh rde die Benutzung von Ge
266. setzer eingesetzt Die Material bergabe auf den Absetzer erfolgt durch Bandschleifenwagen Diese Ger te sind ber station re und oder r ckbare Bandanlagen miteinander verbunden Sowohl Abraum als auch Kohle werden so abgebaut zu Bandsammelpunkten gef rdert und vor dort aus den Absetzern bzw Kohlelagerpl tzen oder bunkern zugef hrt Die Kippe kann ohne ger te technische Einschr nkungen gestaltet werden Abbildung 11 zeigt schematisch die Betriebsvariante eines Braunkohlentagebaus mit Bagger Band Absetzer System Strossenf rderung wie sie z B im Rheinland angewendet wird Niemann Delius amp Stoll 2009 Braunkohle VVV Abbaugrenze Abbildung 11 Bagger Band Absetzer System DEBRIV 2010 30 3 333 Direkt Versturz Systeme Abraumforderbriicken sind Ger teverb nde mit meist mehreren Eimerkettenbaggern zur Gewinnung des Abraums und einer Bandbr cke Sie k nnen als Direkt Versturz Systeme nur bei sehr gleichm igen und ruhigen Ablagerungen eingesetzt werden Eine Anpassung an ung nstige geologische Gegebenheiten ist nur innerhalb enger Grenzen m glich Auch eine selektive Gewinnung unterschiedlicher Schichten ist nur begrenzt m glich In der Lausitz erf llen ebene ungest rte Ablagerungen der Kohlefl ze und Deckgebirgsschichten mit relativ geringer M chtigkeit und gro er Ausdehnung die Voraussetzungen f r den Einsatz dieser Betriebsvariante Dabei sind die Gewinnungsger te direkt mit dem Verkippungsger t verb
267. sgrad des Zwischentiberhitzers 5 4 2 6 Speisewasservorw rmung Das Subsystem zweiter Ordnung 03 05 02 Speisewasservorw rmung geh rt ebenfalls zum Subsystem erster Ordnung 03 05 Dampferzeugung und umfasst zwei Elemente wie in Abbildung 33 dargestellt ist Zwei Transitionen dienen der Berechnung der Verdichtung und Vorw rmung des Speisewassers vergleiche Abbildung 31 03 05 Dampferzeugung 03 05 02 Speisewasservorw rmung 03 05 02 01 Druckerh hung mit Speisewasserpumpe 03 05 02 02 Speisewasser vorw rmung im Economizer Abbildung 33 Gliederung des Subsystems 03 05 Dampferzeugung F r die Berechnung der Energie und Stoffstr me bei der Speisewasservorw rmung werden die spezifischen Enthalpien der beiden Speisewasserzust nde verwendet hsw sWP in Speisewasserenthalpie vor der Speisewasserpumpe kJ kg hsw swp m Msw xo ou und hsw swP Out Speisewasserenthalpie nach der Speisewasserpumpe kJ kg hsw swp ow hsw Eco m Mit Hilfe der Speisewasserpumpe wird das Speisewasser nach der Kondensation wieder auf den Betriebsdruck der Dampferzeugung gebracht isentrope Verdichtung und zur Dampferzeugung gef rdert Im Modell wird der Pumpe die dazu ben tigte Energie vom Generator des Kraftwerks aus als elektrische Hilfsenergie zur Verf gung gestellt vergleiche Kapitel 5 4 2 7 Sie wird 103 nach Gl 102 berechnet ber den elektrischen Wi
268. software Die Modellierungssoftware Umberto beinhaltet nicht nur die Abbildung und Berechnung von Stoff und Energiestromsystemen sondern erm glicht auch eine Kostenrechnung sowie verschiedene Auswertungen sowohl unter kologischen als auch unter konomischen Aspekten Dazu wurden Ans tze aus verschiedenen Fachdisziplinen zusammengef hrt Die mathematische Beschreibung der einzelnen Umwandlungs und Produktionsprozesse d h die Prozess modellierung stellt eine Aufgabe f r Natur und Ingenieurwissenschaften dar Die Visuali sierung des Netzes und die Algorithmen zur Berechnung unbekannter Gr en stammen aus der theoretischen Informatik und basieren auf dem Formalismus so genannter Petri Netze Der Begriff der Petri Netze umfasst eine Klasse von Methoden die in der Informatik zur Modellierung und Simulation diskreter Systeme angewendet werden Sie dienen u a der Abbildung von zeitlich parallelen Abl ufen und der Synchronisation von Ereignissen Die Modellierung und Berechnung von Stoff und Energiestromnetzen stellen einen Konkreten Anwendungsfall des Petri Netz Konzeptes dar der auf einer statischen Netzstruktur und einer kombinierten Strom und Bestandsrechnung basiert Reinecke 1997 M ller 2000 Schmidt amp Keil 2002 Grundlagen und Anwendungen der Petri Netze werden beispielsweise von Reisig 1986 Starke 1990 und Baumgarten 1996 erl utert Den Einsatz von Petri Netzen in der Ver fahrenstechnik zur Modellierung und
269. ssenstr me f r Eisen I Eisen III Sulfat Kalzium und Kohlens ure als Inhaltsstoffe im Grubenwasser berechnet gwk Con a Vow Gl 22 mit maw Komponenten Massenstrom im Grubenwasser kg a Cow x Konzentration einer Komponente im Grubenwasser kg m Vow Grubenwasser Volumenstrom m a Liegt Kohlens ure H2CO3 ungebunden als H2O und CO vor kann CO ausgasen F r die Berechnung des Subsystems 01 10 05 Druckbel ftung kann der Anteil an H CO3 angegeben werden der z B bei der F rderung des Grubenwassers vom Tagebau zur Grubenwasser reinigungsanlage GWRA nicht intendiert als CO2 ausgast bzw durch Druckbel ftung im Einlaufbereich einer GWRA ausgetrieben wird Durch diese physikalische Ents uerung kann der Verbrauch an Kalk bei der chemischen Ents uerung Neutralisation gesenkt werden Janneck et al 2007 Der als nicht intendierter Output freigesetzte CO2 Massenstrom wird nach Gl 23 berechnet in Abh ngigkeit eines gew hlten Anteils an Kohlens ure der ausgast und des Koeffizienten f r den st chiometrischen Stoffumsatz Mco DB Tn co p co n co Hem Ae Gl 23 mit co Dp Massenstrom ausgasender Kohlens ure kg a Tac DB Anteil der Kohlens ure der ausgast Ee pips st chiometrischer Umsatz Koeffizient von HzCO3 zu CO kg kg 2 2 3 Mow 8 co Komponenten Massenstrom an Kohlens ure im Grubenwasser kg a Durch das Austreiben der freien Kohlens ure steigt der pH Wert des Grubenwassers a
270. t Enthalpiestrom der Flugasche nach Verdampfen kJ a AH en Enthalpiestrom der Flugasche nach berhitzen kJ a Ov Verlust W rmestrom aus dem Uberhitzer kJ a K Wirkungsgrad des Uberhitzers Nach Verdampfen und Uberhitzen wird der Dampf in der Hochdruckturbine entspannt Danach gelangt er zur Zwischen berhitzung In der Zwischen berhitzung wird der Dampf wieder erhitzt Die nach der Zwischen berhitzung noch zur Verf gung stehende nutzbare W rme menge im Rauchgasstrom wird nach Gl 99 berechnet der Enthalpiestrom der Flugasche nach Gl 100 F r den Zwischen berhitzer wird der Wirkungsgrad usech definiert mit dem ein Verlust W rmestrom als nicht intendierter Output in Gl 101 berechnet wird Gl 99 On 20 out Qn ou qt inse z 7 hwy 70 ou u hyp z m Myp 102 1 AH z Ou AH o Out neg Gl 100 I Qy z QN Ou Traing 1 Nz Gl 101 mit O oa nutzbarer W rmestrom nach Zwischen berhitzen kJ a y o oi nutzbarer W rmestrom nach berhitzen Gl 98 kJ a Myp Dampf Massenstrom kg a hwD Sp out spezifische Dampfenthalpie nach Zwischen berhitzen kJ kg hwp zt n spezifische Dampfenthalpie vor Zwischentiberhitzen kJ kg hyp z m Pwo ur ou AH TAU Our Enthalpiestrom der Flugasche nach Uberhitzen kJ a AH FAZU Ow Enthalpiestrom der Flugasche nach Zwischen berhitzen kJ a 0 z Verlust W rmestrom aus dem Zwischeniiberhitzer kJ a Han Wirkung
271. t sees ihnen 41 3 02 EE 42 E SEN Ed EE E sas dacetbedsauelbatacceuscasadeesnscacaedesauel ean cectoncg cane 42 3 6 4 Energieumwandlung in der Turbogruppe n 43 3 6 5 Kondensation und K hlung uursuersseesnnesnnesnnesnnesnnnnnnnnnnnnnnnennnennennnonsnnnnnneenn 43 3 60 06 Rauchgasreimisung ner en eerste DEE ere Eesen 44 ER Ze EE e a EEN TE E EE 46 3 0 8 e a EA e EE 47 3 7 Rechtliche Rahmenbedingungen nuansa 48 3 7 1 Europ ische Gesetzgebung 48 3 7 2 Nationale Gesetzgebung eines een 50 Strukturierung und Abgrenzung des Systems nme 4 1 Gesamtsystem Gewinnung und Verstromung von Braunkohle 57 4 2 Teilsystem bergbauliche Gewinnung n 57 4 3 Teilsystem VerstroImunge a n ec a ER hin 57 4 4 SYSIEMSTENZEN Hrn eet ee AH ida AE BA Hi 58 Systemtechnische Grundlagen und Modellbildung a 5 1 Das Gesamtsystem als Stoff und Energiestromnetz nenn 62 5 1 1 Beschreibung der Modellierungssoftware a sassa 62 5 1 2 Darstellung als Stoff und Energiestromnetz a s 64 5 1 3 Berechnung von Stoff und Energiestromnetzen aaa 65 5 1 4 Pr sentation der Froehutgee a sn l NEEN EREECHEN KEE 66 SO WEE EY 17A E
272. t sich die Datenausgleichsrechnung zur Berechnung unbekannter Stoff und Energiestr me sowie Best nde an Darauf aufbauend k nnen Auswertungsrechnungen wie eine mengenm ige Leistungsverrechnung eine Kostenrechnung sowie Bilanzaufbereitungs und Kennzahlenberechnungen durchgef hrt werden deren Ergebnisse abschlie end dargestellt werden Umberto ist jedoch v a deshalb gut geeignet f r die Abbildung und Berechnung des Gesamtsystems der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle weil die hierarchische Systemstruktur als Stoff und Energiestromnetz abgebildet sowie nach und nach verfeinert und erweitert werden kann und weil zus tzlich Modelle f r die Beschreibung der Stoff und Energiewandlungsprozesse einbezogen werden k nnen 67 5 2 Tagebaubetrieb 5 2 1 Stoff und Energiestromnetz In einem Braunkohlentagebau mit Direkt Versturz System werden in der Praxis drei Betriebsbereiche unterschieden e Vorschnittbetrieb e Br ckenbetrieb und e Grubenbetrieb Zum Freilegen der Kohlefl ze werden Abraumf rderbr cken eingesetzt Briickenbetrieb Als Grube wird der Teil des Tagebaus bezeichnet in dem mittels Schaufelrad und oder Eimer kettenbaggern die Kohle gewonnen und auf Bandanlagen verladen wird Grubenbetrieb Wenn die m gliche Abtragsm chtigkeit der F rderbr cke geringer ist als die M chtigkeit des Deck gebirges oder wenn bestimmte geologische Schichten selektiv gewonnen werden sollen wird ein Vorschnittbetrieb ei
273. te komplexe Prozess Modelle Verwendung finden technische ingenieur wissenschaftliche betriebswirtschaftliche etc Die funktionalen Zusammenh nge zwischen den Input und Output Str men an den Teil und Subsystemen und Elementen werden im einfachsten Fall mit Hilfe von Koeffizienten linear angegeben k nnen aber auch mit komplexen Funktionen in Abh ngigkeit von Prozessparametern beschrieben werden Zus tzlich ist der Zugriff auf externe Daten und Berechnungsalgorithmen m glich Es K nnen auch Subnetze eingef gt werden z B fertige Modelle aus der Umberto Modulbibliothek Trotz umfassender Recherche und Datenerfassung ist es nicht m glich alle Daten die zur vollst ndigen Beschreibung des Stoff und Energiestromsystems notwendig sind z B in Form von Messwerten zu ermitteln Die Datenausgleichsrechnung im Stoff und Energiestromnetz basiert darauf dass aus den im Netz an verschiedenen Stellen vorhandenen Informationen weitere Informationen abgeleitet werden Vorhandene Stoff und Energiestromdaten sind dabei Ausgangspunkt der Berechnungen Die Berechnung einer spezifizierten Transition kann dann 65 erfolgen wenn bestimmte Stoff und Energiestr me in ihrem unmittelbaren Umfeld bekannt sind Die neu berechneten Daten betreffen ausschlie lich das unmittelbare Umfeld der Transition d h Stoff und Energiestr me an den mit ihr verkn pften Verbindungen Der Vorteil dieses Lokalit tsprinzips besteht darin dass sich die Berechnungen
274. te zugeordnet Die Umwandlung in Elektroenergie wird ebenfalls als Subsystem zweiter Ordnung betrachtet 03 06 03 Energie umwandlung im Generator siehe Abbildung 34 03 06 Energieumwandlung in der Turbogruppe 03 06 02 Energieumwandlung in Dampfturbinen 03 06 02 01 Energieumwandlung in der Hochdruckturbine 03 06 02 02 Energieumwandlung in der Mitteldruckturbine 03 06 02 03 Energieumwandlung in der Niederdruckturbine 03 06 03 Energieumwandlung im Generator Abbildung 34 Gliederung des Subsystems 03 06 Zur Berechnung der einzelnen Turbinenstufen werden die spezifischen Enthalpien der jewei ligen Dampfzust nde eingesetzt e Bun prix spezifische Frischdampfenthalpie vor der Hochdruckturbine kJ kg Jun nie hwo 0 0 e hwp HT Out spezifische Dampfenthalpie nach der Hochdruckturbine kJ kg un ur oe hwD z m e hwourm spezifische Dampfenthalpie vor der Mitteldruckturbine kJ kg hwp mT m Bun zt du e hwp MT Out spezifische Dampfenthalpie nach der Mitteldruckturbine kJ kg und hwo mr out mn AT e Bun Nr our spezifische Dampfenthalpie nach der Niederdruckturbine kJ kg Jun vr oa hwo Ko In F r jede Turbinenstufe und fiir den Generator werden Wirkungsgrade definiert Die von der Hochdruckturbine bereitgestellte mechanische Leistung wird nach Gl 107 berechnet und der dabei als nicht intendierter Output abgegebene W rmestrom nach Gl 108 105 Wy
275. ten von Kalkmilch 01 10 12 02 Kalkmilch enth lt als technisches Kalkhydrat ca 85 Ca OH und 15 Wasser Unter dieser Voraus setzung k nnen gem Rkt 17 der Verbrauch an Kalk Gl 38 und der Betriebswasserbedarf Gl 39 f r die Kalkmilchaufbereitung KMA berechnet werden CaO H20 ez Ca OH Rkt 17 Mcao KMA MCa0 GWR Mca OH cao Ca OH GI 38 15 My o eu Mca 0H amp H 0 Ca OH T g5 Coon Gl 39 mit ca0 KMA Kalkbedarf zur Kalkmilchaufbereitung kg a Die en Kalkbedarf der GWR kg a M H o eu Wasserbedarf zur Kalkmilchaufbereitung kg a Acao caon Stochiometrischer CaO Bedarf kg kg Qy 0 caon Stochiometrischer H3O Verbrauch kg kg Aus dem Bedarf an Kalkmilch in 01 10 06 Mikrobiologische Eisen II Umwandlung nach Gl 27 und 01 10 07 Chemische Eisen ID Oxidation durch Neutralisation und Bel ftung nach Gl 30 ergibt sich die Gesamtmenge die in 01 10 12 03 Bevorraten von Kalkmilch in 85 Kalkmilchbecken vorgehalten wird Der Gesamtbedarf an Branntkalk zur Herstellung der Kalkmilch l sst sich nach Gl 40 berechnen Der jeweilige Bedarf f r die Einzelreaktionen wird mit den Gl 41 und Gl 42 berechnet Icao KMA Mcao mu Mcao NB Gl 40 Icao Mu caton MU G cao Ca OH GI 41 Mca0 NB Hien NB cao Ca OH Gl 42 mit ca0 KMA Gesamtbedarf an Branntkalk kg a Hc o MU Bedarf an Branntkalk bei mikrobiologischer Fe2 gt _ Umwandlung kg a M
276. thodik untersucht F r zwei Fallbeispiele werden die nicht intendierten Outputs die bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle entstehen berechnet Abschlie end fasst Kapitel 7 die Ergebnisse der Arbeit zusammen 2 Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs in Bergbaubetrieben Uber die Methodik zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs in Bergbau betrieben und ihre Anwendung im Kupfererzbergbau sowie in der Steinkohlengewinnung und aufbereitung wurde bereits an anderer Stelle berichtet Die Methodik wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit konkretisiert und auf die Gewinnung und Verstromung von Braunkohle erweitert 2 1 Methodische Vorgehensweise Abbildung 1 fasst die einzelnen Schritte zur Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs zusammen Systemanalyse Klassifizierung der Stoff und Energiestr me Modellbildung nderungen Realisierung Datenerfassung und Datenmanagement Datenausgleichsrechnung und Berechnung der nicht intendierten Outputs Bewertung und Ableitung des Handlungsbedarfs Abbildung 1 Vorgehensweise nach Bielig et al 2007 Bei der Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs wird im ersten Schritt das zu untersuchende Gesamtsystem analysiert und in einer hierarchischen Systemstruktur abgebildet In die Systemanalyse werden alle relevanten Prozesse eines Bergbaubetriebes einbezogen Dabei erfolgt die Zuordnung der auftretenden Stoff und Energiestr me zu
277. tla Heng ap 308 289 t a Ox 59 252 031 678 MJ a Eory 1 519 846 MWh a m4r 123 849 t a 5 471 446 092 MJ a AH p 116 418 060 MJ a MFA EF 494 901 t a AH pA Er 54 019 391 MJ a Ve 1 772 657 685 m3 a AH yy pe 37 404 849 821 MJ a Titcaso x2H 0 530 257 t a Oey 1 283 040 000 MJ a One 1 066 563 234 MJ a Onin 110 254 189 MJ a 136 Ou VD Ono Ov 20 Ou swe Ou ECO Ou HT Ove iar Ou NT Ov GE Ou Ov KUP Ou EF Ou RAGK Ou 1 623 014 643 MJ a 882 988 011 MJ a 525 373 310 MJ a 668 373 840 MJ a 219 998 587 MJ a 1 212 825 094 MJ a 761 976 558 MJ a 1 943 327 320 MJ a 520 551 421 MJ a 460 631 445 MJ a 413 817 089 MJ a 9 597 592 MJ a 1 242 218 038 MJ a 12 944 550 642 MJ a Die wichtigsten nicht intendierten Outputs aus dem Kraftwerksbetrieb sind der Reingasstrom Meee af Mit seinen gasf rmigen Komponenten MreG co MREG co MREG Nno MREG so und die Flugasche um za die Feuerraumasche m p die Filterasche mp gr sowie der Gips Mcaso x2n o aus der REA Mit dem Reingasstrom wird der gr te W rmestrom Opg als nicht intendierter Output freigesetzt Der Gips stellt eventuell einen gewinnbringenden nicht intendierten Output im Sinne des Kapitels 2 1 6 dar Abbildung 38 zeigt die Energiestr me die f r den Betrieb des oben beschriebenen Braunkohlenkraftwerks berechnet werden als Sankey Diagramm 137 Q owgmseJyoney erdjeyiug du O
278. to power generation to each other Then appropriate measures can be derived for the choice of techniques and for operational practice e g to reduce the costs control emissions or save resources Furthermore it is possible to find criteria related to a specific site in order to optimise the operating and follow up costs of mining or to increase the acceptance of the lignite industry in general IV Inhaltsverzeichnis 1 2 3 e 1 Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs in Bergbaubetrieben 3 2 1 Methodische VorgeBe sWe IS6_u___ na nan ba ani au Bian cas 3 2 1 E EE A 2 12 Stoff und EnergiestrOme es Ee nenne S iden tienes 6 2 1 3 ee 8 2 1 4 Datenerfassung und Datenmanagement u sursessersnersneesnnesnnesnnesnneennennnennne nme 9 2 1 5 Berechnung der nicht intendierten Chutmuts nme en 9 2 1 6 Bewertung der nicht intendierten Output 9 2 2 Andere B wertungsansatZe enirere a ee E eee ase eie 11 2 2 1 kologieorientierte Bewertungemerhoden n nn anaaaaaaa 11 22 2 Bewertung der Landnutzung nennen 13 2 2 3 Okonomisch orientierte Bewertungsmethoden aaa 14 2 2 4 Kennzahlen und Kennzahlensysteme asas 16 ST Methodenyersleich uu usu eiiie tetai huta OE eUe ERa EN aeu eea Erta 17 2 3 Schlussfolgerungen f r die Erfassung und Bewertung nicht intendierter Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle
279. tr men in kologischer und konomischer Hinsicht vorgestellt Am Ende des 2 Kapitels werden Schlussfolgerungen f r die Erfassung und Bewertung der nicht intendierten Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle gezogen Kapitel 3 gibt einen allgemeinen berblick ber die Gewinnung und Verstromung von Braun kohle in Deutschland und die daf r bestehenden rechtlichen Rahmenbedingungen Dabei wird auf die Bedeutung der Braunkohle f r die Stromversorgung in Deutschland eingegangen Au erdem werden die deutschen Braunkohlenreviere vorgestellt und die dort eingesetzten Technologien f r einen kontinuierlichen Abbau und eine kontinuierliche F rderung der Braun kohle Weiterhin werden neue Konzepte erl utert mit denen die Stromerzeugung aus Kohle umweltvertr glicher d h insbesondere weniger Klimasch digend werden soll In Kapitel 4 wird das neue Teilsystem definiert mit dem die Verstromung der Braunkohle in das Gesamtsystem einbezogen wird AuBerdem wird das Gesamtsystem abgegrenzt und seine Struktur beschrieben Kapitel 5 besch ftigt sich mit den systemtechnischen Grundlagen zur Beschreibung des Gesamtsystems und der Modellbildung auf der Grundlage der Struktur von Petri Netzen Weiterhin werden die zur prozessweisen Berechnung der nicht intendierten Outputs bei der Gewinnung und Verstromung von Braunkohle entwickelten mathematischen Modelle und Modellparameter vorgestellt In Kapitel 6 wird die Anwendung der entwickelten Me
280. ts z B durch die Richtlinie zur Umweltvertr glichkeitspr fung 85 337 EWG die Wasser Rahmenrichtlinie 2000 60 EG die Gro feuerungsanlagen Richtlinie 2001 80 EG die Bergbauabfallrichtlinie 2006 21 EG die EU Grundwasserrichtlinie 2006 118 EG die Luftqualit tsrichtlinie 2008 50 EG den EU Abfallkatalog und die Abfallrahmenrichtlinie 2008 98 EG Mit der Bergbauabfallrichtlinie 2006 21 EG werden Ma nahmen Verfahren und Leitlinien eingef hrt mit denen durch die Bewirtschaftung von Abf llen aus der mineralgewinnenden Industrie verursachte negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt so weit wie m glich vermieden oder reduziert werden sollen 2008 98 EG F r Deutschland ergeben sich daraus keine prinzipiellen Neuerungen In den Geltungsbereich der Richtlinie f llt nur die Bewirtschaftung von Abf llen die beim Aufsuchen Gewinnen Aufbereiten und Lagern mineralischer Rohstoffe sowie beim Betrieb von Steinbr chen entstehen Es ist f r die Anwendung der Richtlinie also von zentraler Bedeutung dass berhaupt Abfall vorliegt Sie enth lt keine eigenst ndige Abfalldefinition Der Begriff Abfall ist in der Abfallrahmen richtlinie definiert die das Grundger st f r ein gemeinschaftliches Abfallrecht in der EU darstellt Die novellierte Abfallrahmenrichtlinie ist am 22 Dezember 2008 in Kraft getreten und muss von den Mitgliedsstaaten der EU bis zum 12 Dezember 2012 in nationales Recht umgesetzt werden Mit der neuen Abfa
281. tte oder im Deckgebirge die Homogenit t der Schichten gest rt ist so dass der Einsatz kontinuierlich arbeitender Gewinnungsger te teilweise oder ganz ausgeschlossen werden kann Von der Korngr e des Gesteins bzw der Kl ftigkeit oder den Karsthohlr umen h ngt es ab ob Lagerst tte und Deckgebirge entw ssert werden m ssen damit Trockengewinnungsverfahren eingesetzt werden k nnen oder ob Nassgewinnungs verfahren zum Einsatz kommen Die Lagerst tten die im Tagebaubetrieb abgebaut werden k nnen lassen sich nach den Ablagerungsverh ltnissen in Schicht oder Fl zlagerst tten Ganglagerst tten Linsen und Nester sowie St cke unterscheiden Die Tagebaue werden unterschieden nach den Ablagerungsverh ltnissen der Lagerst tte in Einfl z Mehrfl ztagebau und Tieftagebau nach der F rderart in Zug Band SKW und Direktversturztagebau oder nach der Festigkeit des zu l senden Materials in Locker und Festgesteinstagebau Da die Braunkohlenfl ze in den deutschen Revieren vornehmlich von lockeren Sedimenten berdeckt und selbst direkt gewinnbar sind wird in Deutschland berwiegend kontinuierlich arbeitende Tagebautechnik eingesetzt Kontinuierliche Abbausysteme im Tagebau sind durch einen ununterbrochenen Ablauf der Prozesskette Gewinnung F rderung und Verkippung des Abraums bzw Verladen oder Zwischenbunkern der Braunkohle gekennzeichnet Unter kontinuierlicher Tagebautechnik wird die Verkn pfung der Hauptprozesse in einer oder meh
282. tz J Ewers J Clean Coal Power Die Antwort der Kraftwerkstechnik auf die Herausforderungen der Klimavorsorge In VGB PowerTech 2006 5 S 72 78 Landesamt fiir Bergbau Geologie und Rohstoffe LBGR Hrsg Immissionsschutz in Braunkohlentagebauen LBB Richtlinie vom 10 12 2001 Ord Nr 11 01 http www bgr brandenburg de sixcms media php 4055 c_ii_11_immissionsschutz_in_braunk ohlentagebauen pdf abgerufen am 23 03 2009 Landwehrs K Weisheit S M ller U Eignung von aufbereiteter Braunkohlenflugasche f r die Verwendung als Zusatzstoff f r Selbstverdichtenden Beton Potsdam 2004 http edok01 tib uni hannover de edoks e0 1fb05 482997729 pdf abgerufen am 11 01 2010 Lenz R Die VO mineralische Abf lle als Umsetzung der RL bergbauliche Abf lle und ihre Auswirkungen auf den Steinkohlenbergbau In Frenz Walter Hrsg Bergbauliche Abf lle und Emissionshandel Clausthal Zellerfeld GDMB 2007 S 35 43 Lindeijer E Review of land use impact methodologies In Journal of Cleaner Production 8 2000 4 S 273 281 Lin en J Markewitz P Martinsen D Walbeck M Zuk nftige Energieversorgung unter den Randbedingungen einer gro technischen CO gt Abscheidung und Speicherung J lich 2006 http www cooretec de lw_resource datapool Neuigkeiten Abschlussbericht pdf abgerufen am 23 06 2008 L ffler F Staubabscheiden Stuttgart u a
283. u kurze Aufent haltszeit der Reaktionspartner in der Brennkammer sein Hier wird von einer solchen Verbrennungsf hrung ausgegangen bei der nur ein geringer Anteil des in der Braunkohle vorhandenen Stickstoffs in Stickoxide umgewandelt wird vergleiche Kapitel 3 6 6 Die bei der Verbrennung gebildeten Stickoxide NO bestehen zu 95 aus NO sodass die Bildung von NO Rkt 23 hier vernachl ssigt wird NO wird sp ter in der Luft zu NO oxidiert Effenberger 2000 NO O gt NO Rkt 23 Aus den Reaktionsgleichungen und den molaren Massen der Elemente und Verbindungen werden Koeffizienten f r einen vollst ndigen st chiometrischen Umsatz der Inhaltsstoffe bzw Komponenten der Rohbraunkohle nach den Reaktionen Rkt 18 bis Rkt 22 abgeleitet Die Geschwindigkeit der Reaktionen und die Lage der chemischen Gleichgewichte werden dabei nicht weiter ber cksichtigt Der Anteil des Kohlenstoffs der in CO umgewandelt wird wird mit einem Faktor f festgelegt Der Anteil der Asche der im Feuerraum verbleibt und von dort abgezogen wird wird mit einem Faktor o festgelegt Der Stoffstrom an unverbranntem Kohlenstoff wird mit demselben Faktor zwischen den Aschestr men aufgeteilt Der Anteil des Brennstoff N der in NO umgewandelt wird wird mit einem Faktor fy bestimmt Nach Gl 63 wird der st chiometrische Sauerstoffbedarf f r die Verbrennung berechnet Mo s ch 1 o co c Hc Tec fe o corc He Ze U fc GI 63
284. ubenbetrieb wird ebenfalls Staub als nicht intendierter Output freigesetzt Der Massenstrom wird berechnet nach Gl 11 m ene Esp a Gl 11 PSD RBK mit Mr o Staubemissionen aus dem Grubenbetrieb kg a Esr Emissionskoeffizient f r Staub kg m PSD RBK Sch ttdichte Rohbraunkohle kg m M RBK Rohbraunkohle aus dem Grubenbetrieb t a 73 Der insgesamt im Tagebaubetrieb freigesetzte Staub Massenstrom wird nach Gl 12 berechnet Der insgesamt abzubauende Massenstrom an Rohbraunkohle wird nach Gl 13 berechnet Msr ros Msry Msr g Msr G Gl 12 ien Merge Msp MH 4G Gl 13 mit Msr zen Staub aus Tagebaubetrieb insgesamt kg a Dieu Staub aus Vorschnittbetrieb kg a Hop Staub aus Br ckenbetrieb kg a m re Staubemissionen aus Grubenbetrieb kg a Mrpgx Maximale F rdermenge an Rohbraunkohle t a Mppk Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle t a Men o Methanemissionen aus dem Grubenbetrieb kg a Gro ger te und Bandanlagen die im Grubenbetrieb arbeiten haben elektrische Antriebe Ihr Energiebedarf wird mit Gl 14 berechnet F r die Berechnung des Energiebedarfs wird ein Verbrauchskoeffizient definiert der sich auf die Masse der abgebauten Rohbraunkohle bezieht Erg GkrG TE Gl 14 mit Egg Energiebedarf Grubenbetrieb kWh a Geo Verbrauchskoeffizient f r elektrische Energie im Grubenbetrieb kWh t Merge maximale F rdermenge an Rohbraunkohle t a 5 2 2 3 Betrieb der Hilfsger te
285. ubenwasserbehandlung in der Lausitz In Wissenschaftliche Mitteilungen der Technischen Universit t Bergakademie Freiberg 31 2006 S 29 35 Jungbluth N Frischknecht R Land occupation and transformation in the Swiss life cycle inventory database ecoinvent 2000 In Halberg Niels ed Life Cycle Assessment in the Agri food sector Bygholm Denmark 2003 S 135 142 http www lcafood dk lca_conf DJFrapport_paper_2_poster pdf abgerufen am 22 09 2009 Kaltenbach E Maa en U Braunkohle In Sonderdruck aus BWK 4 2008 S 1 12 Kirchner M Petri R Asenbaum P Jung D Nachbarschaftsschutz und Braunkohlenbergbau In Stoll R D Niemann Delius Ch Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Heidelberg Springer 2009 S 453 467 Klaus W Einf hrung in die Pal obotanik Fossile Pflanzenwelt und Rohstoffbildung Band I Wien Franz Deuticke 1987 Klocek G Abbau mit kontinuierlichem Direktversturz am Beispiel des Tagebaus J nschwalde In Stoll R D Niemann Delius Ch Drebenstedt C M llensiefen K Hrsg Der Braunkohlentagebau Bedeutung Planung Betrieb Technik Umwelt Berlin Heidelberg Springer 2009 S 151 163 K hler D Layer G Schwaiger K Ganzheitliche Bilanzierung der Energiebereitstellung GaBiE Teil IV Ener
286. ubsysteme und Elementen befindet sich im Anhang 12 2 Eine besondere Bedeutung f r die Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit haben die Subsysteme 03 01 Bekohlung 03 02 Brennstoffaufbereitung 03 04 Feuerung 03 05 Dampferzeugung 03 06 Energieumwandlung in der Turbogruppe 03 07 Kondensation R ckk hlung 03 08 Rauchgasreinigung 03 09 CO gt Abscheiden und Verdichten 03 11 Bereitstellen von Elektroenergie 4 4 Systemgrenzen Fiir die Ermittlung der nicht intendierten Outputs wird als Bezugszeitraum ein Betriebsjahr Kalenderjahr im Regelbetrieb eines Tagebaus bzw eines Kraftwerks gew hlt Der Aufschluss des Tagebaus die Vorfeldber umung der Bau und die Einrichtung der Tagesanlagen und des Kraftwerks die Schaffung notwendiger Infrastruktur sowie der Auslauf des Tagebaus und die sich anschlie ende Rekultivierung der in Anspruch genommenen Fl chen werden nicht in die Untersuchungen einbezogen Die Inbetriebnahme des Tagebaus und der Beginn seines Auslaufs bilden die zeitlichen Schnittstellen Das Einspeisen elektrischer Energie in das Verbundnetz stellt die Systemgrenze der Verstromung der Braunkohle dar 58 Das Teilsystem 01 bergbauliche Gewinnung umfasst den aktiven Tagebaubereich Die Fl cheninanspruchnahme wird zus tzlich bilanziert Die F rderung der Rohbraunkohle bis zum grubennahen Kraftwerk wird dem Teilsystem 01 zugeordnet Die bergabe der Ro
287. uchgas reinigung CO 2 Dampferzeugung Luft Dampfturbine zerlegung Vergasung Gasreinigung CO Shift co H 2 2 Rauchgas reinigung CO Abscheidung CO Abscheidung H Gasturbine Dampferzeug Dampfturbine Abbildung 15 Gegeniiberstellung der drei Verfahren Radgen et al 2006 40 Bisher gibt es nur wenige IGCC Kraftwerke zur Stromerzeugung Zurzeit werden jeweils zwei gro industrielle IGCC Kraftwerke auf Kohlebasis in den USA Indiana und Florida und in Europa Niederlande und Spanien betrieben Au erdem wurden weltweit weitere IGCC Kraftwerke mit unterschiedlichen Vergasungsvarianten errichtet die noch nicht serienreif sind sondern Prototypencharakter haben Hinsichtlich der Schadstoffemissionen sind sie den konventionellen Dampfkraftwerken bereits berlegen bez glich der Stromerzeugungskosten und Verf gbarkeit sind sie jedoch noch nicht konkurrenzfahig Nachteilig wirken sich die erh hte Komplexit t des Systems und ihre geringe technische Verf gbarkeit aus Auch hier muss f r Vergasung Reformierung Sauerstoff O2 bereitgestellt werden was zu einem h heren Energieverbrauch und zu h heren Betriebskosten f hrt Briem et al 2004 EPA 2006 Lin en et al 2006 RWE plant den Bau einer halbkommerzielle Testanlage ein Kohlekraftwerk mit integrierter Kohlevergasung CO2 Abscheidung und Speicherung mit einer Netto Leistung von 360 MWe bis 2014 Fischedick et al 2007 Am
288. ufl sse Fassen der Wasserzufl sse Wasserf rderung Wasserbehandlung 01 11 01 11 01 01 11 01 01 01 11 01 02 01 11 01 03 01 11 01 04 01 11 02 01 11 02 01 01 11 02 02 01 11 02 03 01 11 02 04 01 11 03 01 11 03 01 01 11 03 02 01 11 03 03 01 11 03 04 01 11 04 01 12 01 12 01 01 12 01 01 01 12 01 02 01 12 01 03 01 12 02 01 12 02 01 01 12 02 02 01 12 02 03 01 12 03 01 13 01 13 01 01 13 02 01 13 03 01 13 04 01 13 05 01 13 06 01 13 07 01 13 08 01 14 01 14 01 01 14 02 01 14 03 01 14 04 01 14 05 01 14 06 01 14 07 01 15 Wetterfiihrung Wetterfiihrung bei der Ausrichtung Luftzufuhr Abluftabfuhr Abluftreinigung Klimatisieren Wetterfiihrung bei der Vorrichtung Luftzufuhr Abluftabfuhr Abluftreinigung Klimatisieren Wetterfiihrung beim Abbau Luftzufuhr Abluftabfuhr Abluftreinigung Klimatisieren Wetterf hrung im Grubengeb ude Lagern Entsorgen Deponieren Lagern Entsorgen Deponieren untertage F rdern Transportieren Verkippen Verst rzen Planieren Lagern Entsorgen Deponieren auf Halden F rdern Transportieren Verkippen Verst rzen Planieren Lagern Entsorgen Deponieren im Tagebau Emissionsvermeidung Anlegen von Schutzd mmen und w llen vor Ortslagen Einsatz l rmarmer Getriebe Motoren Rollen f r F rdergurten Kapselung der Antriebe von Baggern Absetzern und Bandanlagen Einhausung von Eimerrinnen und Schaufelradantrieben Installation von Bed sungseinrichtungen an G
289. uftsauerstoff Hauptbestandteil der Sulfidminerale ist meist Pyrit FeS gt Daneben kommen Markasit FeS2 Galenit PbS Chalkopyrit CuFeS2 und Sphalerit ZnS vor Diese Minerale k nnen u a Spuren von Silber Arsen Wismut Cadmium Kobalt Chrom Quecksilber Mangan Nickel Antimon Selen Zinn Titan Thallium und Vanadium enthalten Es finden Oxidations und Austauschprozesse zwischen Wasser und Bodenmatrix statt die zu niedrigen pH Werten hohen Eisen und Sulfatgehalten sowie oft hohen Konzentrationen an toxischen und wassergef hrdenden Schwermetallen im Grubenwasser f hren Lottermoser 2007 34 Die Pyritverwitterung kann vereinfacht durch vier Reaktionsgleichungen beschrieben werden Rkt 1 bis Rkt 4 Die Reaktionen sind exotherm Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist dabei die Fe Oxidation bei Kontakt mit Sauerstoff und Wasser Rkt 2 Durch mikrobielle Katalyse z B durch Thiobazillus ferrooxidans kann die Fe Oxidation beschleunigt werden Rkt 3 fasst die Hydrolyse von Fe zusammen Rkt 4 beschreibt die Oxidation des Pyrits mit Pe bzw Reduktion des Pe zu Pe Fe wird erneut oxidiert usw Singer amp Stumm 1970 Lottermoser 2007 FeS 7 2 O2 H20 amp Fe 2 SOy 2 H Rkt 1 Fe 1 4 O H gt Fe 1 2 HO Rkt 2 Fe 3 HO Fe OH 3 H Rkt 3 FeS 14 Fe 8 H O 15 Fe 2 S04 16 H Rkt 4 Temperatur pH Wert Sickerwasserzu und abfluss Verfiigbar
290. um Emissionshandel auf EU Ebene sind Linking Directive EU Registrierverordnung und Monitoring and Reporting Guidelines UN 1992 UN 1997 Frenz 2007 DEHSt 1 2008 Im April 2009 wurde die Richtlinie ber die geologische Speicherung von Kohlendioxid 2009 31 EG verabschiedet die nun in nationales Recht umgesetzt werden muss Nach Artikel 33 muss der Anlagenbetreiber f r die Genehmigung neuer Kraftwerke mit einer elektrischen Leistung von mehr als 300 MW k nftig pr fen ob geeignete Speicherst tten f r CO verf gbar sind sowie die technische und wirtschaftliche Machbarkeit einer Nachr stung f r die CO2 Abscheidung und den Transport gegeben sind Capture Readiness Regelung 3 7 2 Nationale Gesetzgebung Ziel der deutschen Energiepolitik ist es die Rahmenbedingungen so festzulegen dass die Energieversorgung sicher wirtschaftlich und umweltvertr glich ist In den kommenden 10 bis 15 Jahren m ssen weltweit auch in Deutschland viele Kraftwerke ersetzt werden Welche Kraftwerkstypen gebaut werden h ngt sowohl von den politischen als auch von den konomischen Rahmenbedingungen ab In diesem Zusammenhang ist u a auch der Handel mit 50 Emissionszertifikaten zu ber cksichtigen Steigende Zertifikatpreise k nnen technische L sungen interessant machen die heute noch wenig Beachtung finden Lin en et al 2006 Die langfristige Planung des Bergbaus wird in Deutschland durch das Raumplanungs und ordnungsrecht geregelt
291. ums die Stabilisierung und Gestaltung der Kippen sowie die sich anschlie ende Begr nung Bewirtschaftung und Bepflanzung Mit dem Erreichen des geplanten Endstandes beginnt der Auslauf eines Tagebaus Auf Grund gesetzlicher Vorschriften die in Kapitel 3 7 erl utert werden m ssen heute bereits vor der Genehmigung eines Tagebaus und w hrend des Abbaus Pl ne f r seinen Auslauf die k nftige Landschaftsgestaltung und nutzung erstellt werden Es muss dargelegt werden unter welchen Voraussetzungen welche betrieblichen Schritte unternommen werden um forstliche landwirtschaftliche fischereiliche bauliche oder Erholungsnutzung zu erm glichen Au erdem m ssen Standorte f r den Naturschutz insbesondere f r Biotop und Artenschutz gefunden werden Vom Beginn der Abbauplanung an besteht die Aufgabe ebenfalls die Folgenutzung der in Anspruch genommenen Fl chen zu planen und umzusetzen Die Rekultivierung umfasst u a den Abbruch von Tagesanlagen Bewegung und Verdichtung gro er Abraum oder Bodenmassen Gestalten z B Planieren B schungsgestaltung und Erschlie en z B Wege und Stra enbau der Kippenoberfl chen Herstellung von z B land und forstwirtschaftlich nutzbaren Fl chen den Umgang mit den entstandenen Restl chern Verf llung mit Bodenmaterial oder Flutung mit Wasser und die Wiederherstellung des Wasserhaushaltes inklusive der Flutung von Tagebaurestl chern zur Gestaltung der Bergbau folgelandschaft Die Ziele sind da
292. und Fahrzeuge mit Dieselantrieb Zus tzlich zum Verbrauch an elektrischer Energie wird im Netz Tagebaubetrieb die zum Betrieb von Hilfsger ten und Fahrzeugen ben tigte Menge an Dieselkraftstoff berechnet Beim Einsatz der Hilfsger te und Fahrzeuge die mit Dieselmotoren ausgestattet sind wie z B f r Gleisr ck Lade oder Planierarbeiten Transport Personenbef rderung und Instandhaltung entstehen als nicht intendierte Outputs Abgase inklusive Staub Dieselru partikel Penk 2009 F r die Ermittlung des Bedarfs an Dieselkraftstoff im Tagebaubetrieb wird ein Verbrauchs koeffizient definiert der sich auf die Masse der gef rderten Rohbraunkohle bezieht und mit dessen Hilfe sich die ben tigte Menge nach Gl 15 berechnen l sst Mp Ap Mrpx Gl 15 mit Mp ben tigte Menge an Dieselkraftstoff kg a Qp Verbrauchskoeffizient f r Dieselkraftstoff kg t Mppx Jahresf rdermenge an Rohbraunkohle t a Zur Berechnung der Emissionen aus den Dieselmotoren wird auf ein Modul aus der Datenbank der Umberto Software zur ckgegriffen Umberto 2008 Das Modul mit einem Modell zur Berechnung der Energiebereitstellung mit Dieselmotoren wird als Transition in das Subnetz zur Beschreibung des Tagebaubetriebs eingef gt Mit Hilfe von Emissionskoeffizienten werden nach Gl 16 die Komponenten Massenstr me f r Distickstoffmonoxid N20 Kohlendioxid CO2 Kohlenmonoxid CO Methan CH4 Non methan volatile organic compounds NMVOC
293. unden ber die F rderbr cke wird der Abraum ber den offenen Tagebau hinweg transportiert 500 bis 700 m und verkippt Mit Abraumf rderbr cken gesch ttete Kippen m ssen in der Regel vor ihrer Rekultivierung nachbearbeitet werden z B durch berziehen mit anderen Kippen oder Schlie en der Randschl uche In Ausnahmen ist es ausreichend die bei der Verkippung entstehenden Rippen zu Planieren Das wellige Gel nde kann z B forst wirtschaftlich genutzt werden Wenn die m gliche Abtragskapazit t einer F rderbr cke geringer ist als die M chtigkeit des Abraums zwischen Kohlefl z und Gel ndeoberfl che oder wenn bestimmte Schichten selektiv gewonnen werden sollen z B als Material zur Wieder nutzbarmachung von Kippen wird zus tzlich ein Vorschnittbetrieb mit Bagger Band Absetzer Technik eingerichtet Abbildung 12 zeigt schematisch die Betriebsvariante eines Braunkohlentagebaus mit Direkt Versturz System wie sie z B in der Lausitz angewendet wird I o 7 Abbaurichtun s Abbaurichtung gt Abbildung 12 Direkt Versturz System DEBRIV 2010 Abraumf rderbr ckenverb nde sind dort wo sie eingesetzt werden k nnen au erordentlich leistungsf hig Sie erreichen eine bessere zeitliche Auslastung haben geringere spezifische Produktionskosten und erfordern geringere Investitionen als der Einsatz der Strossenband technik Beim Abraumversturz entstehen jedoch Rippenkippen und Randschl uche Die Vorteile k nnen d
294. ung Gl 82 kJ a On zur Verdampfung genutzter W rmestrom kJ a Ivo Faktor zur Aufteilung des W rmestroms AH FA inse insgesamt nutzbare Flugasche Enthalpiedifferenz Gl 92 kJ a Ow vo Tityp Nao GI 91 fun Ap ou u Nsw vo m mit Myp im Verdampfer erzeugter Dampfmassenstrom kg a Dun Wirkungsgrad des Verdampfers hwp vp Out spezifische Dampfenthalpie nach Verdampfer kJ kg hsw vp m spezifische Speisewasserenthalpie vor dem Verdampfer kJ kg hsw vn A sw Eco cu Die Flugasche tr gt auch zur Verdampfung bei in dem sie W rme abgibt Die W rmemenge wird als Enthalpiedifferenz des Flugaschestroms nach Gl 92 berechnet ER AH rA insg p CA Tp Teac min Gl 92 mit Q FA insg von der Flugasche insgesamt abgegebene W rmemenge kJ a AH insg Enthalpiedifferenz der Flugasche kJ a Mra Flugasche Massenstrom kJ a CA spezifische W rmekapazit t der Asche kJ kgK Tr Feuerraumtemperatur K TRAG min Mindesttemperatur des Rauchgases nach Economizer K Der nach dem Verdampfen noch nutzbare W rmestrom des hei en Rauchgases berechnet sich nach Gl 93 der Enthalpiestrom der Flugasche nach Gl 94 F r den Verdampfer wird ein Wirkungsgrad 7yp definiert mit dem in Gl 95 ein Verlust W rmestrom als nicht intendierter Output berechnet wird ae 1 5 ERC u j N VD Out N VB FA insg VD Ou VD n Mywp Q Q SE Nyp Mwp vo ou Rsw vo m GI 93 I e AH FA vou AH AG FA
295. ung und Verstromung von Braunkohle insgesamt abzuleiten In Abstract For the activities of the lignite mining and the power generation from lignite land is occupied and equipment and energy are used During operation various material and energy flows such as overburden mine water dust exhaust air ash gypsum energy cooling water waste water coolant and lubricant losses etc are released The released material and energy flows are nearly always without value in the raw material supply chain and in the electric power supply chain They are not the production targets of the mining industry and the power generation industry Instead they usually have negative effects on the economy and ecology and are therefore referred to as non intended The knowledge of the quantities and qualities of these non intended outputs as a function of the individual processes and their parameters is the basis for technical and economical measures to affect them In this thesis a methodology for the acquisition and assessment of the material and energy flows in the lignite mining and the power generation from lignite is presented The methodology is based on an integrated approach due to the comprehensive technical and economic analysis of material and energy flow systems A hierarchical system structure allows the precise assignment of the material and energy flows to the individual processes Mathematical process models were deduced to characterise the chemical
296. urbine kJ kg Dun AT Out spezifische Dampfenthalpie nach Niederdruckturbine kJ kg Ou Wi Verlust W rmestrom von der Niederdruckturbine kJ a wr Wirkungsgrad der Niederdruckturbine Der Generator wandelt die insgesamt von den Turbinen bereitgestellte mechanische Leistung Gl 113 in elektrische um Gl 114 Ein Teil der elektrischen Energie wird als Hilfsenergie fiir den Eigenbedarf wie z B fiir den Betrieb der Pumpen im Kraftwerk fiir die Zerkleinerung der Rohbraunkohle und fiir das Abscheiden von Staub ben tigt Sie wird vereinfacht ohne Spannungswandlung vom Generator abgenommen Mit einem Generatorwirkungsgrad 7Gz wird in Gl 115 ber cksichtigt dass nicht die gesamte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann Dabei wird ein Verlust W rmestrom als nicht intendierter Output freigesetzt Gl 116 Der gesamte Eigenbedarf wird nach Gl 117 als Hilfsenergie berechnet 106 Be Wuar T Wu vun Wu wr Gl 113 Wu insg r or Eggy F Ong Gl 114 Gl 115 Eg cz Wu insg Ne Eg kw v cr 1 5 Wa tase Gl 116 Ex gw Eyez Es kg Er swe E up EEEF Gl 117 mit W insgesamt bereitgestellte mechanische Leistung kJ a M insg E EGE elektrischer Energiestrom elektrische Leistung vom Generator kJ a Eg Kw Eigenenergiebedarf im Kraftwerk kJ a Ou GE Verlust W rmestrom vom Generator kJ a NGE Wirkungsgrad des Generators E uoz Energiebedarf der M hlen
297. w ssern erlauben Auch f r die immissionsschutzrechtlichen Genehmigungen von Betrieben unter Bergaufsicht ist die Bergbeh rde zust ndig Schmidt 2009 Braunkohlentagebaue bed rfen nach 4 Abs 2 Bundes Immissionsschutzgesetz BImSchG keiner Genehmigung Hier hat der Gesetzgeber die besonderen Verh ltnisse des Bergbaus ber cksichtigt insbesondere die Ortsgebundenheit an die Lagerst tte und die dynamische Betriebsentwicklung Die Pflichten und Anforderungen an den Betrieb nicht genehmigungs bed rftigen Anlagen sind in 22 und 23 BImSchG konkretisiert Zur berwachung und Kontrolle kommen trotzdem Vorschriften des BImSchG zur Anwendung Die fachgesetzlichen Vorschriften des BImSchG m ssen im Betriebsplanverfahren umgesetzt werden als gesetzlich normierte ffentliche Belange 48 Abs 2 BBergG Die f r genehmigungsbed rftige Anlagen geltenden Allgemeinen Verwaltungsvorschriften zum BImSchG haben auch f r den Betrieb der nicht genehmigungsbed rftigen Braunkohlentagebaue Bedeutung Die in der Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft TA Luft und in der Technischen Anleitung zum Schutz gegen L rm TA L rm festgeschriebenen Grenzwerte werden zur Festlegung der Immissionswerte f r Tagebaue herangezogen LBGR 2001 Kirchner et al 2009 Errichtung und Betrieb eines Braunkohlenkraftwerkes bed rfen gem 4 BImSchG i V m der 4 Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutzgesetzes BImSchV der Genehmigun
298. w Vis p und die anfallenden Gruben w sser aus der Filterbrunnenentw sserung Vpgy und aus der Oberfl chenentw sserung Vopy mengenm ig die wichtigsten nicht intendierten Outputs im Tagebaubetrieb sind Der Abraum bzw die durch seine Verkippung entstehende Haldenlandschaft und die Grubenw sser mit ihren Komponenten sind nicht intendierte Outputs die hohe Kosten verursachen Die Reinigung der Grubenw sser wird in Kapitel 6 2 genauer untersucht Weiterhin als nicht intendierte Outputs werden im Tagebaubetrieb Staub msr rog Methan Lien o und Dieselabgas mp freigesetzt Holz Torf Findlinge Kies Sand und Ton im Deckgebirge werden von dem aufgestellten Modell nicht ber cksichtigt Sie stellen eventuell gewinnbringende nicht intendierte Outputs im Sinne des Kapitels 2 1 6 dar Zus tzlich wird der Energieverbrauch des Tagebaubetriebes angegeben Am meisten elektrische Energie verbraucht unter den hier angegebenen Bedingungen der Br ckenbetrieb 36 9 gefolgt von der Filterbrunnenentw sserung 20 5 dem Vorschnitt 15 7 und Gruben betrieb 14 5 der Zugf rderung 8 0 und der Oberfl chenentw sserung 4 4 124 Tabelle 13 Inputs und Outputs fiir einen Braunkohlentagebau mit Direkt Versturz System Inputs Outputs Egy 41 238 MWh a apk 14 85 Mio t a E EB 96 853 MWh a Nicht intendierte Outputs Eng 37 972 MWh a View 14 85 Mio m a Ex zr 20 998 MWh a Ve 89 10 Mio m a Veiga 103 95
299. www oeko de service gemis de index htm abgerufen am 10 03 2009 Gesetz tiber den Handel mit Berechtigungen zur Emission von Treibhausgasen Treibhausgas Emissionshandelsgesetz TEHG vom 8 Juli 2004 In BGBl I S 1578 zuletzt ge ndert durch Artikel 5 des Gesetzes vom 25 Oktober 2008 In BGBI IS 2074 Gesetz ber den nationalen Zuteilungsplan f r Treibhausgas Emissionsberechtigungen in der Zuteilungsperiode 2008 bis 2012 Zuteilungsgesetz 2012 ZuG 2012 vom 7 August 2007 In BGBI IS 1788 Gesetz tiber Naturschutz und Landschaftspflege Bundesnaturschutzgesetz BNatSchG vom 25 M rz 2002 In BGBl I S 1193 zuletzt ge ndert durch Artikel 3 des Gesetzes vom 22 Dezember 2008 In BGBl I S 2986 Gesetz zum Schutz vor sch dlichen Bodenver nderungen und zur Sanierung von Altlasten Bundes Bodenschutzgesetz BBodSchG vom 17 M rz 1998 In BGBl I S 502 zuletzt ge ndert durch Artikel 3 des Gesetzes vom 9 Dezember 2004 In BGBl I S 3214 Gesetz zum Schutz vor sch dlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen Ger usche Ersch tterungen und hnliche Vorg nge Bundes Immissionsschutzgesetz BImSchG in der Fassung der Bekanntmachung vom 26 September 2002 In BGBl I S 3830 zuletzt ge ndert durch Artikel 1 des Gesetzes vom 23 Oktober 2007 In BGBl I S 2470 Gesetz zur F rderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltvertr glichen Beseitigung von Abf ll
300. zed Coal Technologies Final Report Washington DC 2006 EPA 430 R 06 006 http www epa gov airmarkets resource docs IGCCreport pdf abgerufen am 17 07 2007 EPER European Pollutant Emission Register Detaildarstellung fiir Betrieb Vattenfall Europe Generation AG amp Co KG Kraftwerk J nschwalde 2004 http www eper de eper2 0_common 0_details php id 06 12 40710010000 abgerufen am 14 09 2009 Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes Immissionsschutzgesetz Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft TA Luft A In Geimeinsames Ministerialblatt 2002 25 29 S 511 605 Eurogypsum Verband der Europ ischen Gipsindustrien Hrsg REA Gips Qualit tskriterien und Analysenmethoden Br ssel 2005 http www eurogypsum org Pages 20links FGD 20Gypsum 20 20Quality 20Criteria 20and 20Analysis 20Methods pdf abgerufen am 21 09 2009 Europa Das EU Klimapaket Europ isches Parlament Pressedienst 08 12 2008 http www europarl europa eu sides getDoc do pubRef EP NONSGML IM PRESS 2008 1208B KG44004 0 DOC PDF V0 DE amp language DE abgerufen am 18 05 2009 Fischedick M Esken A Pastowski A Schiiwer D Supersberger N Nitsch J Viebahn P Bandi A Zuberb hler U Edenhofer O Strukturell konomisch kologischer Vergleich regenerativer Energietechnologien RE mit Carbon Capture and Storage CCS Wuppertal 2007 http www erneuerba
301. zung zugef hrt wird Fl chenumwandlung kann stattfinden zu Beginn der Produktion z B Bau eines Kraftwerks fortlaufend w hrend eines Produktionsprozesses z B im Braunkohlentagebau und nach Abschluss menschlicher T tigkeiten durch Umnutzung aktive Renaturierung oder nat rliche Sukzession Zus tzlich zur Ausdehnung der in Anspruch genommenen Fl che werden nach M glichkeit die Arten der Fl chennutzung vor Ausgangs zustand und nach der Umwandlung Zielzustand benannt Der Fl chenverbrauch der Umwandlung wird auf die Zeit der zu bilanzierenden Nutzung aufgeteilt Frischknecht amp Jungbluth No 1 2004 Jungbluth amp Frischknecht 2004 Mila i Canals et al 2007 In der Literatur wird zur Bewertung der Landnutzung zwischen Ans tzen unterschieden die auf der Berechnung von Indikatoren mit Hilfe funktionaler Zusammenh nge beruhen wie z B bei Schweinle 2000 Schweinle 2002 Ant n et al 2007 und solchen die vorwiegend auf Klassifizierungssystemen beruhen wie z B Frischknecht 1995 Durch die Verwendung verschiedener Referenzsysteme bzw zust nde Bezugssysteme ergeben sich gro e Unter schiede in der Bewertung Lindeijer 2000 2 2 3 konomisch orientierte Bewertungsmethoden Im Rahmen der Kostenrechnung als wesentlicher Bestandteil des betrieblichen Rech nungswesens werden Aktivit ten Prozesse und Entscheidungen eines Unternehmens nach Kostengesichtspunkten analysiert und bewertet Die Kost

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