Neue Technologien zur Kohlendioxid-Abscheidung und -Speicherung (Carbon Capture and Storage - CCS) haben das Ziel, eine klimaschonendere Energiegewinnung aus Kohle zu ermöglichen. Für sichere und wirtschaftliche CCS-Konzepte stellt TÜV SÜD auf der PowerGen in Amsterdam ein ganzheitliches Leistungspaket vor. Hersteller und Betreiber von technischen Anlagen können sich vom 8. bis 10. Juni 2010 über die optimale Abscheidung, Messung und Speicherung von CO2 informieren (Halle 1, Stand F 70).
TÜV SÜD begleitet Anlagenhersteller und Betreiber bei der Umsetzung von CCS-Konzepten über die gesamte Prozesskette. Dazu zählen ganzheitliche Lebenszyklus- und Risikoanalysen für die wirtschaftliche Integration der Technologie ins Kraftwerk, aber auch die messtechnische Unterstützung beim Transport des CO2. Hinzu kommt die Begleitung der Genehmigungsverfahren für die Gesamtsysteme von der Abscheidung über den Transport bis zur CO2-Speicherung.
Abscheideanlagen: Integration ins Gesamtkraftwerk
"Die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid aus dem Rauchgas von Kraftwerken (CCS) bietet zwar die Möglichkeit, die unmittelbar klimawirksamen Emissionen deutlich zu reduzieren", sagt Hans Christian Schröder, Branchenmanager Kraftwerke bei der TÜV SÜD Industrie Service GmbH. "Aber die Technologie stellt Anlagenbetreiber auch vor besondere Herausforderungen bei der sicheren technischen und wirtschaftlichen Umsetzung." So beläuft sich beispielsweise die Investition in die nachträgliche Integration von CCS mittels Post-Combustion in ein 800-MW-Kraftwerk auf 300 bis 400 Millionen Euro - und damit auf knapp die Hälfte der Investitionskosten für das Kraftwerk selbst. Deshalb ist nach Aussage von Schröder für eine wirtschaftliche Integration von CCS eine ganzheitliche Lebenszykluskosten- und Risikoanalyse erforderlich. Darunter fallen auch Wartung und Instandhaltung, Anlagenverfügbarkeit sowie Transportsystem und geeignete Speicher - inklusive der technischen Komponenten wie Absorber, Wärmetauscher oder CO2-Verdichter. Neben besonderen Investitionskosten fallen auch erhöhte Aufwendungen für den Betrieb an, gibt der Kraftwerksexperte zu bedenken. Pro Stunde sind beispielsweise bei einem Rauchgasstrom von drei Millionen Kubikmetern allein für die chemischen Prozesse derzeit noch bis zu 3.000 Euro aufzuwenden. Das betrifft insbesondere den Austausch des "CO2-Waschmittels" in wiederkehrenden Abständen.
Transport-Pipelines: CO2-Massestrom und Reinheit messen
"Kohlendioxid abzuscheiden und langfristig zu speichern lohnt sich nur, wenn ein geeignetes Transportsystem zur Verfügung steht", erklärt Walter Pfundt, Experte für Bauüberwachung bei TÜV SÜD Industrie Service. Nur selten liegen die Speicherreservoire in der Nähe der Kraftwerksstandorte. "Zu den sichersten und effizientesten großindustriellen Lösungen für den Transport zählen Pipelines", so Pfundt weiter. Für den Transport werde das CO2 unter hohem Druck verflüssigt. Bestehende Leitungssysteme kommen hierfür nicht in Frage. Der Druck von bis zu 200 bar macht im Gegensatz zum Erdgas-Netz (60-100 bar) andere Rohrabmessungen mit größeren Wanddicken erforderlich. Zudem sind mehrere Einspeisestellen notwendig.
Eine zentrale Herausforderung beim Transport über Pipelines ist die exakte Bestimmung von Massenbeziehungsweise Volumenstrom, Konzentration und Reinheitsgrad des hochverdichteten Gases. Die ständige Überwachung der abgeschiedenen, transportierten und verpressten Menge an CO2 ist nicht nur für die schnelle Erkennung von Leckagen, sondern auch für den Emissionshandel unverzichtbar. In einer vom Umweltbundesamt in Auftrag gegebenen Studie hat TÜV SÜD Industrie Service den derzeitigen Stand der Messtechnik bewertet und die noch zu lösenden Herausforderungen dargestellt. So fordern die Europäischen Monitoring and Reporting Guidelines für den Emissionshandel beispielsweise Messunsicherheiten von bis zu weniger als 1,5 Prozent. Die verwendeten Messeinrichtungen müssen eine hohe Messgenauigkeit aufweisen und sehr korrosionsbeständig sein und dürfen nur geringe Druckverluste verursachen. "Das Beispiel eines durchschnittlichen deutschen Kohlekraftwerks mit durchschnittlicher Leistung zeigt, dass sich Ungenauigkeiten auch erheblich auf den Zertifikate-Handel auswirken können", sagt Kathrin Petrat, Leiterin des Innovationsprojekts CCS bei TÜV SÜD Industrie Service. "Eine Messunsicherheit von einem Prozent entspricht bei einer Anlage mit einer CO2-Jahresemission von acht Millionen Tonnen und dem derzeitigen Preis von rund 15 Euro pro Tonne Kohlendioxid bereits einem Zertifikate-Wert von 1,2 Millionen Euro."
Speicher: Überwachung per Satellit und mit kombinierenden Technologien
Nach Abtrennung aus dem Rauchgas und dem Transport soll das Kohlendioxid in Zukunft dauerhaft in tief liegenden geologischen Formationen wie ausgeförderten Öl- und Gasfeldern und vor allem salinen Aquiferen (poröses mit salzhaltigem Wasser gefülltes Sedimentgestein) eingelagert werden. "Für die zuverlässige Überwachung eines untertägigen CO2-Speichers müssen verschiedenste Technologien richtig kombiniert werden", betont Petrat. "Dazu gehören Überwachungstechnologien im Untergrund, aber auch atmosphärische und oberflächennahe Monitoringsysteme. Entscheidend ist eine ausreichende Zahl an Messsystemen, die räumlich sinnvoll aufeinander abgestimmt werden und in geeigneten Messintervallen zum Einsatz kommen."
Die Überwachung der Speicher muss gemäß der europäischen CCS-Richtlinie einerseits an der Injektionsstelle erfolgen, aber auch Aussagen über Migrationswege und Druckverhalten des Kohlendioxids im Untergrund zulassen. Eine kostengünstige großflächige Überwachung untertägiger CO2-Speicher kann beispielsweise durch den Einsatz von Radarsatelliten erfolgen. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens der European Space Agency (ESA) unter Leitung der EADS-Tochter Infoterra und mit Beteiligung eines führenden deutschen Energieversorgers hat TÜV SÜD diese Methode im Vergleich zu anderen möglichen Monitoringmethoden evaluiert. Bewertet wurde unter anderem Aussagekraft, Kosten und technologischer Reifegrad. Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass sich durch die Verpressung von CO2 und der Druckausbreitung im Untergrund an der Oberfläche minimale Hebungen ausprägen. Die radarinterferometrische Auswertung zeitlich versetzter Aufnahmen des Radarsatelliten kann diese Hebungen unter optimalen Bedingungen bis in den Millimeterbereich hinein räumlich darstellen. So zeichnen sich lateral Bereiche ab, die eine Druckerhöhung infolge der CO2-Migration erfahren. Komplementäre geophysikalische Untersuchungsverfahren an der Oberfläche oder im Untergrund können gezielter und kostengünstiger eingesetzt werden.
TÜV SÜD begleitet CCS-Projekte mit integrierten Systemanalysen und kombiniert technisches, betriebswirtschaftliches, geologisches und juristisches Knowhow. Interdisziplinäre Expertenteams beraten beim Bau von künftigen CO2-Pipelines neutral als technische Mediatoren oder unterstützen beim Baucontrolling. Weitere Leistungen sind die Evaluation geeigneter Messverfahren zur optimalen Umsetzung einer CO2-Infrastruktur. Betreiber von künftigen CO2-Speichern profitieren von technisch machbaren und wirtschaftlichen Überwachungskonzepten und einer sinnvollen Kombination geophysikalischer Monitoringmethoden sowie von der Begleitung beim Genehmigungsverfahren für die Gesamtanlage.
Neben den Leistungen zur CCS-Technologie präsentiert TÜV SÜD auf der PowerGen 2010 ein ganzheitliches Leistungspaket für Betreiber von solarthermischen Kraftwerken, Windparks und 700-Grad-Kraftwerken. Umfassende Informationen zu den Dienstleistungen stehen im Internet unter www.tuev-sued.de/is
TÜV SÜD begleitet Anlagenhersteller und Betreiber bei der Umsetzung von CCS-Konzepten über die gesamte Prozesskette. Dazu zählen ganzheitliche Lebenszyklus- und Risikoanalysen für die wirtschaftliche Integration der Technologie ins Kraftwerk, aber auch die messtechnische Unterstützung beim Transport des CO2. Hinzu kommt die Begleitung der Genehmigungsverfahren für die Gesamtsysteme von der Abscheidung über den Transport bis zur CO2-Speicherung.
Abscheideanlagen: Integration ins Gesamtkraftwerk
"Die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid aus dem Rauchgas von Kraftwerken (CCS) bietet zwar die Möglichkeit, die unmittelbar klimawirksamen Emissionen deutlich zu reduzieren", sagt Hans Christian Schröder, Branchenmanager Kraftwerke bei der TÜV SÜD Industrie Service GmbH. "Aber die Technologie stellt Anlagenbetreiber auch vor besondere Herausforderungen bei der sicheren technischen und wirtschaftlichen Umsetzung." So beläuft sich beispielsweise die Investition in die nachträgliche Integration von CCS mittels Post-Combustion in ein 800-MW-Kraftwerk auf 300 bis 400 Millionen Euro - und damit auf knapp die Hälfte der Investitionskosten für das Kraftwerk selbst. Deshalb ist nach Aussage von Schröder für eine wirtschaftliche Integration von CCS eine ganzheitliche Lebenszykluskosten- und Risikoanalyse erforderlich. Darunter fallen auch Wartung und Instandhaltung, Anlagenverfügbarkeit sowie Transportsystem und geeignete Speicher - inklusive der technischen Komponenten wie Absorber, Wärmetauscher oder CO2-Verdichter. Neben besonderen Investitionskosten fallen auch erhöhte Aufwendungen für den Betrieb an, gibt der Kraftwerksexperte zu bedenken. Pro Stunde sind beispielsweise bei einem Rauchgasstrom von drei Millionen Kubikmetern allein für die chemischen Prozesse derzeit noch bis zu 3.000 Euro aufzuwenden. Das betrifft insbesondere den Austausch des "CO2-Waschmittels" in wiederkehrenden Abständen.
Transport-Pipelines: CO2-Massestrom und Reinheit messen
"Kohlendioxid abzuscheiden und langfristig zu speichern lohnt sich nur, wenn ein geeignetes Transportsystem zur Verfügung steht", erklärt Walter Pfundt, Experte für Bauüberwachung bei TÜV SÜD Industrie Service. Nur selten liegen die Speicherreservoire in der Nähe der Kraftwerksstandorte. "Zu den sichersten und effizientesten großindustriellen Lösungen für den Transport zählen Pipelines", so Pfundt weiter. Für den Transport werde das CO2 unter hohem Druck verflüssigt. Bestehende Leitungssysteme kommen hierfür nicht in Frage. Der Druck von bis zu 200 bar macht im Gegensatz zum Erdgas-Netz (60-100 bar) andere Rohrabmessungen mit größeren Wanddicken erforderlich. Zudem sind mehrere Einspeisestellen notwendig.
Eine zentrale Herausforderung beim Transport über Pipelines ist die exakte Bestimmung von Massenbeziehungsweise Volumenstrom, Konzentration und Reinheitsgrad des hochverdichteten Gases. Die ständige Überwachung der abgeschiedenen, transportierten und verpressten Menge an CO2 ist nicht nur für die schnelle Erkennung von Leckagen, sondern auch für den Emissionshandel unverzichtbar. In einer vom Umweltbundesamt in Auftrag gegebenen Studie hat TÜV SÜD Industrie Service den derzeitigen Stand der Messtechnik bewertet und die noch zu lösenden Herausforderungen dargestellt. So fordern die Europäischen Monitoring and Reporting Guidelines für den Emissionshandel beispielsweise Messunsicherheiten von bis zu weniger als 1,5 Prozent. Die verwendeten Messeinrichtungen müssen eine hohe Messgenauigkeit aufweisen und sehr korrosionsbeständig sein und dürfen nur geringe Druckverluste verursachen. "Das Beispiel eines durchschnittlichen deutschen Kohlekraftwerks mit durchschnittlicher Leistung zeigt, dass sich Ungenauigkeiten auch erheblich auf den Zertifikate-Handel auswirken können", sagt Kathrin Petrat, Leiterin des Innovationsprojekts CCS bei TÜV SÜD Industrie Service. "Eine Messunsicherheit von einem Prozent entspricht bei einer Anlage mit einer CO2-Jahresemission von acht Millionen Tonnen und dem derzeitigen Preis von rund 15 Euro pro Tonne Kohlendioxid bereits einem Zertifikate-Wert von 1,2 Millionen Euro."
Speicher: Überwachung per Satellit und mit kombinierenden Technologien
Nach Abtrennung aus dem Rauchgas und dem Transport soll das Kohlendioxid in Zukunft dauerhaft in tief liegenden geologischen Formationen wie ausgeförderten Öl- und Gasfeldern und vor allem salinen Aquiferen (poröses mit salzhaltigem Wasser gefülltes Sedimentgestein) eingelagert werden. "Für die zuverlässige Überwachung eines untertägigen CO2-Speichers müssen verschiedenste Technologien richtig kombiniert werden", betont Petrat. "Dazu gehören Überwachungstechnologien im Untergrund, aber auch atmosphärische und oberflächennahe Monitoringsysteme. Entscheidend ist eine ausreichende Zahl an Messsystemen, die räumlich sinnvoll aufeinander abgestimmt werden und in geeigneten Messintervallen zum Einsatz kommen."
Die Überwachung der Speicher muss gemäß der europäischen CCS-Richtlinie einerseits an der Injektionsstelle erfolgen, aber auch Aussagen über Migrationswege und Druckverhalten des Kohlendioxids im Untergrund zulassen. Eine kostengünstige großflächige Überwachung untertägiger CO2-Speicher kann beispielsweise durch den Einsatz von Radarsatelliten erfolgen. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens der European Space Agency (ESA) unter Leitung der EADS-Tochter Infoterra und mit Beteiligung eines führenden deutschen Energieversorgers hat TÜV SÜD diese Methode im Vergleich zu anderen möglichen Monitoringmethoden evaluiert. Bewertet wurde unter anderem Aussagekraft, Kosten und technologischer Reifegrad. Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass sich durch die Verpressung von CO2 und der Druckausbreitung im Untergrund an der Oberfläche minimale Hebungen ausprägen. Die radarinterferometrische Auswertung zeitlich versetzter Aufnahmen des Radarsatelliten kann diese Hebungen unter optimalen Bedingungen bis in den Millimeterbereich hinein räumlich darstellen. So zeichnen sich lateral Bereiche ab, die eine Druckerhöhung infolge der CO2-Migration erfahren. Komplementäre geophysikalische Untersuchungsverfahren an der Oberfläche oder im Untergrund können gezielter und kostengünstiger eingesetzt werden.
TÜV SÜD begleitet CCS-Projekte mit integrierten Systemanalysen und kombiniert technisches, betriebswirtschaftliches, geologisches und juristisches Knowhow. Interdisziplinäre Expertenteams beraten beim Bau von künftigen CO2-Pipelines neutral als technische Mediatoren oder unterstützen beim Baucontrolling. Weitere Leistungen sind die Evaluation geeigneter Messverfahren zur optimalen Umsetzung einer CO2-Infrastruktur. Betreiber von künftigen CO2-Speichern profitieren von technisch machbaren und wirtschaftlichen Überwachungskonzepten und einer sinnvollen Kombination geophysikalischer Monitoringmethoden sowie von der Begleitung beim Genehmigungsverfahren für die Gesamtanlage.
Neben den Leistungen zur CCS-Technologie präsentiert TÜV SÜD auf der PowerGen 2010 ein ganzheitliches Leistungspaket für Betreiber von solarthermischen Kraftwerken, Windparks und 700-Grad-Kraftwerken. Umfassende Informationen zu den Dienstleistungen stehen im Internet unter www.tuev-sued.de/is
