Ökobilanz für die Stromerzeugung aus Holzbrennstoffen und Altholz

Ökobilanz für die
Stromerzeugung aus
Holzbrennstoffen und Altholz
Dr. Niels Jungbluth
Dr. Rolf Frischknecht
Dr. Mireille Faist
ESU-services, Uster
ESU
Studie im Auftrag des Bundesamtes für Energie
www.energieforschung.ch
Inhalt
• Zielsetzung der Ökobilanz
• Ergebnisse
• Schlussfolgerungen für die
Ökostromzertifizierung
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Zielsetzung der Studie
• Grundlage für die Zertifizierung von
Strom aus Holz und Altholz
• Durchschnittsbilanz für die
Holzverstromung
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Vergabe des Qualitätszeichens
naturemade star
Lokale Kriterien:
Prüfung der
a nlagensp ezifischen,
lokalen Kriterien
Lokale
Kriterien
erfüllt?
Ja
Nein
Globales Kriterium (Ökobilanz):
Eingabe
Anlage-Kennwerte
Ecoindicator 99
Punkte
globales
Kriterium
erfüllt?
Ja
Nein
Sachbilanzdaten &
Bewertungsmethoden
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LCA in der ISO-14040 Norm
Rahmen einer Ökobilanz
Festlegung des
Ziels und
Untersuchungsrahmen
Direkte
- Entwicklung
und
Anwendungen:
Sachbilanz
Auswertung
Verbesserung
von Produkten
- Strategische Planung
- politische Entscheidungsprozesse
- Marketing
- Sonstiges
Wirkungsabschätzung
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Untersuchter Lebenszyklus
Forstwirtschaft und
Holzernte
Forstwirtschaft, Herstellung von
Holzprodukten, Sammlung, etc.
(nicht berücksichtigt)
Holzaufbereitung
Altholzaufbereitung
Lagerung
Infrastruktur der
Anlage
Verbrennung
Gutschrift mit 50%
kond. Gasheizung
Wärmeproduktion
Stromerzeugung
Entsorgung der Asche
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Beispielanlagen
Typ
Holzverbrauch (Sm3/a)
Elektrische Leistung (kWel)
Thermische Leistung (kWth)
Elektrizitätsproduktion (MWh/a)
Wärmeproduktion (MWh/a)
Gesamtwirkungsgrad angeben
Gesamtwirkungsgrad
berechnet
Staub (mg/Nm3)
NOx (mg/Nm3)
CO (mg/Nm3)
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Waffenplatz
Bière
Dampfturbine mit
Organic Rankine
Cycle (ORC),
Multi-Zyklon
12000
(10000 – 14000)
335
1440
371.7
9000
82%
Furnierwerk
Lengwil
Dampfkolben
motor
(Wasser),
Multi-Zyklon
Fernheizkraftwerk Meiringen
20000
21800
400
6400
1400
13000
83%
700
3600
1120
12100
72%
Wirbelschichtfeuerung,
Elektrofilter, katalytische
und nicht-katalytische
DeNOx-Anlage
ca. 915000
(275 000 t/a)
25000
200000
29.8%
80%
85%
72%
19%
219 (118-305)
221
70
89 (80-91)
174 (149-181)
14 (10-17)
3
151
30
5.3
49.3
n.a.
Dampfturbine
(Wasser),
Elektrofilter
Holzkraftwerk Cuijk
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Standardanlagen
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Wirkungsabschätzung mit dem
Eco-indicator 99
Weighting
of the three
damage
categories
Indicator
Mainly in
Value
sphere
Damage
to
resources
Inventory
result
Modelling
effect and
damage
Damage
to
ecosystem
quality
Damage
to human
health
Resources
Land-use
Mainly in
Eco-sphere
and Value
sphere
Emission
Inventory
phase
Modelling
all
processes in
the life
cycle
Mainly in
Technosphere
Bilanz der
Schadstoffe
CO2
Nitrat
m2
Dioxin
Insektizid
...
• Modellierung von Schäden
• Z.B. Klimaveränderung, Gesundheit, Biodiversität
• Zusammenfassung zu einem Punktwert
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Bewertung mit dem Ecoindicator 99
A lth o lz W K K , m it w e ite rg e he n d e r A b g a srein igu n g
H o lz W K K -A n la g e , m it w e ite rg e he n d e r A b g a srein igu n g
H o lz W K K -A n la g e , m it M u lti-Z y klo n
H o lz K ra ftw erk C u ijk, W ir b els c h ic h tfeu e ru n g
H olz W K K L e n g w il
H o lz W K K B ie re
B re n n s to ffb e re its te llu n g
In fra s tru k tu r u n d M a te ria lie n
H o lz W K K M e iring e n
B e trie b s e m is s io n e n
-2 0 %
0%
20%
40%
60%
80%
100%
A s c h e e n ts o rg u n g
¾ Direkte Emissionen dominieren die
Gesamtbilanz
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Vergleich mit dem Grenzwert
• Grenzwert naturemade star:
0.014 Eco-indicator 99 (H,A) Punkte pro
kWh Strom
E I'99-ag g reg ated ,
H ierarch ist
1 Ja h r B e trie b
S tro m (A b z. G a sh e izu n g )
p ro kW h
A n te il E m issio n e n b e im
B e trie b
A n teil T o p 5/E m issio n
A n teil T o p 2/E m issio n
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H o lz
H o lz W K K A lth o lz W K K ,
K ra ftw e rk
H o lz W K K A n la g e , m it
m it
C u ijk,
A n la g e , m it
w e ite rg e h e n d e r w e ite rg e h e n d e r
W irb e lsch ich t M u lti-Z yklo n
A b g a sre in ig u n g A b g a sre in ig u n g
fe u e ru n g
2 .6 4 E + 6
1 .1 2 E + 5
4 .5 4 E + 4
7 .3 1 E + 4
H o lz W K K
M e irin g e n
H o lz W K K
B ie re
H o lz W K K
L e n g w il
5 .3 6 E + 4
1 .3 2 E + 5
9 .0 2 E + 4
-4 .7 4 E -2
1 .4 1 E -1
-1 .7 4 E -2
1 .4 7 E -2
1 .2 5 E -2
-5 .8 7 E -2
-2 .9 0 E -2
30%
79%
79%
21%
77%
42%
71%
100%
100%
100%
100%
100%
94%
91%
75%
98%
94%
89%
70%
91%
26%
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Variation Holzbrennstoff
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Variation des Wirkungsgrades
Seite 13
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Staubemissionen
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Ökostrom-Prüfung: Stromerzeugung aus Holzbrennstoffen und Altholz
Eingabe:
Deutsch
WKK Lengwil, 77%
Anlagenname:
Bewertungsmethode
EI'99-aggregated, Hierarchist
Anlagentyp
WKK Altholz mit weitergehender Abgasreinigung
Inputs
Holzschnitzel aus Frischholz (Laubbaum)
Holzschnitzel aus Frischholz (Laubbaum)
Holzschnitzel aus Frischholz (Nadelbaum)
Holzschnitzel aus Restholz (z.B. Sägereiabfälle)
Holzschnitzel aus Altholz
Sm3/a
6000
14000
0
0
20000
Holzmenge (t atro) aus Sm3 berechnet, aber nicht
weiter verwendet
km
Bemerkungen:
25 Jahresverbrauch von Holz in Schüttkubikmetern.
25
Mittlere Transportentfernung ab Wald (Frischholz)
25
bzw. ab Schnitzelherstellung.
100
3'800
Umwandlung
Wärmekraftkopplung
Kesselwirkungsgrad
84.0%
Wärmeproduktion Kessel
15'652'174
Holzverbrauch (t trocken) berechnet
3'626
%
kWh/a
3'626
Netto Stromerzeugung
1'400'000
kWh/a
13'000'000
kWh/a
Wärme genutzt
Luftemissionen im Reingas
Partikel / Staub
Stickoxide NOx als NO2
Blei
Cadmium
Zink
Outputs
Aschen zur Entsorgung
Art der Entsorgung
Heizkessel
83.0%
0
-
Angaben des Kesselherstellers
Wärmeabgabe direkt aus dem Kessels (gemessen)
Wird für Berechnungen verwendet
Einschliesslich Verbrauch für die Wärmeverteilung,
abzüglich Eigenverbrauch für Brennstofftransport,
Rauchgasreinigung und andere Anlagenteile der
Stromerzeugung.
Eigennutzung und Verkauf von Wärme aus der
Anlage.
WKK
10.0
100.0
2.0000
0.0690
2.0000
kg
mg/Nm3
mg/Nm3
mg/Nm3
mg/Nm3
mg/Nm3
-
150'000
Angaben bezogen auf 11% O2 im trockenen
Abgasvolumen
Gesamtmenge pro Jahr
Reaktordeponie
Resultate:
Gesamtwirkungsgrad WKK (berechnet)
WKK Lengwil, 77%
WKK Lengwil, 77%
Oekostrom Schweiz Grenzwert
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77%
EI-99-points / a
EI-99-points / kWh
EI-99-points / kWh
Ökostromkriterium erfüllt
© Niels Jungbluth, Rolf Frischknecht, ESU-services, Uster, CH
1.08E+05
-4.41E-03
1.40E-02
Im Vergleich zur Standardanlage:
7.32E+04
-2.90E-02
-31.6%
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Schlussfolgerungen zur
Zertifizierung
• Wärme-Kraft-Kopplungs Anlagen mit
weitergehender Rauchgasreinigung für
Partikel, NOx und Schwermetalle
werden das Ökostrom-Label in der
Regel erreichen
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Lokale Kriterien
• Einhaltung der gesetzlichen
Vorschriften
• Energiekonzept für den Gesamtbetrieb
zur Reduktion des Strom- und
Wärmebedarfs
• Gesamtwirkungsgrad > 60 Prozent
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Zertifizierung Altholz-WKK
• Kriterien und Verfahren sind klar
• Erste Anlage im Rahmen eines
Pilotprojektes zertifizieren
• Nahe Begleitung durch VUE und Auditor
• Auf Grund der Erfahrungen werden die
Zertifizierungsinstrumente (Deklaration
etc.) definitiv erstellt
• Beginn sofort möglich
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