Wasserkraft in der EU-Taxonomie
Dipl.-Ing. Dr. Mario Bachhiesl
Als Grundlage für die Weiterentwicklung der EU-Strategie für ein nachhaltiges Finanzwesen wurde im Jahr 2020 die Verordnung (EU) 2020/852 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Einrichtung eines Rahmens zur Erleichterung nachhaltiger Investitionen („EU-Taxonomie-Verordnung“) verabschiedet. Seitdem ist eine stetig steigende Bedeutung der EU-Taxonomie zu beobachten, da sie als Katalysator für Investitionen in unsere gemeinsame nachhaltige Zukunft dienen soll. Die Relevanz der Taxonomie für den Erneuerbaren-Sektor (einschließlich Eigentümer, Betreiber und Lieferanten) ist beachtlich: Mit der EU-Taxonomie-Verordnung wurden neue gesetzliche Anforderungen an die nicht finanzielle Berichterstattung von Unternehmen gesetzt, und es wird erwartet, dass die Kriterien in der EU-Taxonomie-Verordnung zunehmend für verschiedene Richtlinien (z. B. für Finanzierungsinstrumente oder grüne Anleihen) angewendet werden. Darüber hinaus scheint es wahrscheinlich, dass die Wahrnehmung der Öffentlichkeit und des Finanzsektors in Bezug auf die Nachhaltigkeit wirtschaftlicher Aktivitäten weitgehend davon abhängen wird, ob eine solche Aktivität als „taxonomiekonform“ eingestuft wird oder nicht.
Bestimmungsfaktoren der globalen Entwicklung von Energieverbrauch und CO2-Emissionen – Bewertung der Wirkung verschiedener Instrumente zur Einhaltung der Pariser Klimabeschlüsse sowie von Grenzausgleichsmechanismen zur Aufrechterhaltung der Wettbewerbsfähigkeit der Industrie in der EU
Hans-Wilhelm Schiffer und Stefan Ulreich
In dem vorliegenden Beitrag wird die weltweite Entwicklung von Höhe und Struktur des Energieverbrauchs sowie der CO2-Emissionen unter Ausweis der zentralen Einflussparameter – differenziert nach Staaten – dargelegt. Vor diesem generellen Hintergrund werden Ansätze zur Erfüllung der in Paris vereinbarten Klimaziele bewertet. Dazu gehören die verstärkte explizite und implizite Bepreisung von CO2, die Verteilung des verbleibenden globalen CO2-Budgets auf Staaten pro Kopf der Bevölkerung, die Fokussierung auf Nationally Determined Contributions, und – für die Europäische Union – das Fit-for-55 Package. Aus dem letztgenannten Paket wird der Vorschlag der EU-Kommission zur Einführung eines Grenzausgleichssystems in Bezug auf die Rolle bewertet, die dieses Instrument für den Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie zu leisten in der Lage sein könnte. Hierzu werden Beispielrechnungen für die Produkte Zement und Aluminium vorgelegt – ergänzt um Darlegungen zu der Lenkungswirkung einer Besteuerung von Energieerzeugnissen, die im privaten Haushaltssektor genutzt werden. Im Fazit wird eine international vergleichbar hohe Bepreisung von CO2 als Lösungsansatz zur Schaffung eines Level-Playing-Fields befürwortet.
Nachhaltigkeit als Rechtsprinzip in der Energiewirtschaft
Hans-Peter Schwintowski
Am 04.06.2021 hat die Europäische Kommission den Entwurf für eine Delegierte Verordnung (DV) zur Festlegung der technischen Bewertungskriterien für Nachhaltigkeit vorgelegt. Auf diese Weise soll bestimmt werden, ob eine Wirtschaftstätigkeit – zum Beispiel eines Gaskraftwerkes – wesentlich zum Klimaschutz beiträgt und dem Klimawandel vorbeugt. Die DV soll am 01.01.2022 in Kraft treten. Sie wäre dann in allen ihren Teilen verbindlich und würde unmittelbar in allen Mitgliedstaaten der EU gelten. Die DV ist ein wichtiger Baustein, um die Nachhaltigkeit im Sinne der Taxonomie-Verordnung (TVO)1 mit Leben zu erfüllen. Dort ist der Begriff der Nachhaltigkeit in Art. 3 definiert. In der hier vorzustellenden DV geht es um die technischen Bewertungskriterien, die letztlich darüber entscheiden, ob ein Unternehmen – und damit auch ein Energieerzeuger oder ein Netz- oder Speicherbetreiber – als nachhaltig im Sinne der TVO gilt.
Beitrag der deutschen Wasserkraftanlagen zur Momentanreserve
Martin Knechtges und Albert Moser
Durch den Strukturwandel hin zu einer klimaneutralen Stromerzeugung verändert sich die Erzeugungsstruktur in Deutschland und Europa. Dies führt zu einer Reduktion der rotierenden Massen durch den Wegfall von fossilen und nuklearen Kraftwerken und damit ihrer stabilisierenden Momentanreserven. Um Frequenzabweichungen und -gradienten nach Störungen auch zukünftig auf ein zulässiges Maß zu begrenzen, rückt die verfügbare Momentanreserve der verbleibenden Erzeugungsanlagen zunehmend in den Fokus der Übertragungsnetzbetreiber. So stellen auch Wasserkraftanlagen weiterhin Momentanreserve bereit. Im Rahmen dieser Studie wird daher der Beitrag der deutschen Wasserkraftanlagen zur Frequenzstabilisierung quantifiziert. Der Beitrag der deutschen Wasserkraftanlagen zur Momentanreserve erfolgt anhand zweier Kriterien: Zum einen wird die in den Wasserkraftanlagen gespeicherte kinetische Rotationsenergie mit der Rotationsenergie großer Kraftwerke verglichen. Zum anderen wird unter der idealisierten Annahme, dass die Momentanreserve gleichmäßig im Verhältnis der jeweiligen Last im europäischen Verbundnetz verteilt ist, der auf Deutschland bzw. Bayern entfallende Anteil eines Leistungsdefizits bestimmt, den die Momentanreserve der Wasserkraftanlagen in Deutschland bzw. Bayern gemeinsam mit dem Selbstregeleffekt der deutschen bzw. bayerischen Last noch auszuregeln vermag. Die Untersuchungen belegen, dass die kinetische Rotationsenergie der deutschen Wasserkraftanlagen in der Höhe vergleichbar mit denen eines großen Kernkraftwerks ist. Allein die Momentanreserve der deutschen Wasserkraftanlagen erlaubt gemeinsam mit dem Selbstregeleffekt der deutschen Last die Beherrschung eines Störereignisses, bei dem auf Deutschland ein auszuregelndes Leistungsdefizit in Höhe von 463 MW entfällt.
Malaysisches Wasserkraftwerk vertraut auf Sauer Compressors
Der „Tigerstaat“ Malaysia emanzipiert sich von fossilen Energien und hat die Ulu Jelai Power Station in Betrieb genommen. Das Wasserspeicherkraftwerk leistet erfolgreich seinen Beitrag zur Deckung der Spitzenlast und stabilisiert das Stromnetz. Sauer Compressors ist mit seinen leistungsstarken Kompressoren Teil dieses nachhaltigen Vorzeigeprojekts. Die Verdichter produzieren die Druckluft, mit der das Wasser aus den Turbinen geblasen wird.
Betreiber der 2016 eröffneten Ulu Jelai Power Station ist Tenaga Nasional Berhad, der einzige Energieversorger in Malaysia und einer der größten in Asien. Das Wasserspeicherkraftwerk mit einer maximalen Leistung von 372 MW liegt rund 150 Kilometer nördlich der Hauptstadt Kuala Lumpur im Cameron Highlands District. Ein 460 Meter langer und 88 Meter hoher Staudamm hält das aus drei Flüssen herangeführte Wasser zurück. In Zeiten erhöhten Energiebedarfs wird das Wasser aus dem Speicher abgelassen und auf Turbinen geleitet, die Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie antreiben.
Anlagenzwilling oder ältere Schwester?
Uwe Vogt
Wenn es nicht schon Heraklit vor rund 2500 Jahren getan hätte, spätestens die heutigen Kraftwerksbetreiber würden es in ähnliche Worte fassen: „Nichts ist so beständig wie der Wandel“. Denn Kraftwerke sind über ihren langen Lebenszyklus besonders vielen unvermeidlichen Änderungen ausgesetzt. Vermeidbar dagegen ist, dass die Anlagendokumentation mit jeder Änderung in der realen Anlage an Aktualität und damit an Wert verliert, weil händisches Nachtragen in den üblichen disziplinspezifischen Dokumentationstools wegen des Aufwands vernachlässigt wird. Betreiber wissen nur zu gut, wie wichtig ein verlässlicher As-built-Stand der Dokumentation ist. Von ihm hängen Qualität und Aufwand für Wartung und Umbauten maßgeblich ab, aber auch Betriebsgenehmigungen. Das war einer von vielen Gründen für die Aucotec AG, eine datenzentrierte Engineeringplattform zu entwickeln, die zum einen Änderungen eines Fachbereichs unmittelbar für alle anderen Disziplinen sichtbar macht, ohne Schnittstellen oder Übertragungen. Zum anderen ermöglicht das System, dass Geräte im Feld direkt ihren digitalen Zwilling, d.h. ihre Dokumentation informieren, wenn sie verändert oder getauscht wurden.
Energiespeicherung auf Basis fossiler Energieträger
Qian Zhu
Mit der Zunahme variabler erneuerbarer Energien wie Solar- und Windenergie ist die Energiespeicherung eine Voraussetzung für die erfolgreiche Entwicklung eines verlässlichen und flexiblen Stromnetzes. Energiespeichersysteme können zur Unterstützung des Netzes beitragen und einige der neuen Herausforderungen bewältigen, die sich durch die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien im Stromnetz ergeben. Das schnelle Wachstumsrate beim Einsatz von Netzspeichern wird sich fortsetzen. Die gesamte weltweit installierte Energiespeicherkapazität betrug im Jahr 2020 etwa 186,1 GW. Energiespeicher können als eigenständiges System betrieben oder mit Stromerzeugungsanlagen gekoppelt werden. Bei Kohlekraftwerken besteht die Möglichkeit, ein Speichersystem in die Kraftwerksanlagen zu integrieren, um einige betriebliche Vorteile wie eine verbesserte Flexibilität zu erzielen. Durch die Integration von Energiespeichern könnten auch Anforderungen an den flexiblen Betrieb von Kohlekraftwerken relativiert werden, so dass diese mit optimaler Leistung und Effizienz bei geringeren Umweltauswirkungen betrieben werden können. Die Forschung und Entwicklung zur Hybridisierung von Energiespeichern und fossil befeuerten Kraftwerken wird bereits seit Jahrzehnten betrieben. Im Jahr 2020 kündigte das USDOE im Rahmen seines Programms „Energy Storage for Fossil Power Generation“, um technologische Ansätze zur Integration fossiler Brennstoffe mit potenziellen Energiespeicheranwendungen zu erforschen.
Rechnergestützte Analyse der Wärmeübertragung von Rohren und Rohrbündeln mit überkritischem Wasser als Kühlmittel
Kashif Tehseen, Kamran Rasheed Qureshi, M. Abdul Basit, Rab Nawaz, Waseem Siddique und Rustam Khan
In dieser Arbeit werden die Auswirkungen der Ausrichtung eines Reaktorkerns auf die Wärmeübertragung bei superkritischen Bedingungen von Wasser entlang Rundrohre und Rohrbündel umfassend untersucht. Numerische Simulationen werden mit ANSYS FLUENT 14.0 für eine Reihe von Einlasstemperaturen sowohl entlang vertikaler als auch horizontaler Rohre unter Verwendung des RNG k-ε Turbulenzmodells mit optimierter Berücksichtigung der Phänomene an der Wand (y+<1) durchgeführt und die Ergebnisse werden mit den in der Literatur vorhandenen Ergebnissen abgeglichen. Die Phänomene der Verbesserung und Verschlechterung des Wärmeübergangs werden zusammen mit den Auswirkungen des Auftriebs und der Strömungsrichtung untersucht. Die Auswirkungen von Änderungen der Länge und des Durchmessers des beheizten Rohrs auf den Wärmeübergang werden ebenfalls untersucht. Es wurden numerische Simulationen für Rohrbündel durchgeführt und die Ergebnisse für vertikal nach oben, vertikal nach unten und horizontal ausgerichtete Kerne verglichen. Um den Rechenaufwand zu verringern, wird für die Simulationen horizontaler Strömungen die halbe Symmetrie verwendet.
Editorial
Wasserkraft in der EU-Taxonomie
Liebe Leserinnen und Leser,
als Grundlage für die Weiterentwicklung der EU-Strategie für ein nachhaltiges Finanzwesen wurde im Jahr 2020 die Verordnung (EU) 2020/852 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Einrichtung eines Rahmens zur Erleichterung nachhaltiger Investitionen („EU-Taxonomie-Verordnung“) verabschiedet. Seitdem ist eine stetig steigende Bedeutung der EU-Taxonomie zu beobachten, da sie als Katalysator für Investitionen in unsere gemeinsame nachhaltige Zukunft dienen soll. Die Relevanz der Taxonomie für den Erneuerbaren-Sektor (einschließlich Eigentümer, Betreiber und Lieferanten) ist beachtlich: Mit der EU-Taxonomie-Verordnung wurden neue gesetzliche Anforderungen an die nicht finanzielle Berichterstattung von Unternehmen gesetzt, und es wird erwartet, dass die Kriterien in der EU-Taxonomie-Verordnung zunehmend für verschiedene Richtlinien (z. B. für Finanzierungsinstrumente oder grüne Anleihen) angewendet werden. Darüber hinaus scheint es wahrscheinlich, dass die Wahrnehmung der Öffentlichkeit und des Finanzsektors in Bezug auf die Nachhaltigkeit wirtschaftlicher Aktivitäten weitgehend davon abhängen wird, ob eine solche Aktivität als „taxonomiekonform“ eingestuft wird oder nicht.
Die EU-Taxonomie-Verordnung wird durch den Delegierten Rechtsakt zum Klimawandel (C/2021/2800 final) ergänzt, in dem die technischen Screening-Kriterien festgelegt sind. Diese Kriterien dienen zur Bestimmung einerseits, unter welchen Bedingungen eine Wirtschaftstätigkeit als wesentlicher Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels oder zur Anpassung an den Klimawandel gilt und andererseits, ob diese Wirtschaftstätigkeit keinem der anderen Umweltziele erheblichen Schaden zufügt.
In Hinblick auf gleiche Wettbewerbsbedingungen für alle Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien hat vor allem die Wasserkraft deutlich mehr Kriterien als andere Erzeugungstechnologien zu erfüllen, die zum Teil noch von externen Parteien zu überprüfen sind. Dies führt sowohl zu einem zusätzlichen administrativen als auch zu einer finanziellen Belastung für die Wasserkraft.
Die neuen technischen Screening-Kriterien und die Do-No-Significant-Harm-Kriterien (DNSH) zum Klimaschutz und zur Anpassung an den Klimawandel für die Stromerzeugung aus Wasserkraft sind für die unmittelbare Nutzung und Anwendung unzureichend. Die Hauptgründe dafür sind, dass die delegierte Verordnung der Kommission die Komplexität und die Mehrzwecknutzung von Wasserkraft- und -Speicheranlagen nicht berücksichtigt und gleichzeitig neue Begriffe einführt, die bisher weder in EU-Gesetzgebung noch in technischen Normen definiert wurden.
Aus diesem Grund hat VGB PowerTech e.V. (VGB) als Vertreter der betroffenen Wasserkraftindustrie eine eingehende Diskussion innerhalb des Sektors initiiert, um sowohl ein gemeinsames Verständnis als auch abgestimmte Interpretationen der neuen Definitionen zu erreichen, und entwickelt derzeit eine VGB-Interpretationsschrift „EU Taxonomy & Hydropower: Criteria on Climate Change Mitigation as well as on Adaptation“ als ersten Schritt in diesem Dialogprozess. In dieser Interpretationsschrift werden Definitionen und Abgrenzungen für zahlreiche Begriffe wie Stromerzeugungsanlage, Laufwasserkraftwerk, Stausee, Pumpspeicherkraftwerk, Flusskörper, Leistungsdichte, Sanierung sowie Installation, Wartung und Instandhaltung vorschlagen. Darüber hinaus werden Hinweise zur Auslegung der DNSH-Kriterien 1 bis 6 gegeben.
Mit der Interpretationsschrift verfolgt der VGB das Ziel, die Anwendbarkeit der EU-Taxonomie-Verordnung zu verbessern und zu ermöglichen. Die vorgeschlagenen Definitionen und Anleitungen zur Anwendung der Nachhaltigkeitskriterien der EU-Taxonomie-Verordnung sollen eine sachgerechte und zügige Anwendung der Technischen Screening-Kriterien und der DNSH-Kriterien zum Klimaschutz sowie zur Anpassung an den Klimawandel für die Wasserkrafterzeugung und -speicherung ermöglichen. Da die Taxonomie und ihre Kriterien dynamisch sind, kann davon ausgegangen werden, dass die Interpretationsschrift basierend auf den Erfahrungen nach den ersten Anwendungen der recht komplexen und detaillierten Anforderungen auch in Zukunft weiter aktualisiert wird.
Ausgehend von einem wesentlichen Beitrag für die Anwendbarkeit der EU-Taxonomie-Verordnung dankt der VGB all seinen beteiligten Wasserkraft-Mitgliedern für die gemeinsame Erstellung der praxisorientierten Interpretationsschrift.
