Entwicklungsmöglichkeiten der Energieversorgung in Hamburg und Schleswig-Holstein: Quantifizierung der Konsequenzen verschiedener Versorgungsstrategien mittels eines optimierenden Energie-Emissions-Modells
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Frankfurt am Main ; Berlin ; Bern ; Bruxelles ; New York ; Oxfor
Lang
2002
|
| Schriftenreihe: | Europäische Hochschulschriften
Reihe 5, Volks- und Betriebswirtschaft ; 2880 |
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Symbolverzeichnis 13
Vorsätze und Vorsatzzeichen 13
Einheiten 13
Abkürzungen 14
Tabellenverzeichnis 15
Abbildungsverzeichnis 19
1. Einführung 21
1.1. Energieversorgung in der aktuellen Diskussion 21
1.1.1. Umweltwirkungen der Energieversorgung 22
1.1.1.1. Anthropogener Treibhauseffekt 24
1.1.1.2. Nutzung der Kernenergie 26
1.1.2. Deregulierung der Energiewirtschaft 28
1.2. Langfristige Planung von Energieversorgungssystemen 32
1.2.1. Systemanalytischer Planungsansatz 32
1.2.2. Notwendigkeit einer regionalen Planung 35
1.3. Vorgehensweise und Ziel der Untersuchung 36
2. Energieversorgung in Hamburg und Schleswig-Holstein 39
2.1. Energiewirtschaftliche und energiepolitische Rahmenbedingungen 39
2.2. Strukturen und Kennzahlen der Energieversorgung 41
2.2.1. Primärenergieverbrauch und energiebedingte CO2-Emissionen 41
2.2.2. Umwandlungsbereich 43
2.2.3. Endenergieverbrauch und Nutzenergiebedarf 45
2.2.4. Zeitlicher Verlauf des Elektrizitäts- und Fernwärmebedarfs 53
0 Inhaltsverzeichnis
3. Technologische Ausstattung des Energieversorgungssystems und
Handlungsmöglichkeiten 57
3.1. Elektrizitäts- und Fernwärmeerzeugung im Kraftwerksverbund 57
3.1.1. Kernkraftwerke 59
3.1.2. Konventionelle thermische Kraftwerke 62
3.1.3. Pumpspeicherwerk 64
3.1.4. Heizkraftwerke 66
3.1.5. Heizwerke 69
3.2. Dezentrale Elektrizitäts- und Nahwärmeerzeugung - Erneuerbare
Energien und Blockheizkraftwerke 71
3.2.1. Zeitlich fluktuierende Netzeinspeisung von Elektrizität 71
3.2.2. Windkraft 74
3.2.3. Photovoltaik 78
3.2.4. Dezentrale wärmegeführte Blockheizkraftwerke 81
3.3. Verteilung von Endenergieträgern 85
3.4. Verbrauchsnahe Bereitstellung von Nutzenergie 88
3.4.1. Niedertemperaturwärme 89
3.4.2. Hochtemperaturwärme 94
3.4.3. Mechanische Energie, Beleuchtung sowie Informations- und
Kommunikationsanwendungen 95
3.5. Überregionaler und internationaler Stromhandel 98
4. Das energiewirtschaftliche Planungsmodell Nordev 101
4.1. Modellkonzept und Zielsystem 101
4.2. Modellierungsumgebung und verwendete Notation 105
4.3.Modellformulierung 108
4.3.1. Nebenbedingungen 108
4.3.2. Zielfunktion 120
Inhaltsverzeichnis 11
5. Planungsrechnungen mit Parameter- und Strategie-Szenarien 123
5.1. Szenariotechnik 123
5.2. Festlegungen ausgewählter exogener Parameter 125
5.2.1. Prognose der Nutzenergienachfrage 125
5.2.2. Entwicklung der Energieträgerpreise 127
5.2.3. CO2-EmissionskoefFizienten 129
5.3. Strategie-Szenarien 130
5.3.1. Referenz-Szenario 130
5.3.2. Kernkraftausstieg 145
5.3.3. CO2-Emissionsminderung 150
5.3.4. Kernkraftausstieg und CC^-Minderung 156
5.3.5. Berücksichtigung von Stromexporten 163
6. Abschliessende Betrachtungen 167
Literaturverzeichnis 173
Symbole der Modellformulierung 187
Energieträger 187
Umwandlungsanlagen: Primär- in Sekundärenergie 189
Endenergieträger und deren Umwandlung in Nutzenergie 192
Planungsregionen 194
Zeitlich fluktuierende Einspeisung von Elektrizität 194
Energieträgernach Regionen 195
Umwandlungssektor in den Regionen 197
Endenergie-Distribution in den Regionen 201
Nutzenergie-Technologien in den Regionen 201
Tabellenverzeichnis
Tabelle 2-1: Primärenergieverbrauch in Hamburg 1997 42
Tabelle 2-2: Primärenergieverbrauch in Schleswig-Holstein 1997 42
Tabelle 2-3: Energiebedingte CCVEmissionen 43
Tabelle 2-4: Elektrizitätsaufkommen nach eingesetzten Energieträgern
1995 44
Tabelle 2-5: Endenergieverbrauch nach Energieträgern 46
Tabelle 2-6: Endenergieverbrauch nach Verbrauchssektoren 47
Tabelle 2-7: Elektrizitätsbedarf nach Lastbereichen 54
Tabelle 3-1: Kernkraftwerke im Untersuchungsgebiet 59
Tabelle 3-2: Kernkraftwerke: Bestand und Zubauoptionen 62
Tabelle 3-3: Kraftwerke in Schleswig-Holstein: Bestand und Zubauop¬
tionen 63
Tabelle 3-4: Kraftwerke in Hamburg: Bestand und Zubauoptionen 64
Tabelle 3-5: Pumpspeicherwerk Geesthacht 66
Tabelle 3-6: Heizkraftwerke in Schleswig-Holstein: Bestand und Zu¬
bauoptionen 67
Tabelle 3-7: Heizkraftwerke in Hamburg: Bestand und Zubauoptionen... 68
Tabelle 3-8: Heizwerke in Schleswig-Holstein: Bestand und Zubauop¬
tionen 70
Tabelle 3-9: Heizwerke in Hamburg: Bestand und Zubauoptionen 71
Tabelle 3-10: Windkraftanlagen: Leistungskredit, Überschußstrom und
Lastbereiche 75
Tabelle 3-11: Windkraftanlagen in Schleswig-Holstein: Bestand und
Zubauoptionen 77
Tabelle 3-12: Windkraftanlagen in Hamburg: Bestand und Zubauoptio¬
nen 78
Tabelle 3-13: Photovoltaikanlagen: Leistungskredit, Überschußstrom
und Lastbereiche 79
] fo Tabellenverzeichnis
Tabelle 3-14: Photovoltaik in Schleswig-Holstein: Bestand und Zubau¬
optionen 80
Tabelle 3-15: Photovoltaik in Hamburg: Bestand und Zubauoptionen 81
Tabelle 3-16: BHKW: Leistungskredit, Überschußstrom und Lastberei¬
che 83
Tabelle 3-17: BHKW in Schleswig-Holstein: Bestand und Zubauoptio¬
nen 84
Tabelle 3-18: BHKW in Hamburg: Bestand und Zubauoptionen 85
Tabelle 3-19: Verteilung von Endenergieträgern in Schleswig-Holstein:
Bestand und Zubauoptionen 87
Tabelle 3-20: Verteilung von Endenergieträgern in Hamburg: Bestand
und Zubauoptionen 88
Tabelle 3-21: Anlagen zur Bereitstellung von Niedertemperaturwärme in
Schleswig-Holstein: Bestand und Zubauoptionen 92
Tabelle 3-22: Anlagen zur Bereitstellung von Niedertemperaturwärme in
Hamburg: Bestand und Zubauoptionen 93
Tabelle 3-23: Anlagen zur Bereitstellung von Hochtemperaturwärme in
Schleswig-Holstein: Bestand und Zubauoptionen 94
Tabelle 3-24: Anlagen zur Bereitstellung von Hochtemperaturwärme in
Hamburg: Bestand und Zubauoptionen 95
Tabelle 3-25: Anlagen zur Bereitstellung sonstiger Nutzenergiebedarfe
in Schleswig-Holstein: Bestand und Zubauoptionen 97
Tabelle 3-26: Anlagen zur Bereitstellung sonstiger Nutzenergiebedarfe
in Hamburg: Bestand und Zubauoptionen 98
Tabelle 5-1: Historische und für den Planungszeitpunkt erwartete Nut¬
zenergiebedarfe 126
Tabelle 5-2: Energieträgerpreis-Szenarien 129
Tabelle 5-3: C02-Emissionskoeffizienten 130
Tabelle 5-4: Ausgaben im Referenzfall ohne bzw. mit Mindestkapazi¬
täten auf Windkraftanlagen, Photovoltaik (PV) und Block¬
heizkraftwerke 133
Tabellenverzeichnis 17
Tabelle 5-5: Endenergieeinsatz nach Anwendungsbereichen im Refe¬
renz-Szenario bei mittleren Energiepreisen 134
Tabelle 5-6: Endenergieeinsatz zur Niedertemperaturwärme-
Bereitstellung im Jahre 1997 und im Referenz-Szenario 135
Tabelle 5-7: Niedertemperaturwärme-Bereitstellung nach Technologien
im Referenz-Szenario bei mittleren Energiepreisen 136
Tabelle 5-8: Endenergieverbrauch brutto (inklusive Transportverlust)
im Jahre 1997 und im Referenz-Szenario 137
Tabelle 5-9: Elektrizitätserzeugung nach Erzeugungstechnologien im
Referenz-Szenario 138
Tabelle 5-10: Elektrizitätserzeugung nach eingesetzten Energieträgern
im Referenz-Szenario 140
Tabelle 5-11: Fernwärmeerzeugung nach Erzeugungstechnologien im
Referenz-Szenario 141
Tabelle 5-12: Fernwärmeerzeugung nach eingesetzten Energieträgern im
Referenz-Szenario 142
Tabelle 5-13: Primärenergieverbrauch im Referenz-Szenario 144
Tabelle 5-14: COa-Emissionen im Referenz-Szenario 144
Tabelle 5-15: Energiebedingte CO2-Emissionen ohne Verkehrssektor für
das Basisjahr 1990 und das Planungsjahr 2010 145
Tabelle 5-16: Elektrizitätserzeugung nach eingesetzten Energieträgern
im Kernkraftausstiegs-Szenario 147
Tabelle 5-17: Primärenergieverbrauch im Kernkraftausstiegs-Szenario 148
Tabelle 5-18: COi-Emissionen im Kernkraftausstiegs- und im Referenz-
Szenario 149
Tabelle 5-19: Ausgaben im Kernkraftausstiegs- und im Referenz-
Szenario 149
Tabelle 5-20: Niedertemperaturwärme-Bereitstellung nach Technologien
im CO2-Minderungs-Szenario bei hohen Energiepreisen 151
Tabelle 5-21: Endenergieverbrauch brutto (inklusive Transportverlust)
im CC 2-Minderungs-Szenario bei hohen Energiepreisen 152
1 g Tabellenverzeichnis
Tabelle 5-22: Elektrizitätserzeugung nach eingesetzten Energieträgern
im CO2-Minderungs-Szenario 152
Tabelle 5-23: Fernwärmeerzeugung nach Energieträgern im CO2-Minde-
rungs-Szenario 153
Tabelle 5-24: Primärenergieverbrauch im CO2-Minderungs-Szenario 154
Tabelle 5-25: Ausgaben im CC^-Minderungs- und im Referenz-Szenario. 155
Tabelle 5-26: Niedertemperaturwärme-Bereitstellung nach Technologien
im Referenz-Szenario sowie im Szenario Kernkraftaus¬
stieg und CC 2-Minderung bei mittleren Energiepreisen 157
Tabelle 5-27: Endenergieverbrauch brutto (inklusive Transportverlust)
im Referenz-Szenario sowie im Szenario Kernkraftaus¬
stieg und CO2-Minderung bei mittleren Energiepreisen 158
Tabelle 5-28: Elektrizitätserzeugung nach eingesetzten Energieträgern
im Szenario Kernkraftausstieg und CO2-Minderung 159
Tabelle 5-29: Fernwärmeerzeugung nach eingesetzten Energieträgern
bei mittleren Energiepreisen im Szenario Kernkraftaus¬
stieg und CO2-Minderung 160
Tabelle 5-30: Primärenergieverbrauch im Szenario Kernkraftausstieg
und CO2-Minderung bei niedrigen Energiepreisen 161
Tabelle 5-31: Ausgaben im Szenario Kernkraftausstieg und CO2-
Minderung und im Referenz-Szenario 162
Tabelle 5-32: Ausgaben für das Energieversorgungssystem mit bzw. oh¬
ne Berücksichtigung von Stromexporten bei mittleren
Energiepreisen 165
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1-1: Modellbildung 34
Abbildung 2-1: Elektrizitätsversorgung der Untersuchungsregion 45
Abbildung 2-2: End- und Nutzenergiebedarf in Schleswig-Holstein 1997.... 49
Abbildung 2-3: Endenergieträgerverbrauch im Untersuchungsgebiet 1997.. 50
Abbildung 2-4: End-und Nutzenergiebedarf in Hamburg 1997 52
Abbildung 2-5: Jahresdauerlinien der inländischen Elektrizitätsnachfrage
in Schleswig-Holstein und Hamburg für das Jahr 1997 53
Abbildung 2-6: Mittlere Jahresdauerlinie des Fernwärmebedarfs der Jahre
1993-97 in Hamburg 56
Abbildung 3-1: Beispielhafte Kalkulation der spezifischen fixen Ausga¬
ben 61
Abbildung 3-2: Pumpspeicherwerk Geesthacht - Regelbetrieb im hy¬
draulischen Wasserkurzschluß 65
Abbildung 3-3: Windstromeinspeisung: Kennlinien des Überschußstro¬
manteils, des Leistungskredits und der Aufteilung der er¬
zeugten Elektrizität auf Lastbereiche 74
Abbildung 3-4: Frequenzsynchrone Gebiete in Europa 99
Abbildung 4-1: Überblick der Umwandlungsketten im Energie-
Emissions-Modell Nordev 103
Abbildung 5-1: Optimierende versus simulierende Energiemodelle 124
Abbildung 5-2: Entwicklung des Endenergieverbrauchs in Schleswig-
Holstein und Hamburg 125
Abbildung 5-3: Installierte Nettoleistung, Jahr der Inbetriebnahme und
rechnerische Laufzeit bestehender Kernkraftwerke 130
Abbildung 5-4: Elektrizitätserzeugung nach ausgewählten Energieträgern
im Referenz-Szenario 141
Abbildung 5-5: Elektrizitätserzeugung nach ausgewählten Energieträgern
im Kernkraftausstiegs-Szenario 147
Abbildung 5-6: Elektrizitätserzeugung nach ausgewählten Energieträgern
im CO2-Minderungs-Szenario 153
20 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 5-7: Austauschrelationen zwischen den ausgaben- und emissi¬
onsminimalen Versorgungsstrategien unter Berücksichti¬
gung der Kernenergie 156
Abbildung 5-8: Elektrizitätserzeugung nach ausgewählten Energieträgern
im Szenario Kernkraftausstieg und CCVMinderung 159
Abbildung 5-9: Austauschrelationen zwischen den ausgaben- und emissi¬
onsminimalen Versorgungsstrategien ohne bzw. mit Be¬
rücksichtigung der Kernenergie 163
Abbildung 6-1: Ausgaben für das Energieversorgungssystem im Pla¬
nungsjahr 2010 nach Strategie- und Energiepreis-
Szenarien 168
Abbildung 6-2: Mittlere Anteile ausgewählter Primärenergieträger nach
Strategie-Szenarien 169
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