11. Gr. der Gas- u. Wärmemä. Flashcards
Temperaturniveaus
?(1)? ( ?(2)? °C):
(In diesen Bereich zählen alle Prozesse für Temperaturen unter ?(2)?°C und werden damit hauptsächlich für Prozesse zur ?(3)? zum Waschen und zur Nahrungsmittelproduktion verwendet. Der Raumwärmebedarf der Industrie gehört zwar nicht zur Prozesswärme, fällt aber auch in diesen Temperaturbereich.
?(4)? (?(5)? °C):
Hierzu zählen alle Prozesse die zwischen einem Temüeraturniveau von ?(5)? liegen. Die Wärme wird zumeist mittels ?(6)? durch örtlich installierte Heizsysteme bereitgestellt.
?(7)? (?(8)? °C):
Temperaturen ?(8) °C werden bspw. für ?(9)? in der Keramik- und Metallindustrie benötigt. Die Bereitstellung dieser hohen Temperaturen stellt spezielle Anforderungen an die Heizsysteme. Oft wird hierzu auch ?(10)? verwendet.
(1) Niedertemperaturbereich
(2) < 100°C
(3) Warmwasseraufbereitung
(4) Mittlerer Temperaturbereich
(5) 100 und 400°C bis 500°C
(6) Dampfs
(7) Hoher Temperaturbereich
(8) > 500°C
(9) Herstellungsprozesse
(10) Strom
Beschreibe die Jahres-Verteilung für Wärmebedarf eines Einfamilienhauses in DE.
Nach-oben-geöffnete Parabel (wegen Raumwärme)
-> Scheitelpunkt im Sommer (Juli)
Jahresbedarf der Wärme für Brauchwarmwasser
-> nahezu konstant über Jahre
Beheizungsstruktur des Wohnungsbestandes in Deutschland 2022
Nenne die vertretenen Energieträger samt Anteile! (5)
Gas (ca. 50%)
Heizöl (ca. 25%)
Fernwärme (ca. 15%)
Elektro-Wärmepumpen (3%)
Strom (2,6%)
(Sonstige: 6,2%, z.B. Holzpellets)
(Entwicklung 1995-2021 -> siehe slide 7)
Beheizungsstruktur des Wohnungsneubaus in Deutschland!
1) Nenne die 3 Energieträger mit größten Anteil + Anteil!
1)
Elektro-Wärmepumpen (ca. 65%)
Fernwärme (ca. 23%)
Gas (ca. 5,4%)
(Die Entwicklung seit 2014 -> slide 6!
-> z.B. 2014 noch ca. 50% Gas bei Wohnungsneubau)
Im Neubau wird zunehmend auf klimafreundliche Technologieoptionen (Elektro-Wärmepumpe, Fernwärme, (Holzpellets) (?)) zurückgegriffen.
(Klimaneutral natürlich erst, wenn klimaneutrale Strom- und Fernwärmeproduktion.)
…
Die Beheizungsstruktur in DE basiert im Bestand zu über 75% auf fossilen Energieträgern.
Wahr/Falsch?
Wahr
Beschreibe die Struktur des Gasmarktes!
Typischerweise 3 Stufen:
Import und Produktion
-> Förderung im In- und Ausland)
Handel, Transport und Verteilung, Speicherung
-> Importeure, FNBs, Speichermarkt, Regional/Ortsgas-Gesellschaft
Endverbrauch
-> Kraftwerke (Elektrizität)
-> Industrie (Elektrizität, Prozess- und Raumwärme)
-> Haushalte (Prozess- und Raumwärme)
(siehe slide 11!)
Für was kann Prozesswärme im Haushalt benötigt werden?
z.B. Gasherde/-öfen in Küche
Beschreibe die voraussichtliche Entwicklung der Nachfrage auf dem deutschen Gasmarkt!
Insgesamt rückläufige Gasverbräuche
-> hauptsächlich bei der Bereitstellung von Raumwärme/Warmwasser von HH und GHD
-> Gründe: Umstellung der Heiztechnologien und Effizienzgewinne durch z.B. Sanieung der Gebäudedämmung
Sektorale Verschiebung der Gasverbräuche
-> Rückläufige Verbräuche in der Raumwärme
-> Anstieg der (industriellen) H2 Nachfrage und im Verkehrssektor
Aufkommen und Integration neuer erneuerbarer Gas
-> Regionale Erzeugung von H2 und Biomethan
-> Importe von H2
Rolle der Netze
-> Reduktion der Netzlänge vor allem in Nieder- und Mitteldruckstufen (aufgrund sinkender Nachfrage für Raumwärme und Warmwasser von HH und GHD (siehe auch oben))
-> Hochdruckstufen konstant aufgrund industrieller Nachfrage
(und teils Umwidmung Pipelines?)
Was versteht man unter dem Gas-zu-Gas Wettbewerb?
Bezeichnet die Wettbewerbsverhältnisse im Gasmarkt (Großhandel) nach der Liberalisierung
Gasanbieter stehen in direktem Wettbewerb mit konkurrierenden Lieferanten.
Voraussetzung ist der diskriminierungsfreie Zugang aller Anbieter und Verbraucher zu den Gasnetzen.
(Endkunden haben mittlerweile große Auswahl an vers. Gaslieferanten)
Gas-zu-Gas-Wettbewerb (Großhandel)
Seit 2021: Marktgebietsreduktion auf ein Marktgebiet (vor ursprünglich 15) in Deutschland für den Großhandel. Warum?
Liquiditätssteigerung
Beschreibe die Gaspreisentwicklung der letzten 10 Jahre!
Vor Russischen Angriffskrieg
- Industrie: ca. 2,5 - 3,5 ct/kWh
- Haushalt: ca. 5-6 ct/kWh
Durch Russischen Angriffskrieg starker Anstieg auf über 7 ct/kWh bei der Industrie und ~16 ct/kWh bei Haushalten.
In jüngster Zeit wieder abnehmende Tendenz, aber auf hohem Niveau.
- Industrie (2024): ~6ct/kWh
- Haushalte (2024): ~10 ct/kWh
(siehe slide 14)
Weltweit wird eine ?(1)? Erdgasnachfrage prognostiziert.
?(2)? Gaspreise trotz Erholung nach der Covid-Pandemie.
Wachstum in ?(3)?, unterstützt durch ?(4)?
(1) steigende
(2) volatile
(3) Schwellenmärkten und gasreichen Regionen wie Afrika und Asien
(4) LNG-Ausbau
Warum ist es problematisch Erdgas als Brückentechnologie anzusehen? (3)
Im Hinblick auf die Stromerzeugung hat Gas zwar aufgrund der geringeren CO2-Emissionen einen Vorteil gegenüber Kohle. Dennoch muss das folgende beachtet werden:
Es kommt zu Methan-Leakages bei der Gewinnung, Verarbeitung und dem Transport von Gas.
-> Methan hat höhere Klimawirksamkeit als CO2
(-> Dies wird häufig nicht bei den spezif. Emissionen mit eingerechnet.)
Außerdem können Lock-In-Effekte die Umstellung auf vollständige erneuerbare Systeme verlangsamen.
(-> Also, dass Anwender oder Produzenten aufgrund hoher Wechsel-, Such- oder Investitionskosten nicht auf andere Technologien wechseln)
Risk of stranded assets
Was versteht man unter…
1) Grünem H2
2) Blauem H2
3) Grauem H2
4) Weißem H2
1) Grüner Wasserstoff
-> Wasserstoff aus Wasserelektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Quellen
2) Blauer Wasserstoff
-> Gewinnung von Wasserstoff aus fossilen Quellen (z.B. Dampfreformation von Erdgas) und Abscheidung von CO2 über CCS
3) Grauer Wasserstoff
-> Gewinnung von Wasserstoff aus fossilen Quellen (z.B. Dampfreformation von Erdgas) ohne CCS
4) Weißer Wasserstoff
-> Natürlich vorkommender Wasserstoff
1) Wann ist der Einsatz von Wasserstoff in Sektoren sinnvoll?
2) In welchen Sektoren/Anwendungen ist der Einsatz von H2 (ökonomisch) sinnvoll?
1)
Der Einsatz von H2 ist dann sinnvoll, wenn:
- es keine Alternativen (also eig. direkte Elektrifizierung gemeint) zur Defossilisierung gibt
-> Grund: H2 teuer wegen Umwandlungsverlusten und hoher H2-Nachfrage
- wenn eine höhere volumetrische Energiedichte erforderlich ist (z.B. Schifffahrt)
(Erläuterung: Umwandlungsverluste bei: Strom «_space;H2 (Elektrolyse) «_space;eFuels (Elektrolyse+Fischer-Tropsch-Synthese)
-> hohe Umwandlungsverluste gehen mit hohen Kosten einher
Volumetrische Energiedichte: Strom < H2 < eFuels
)
2)
energieintensive Industrieanwendungen (mit hohen Temp.):
- Bsp. Stahl, Zement, Chemie
-> kaum elektr. Alternativen Verfügbar
Stromsektor:
- H2(-fähige)-KW als flexible Spitzenlast-KW
(-> Kraftwerksstrategie)
Mobilität:
- bei Flugverkehr und Schifffahrt wegen hoher volumetrischer Energiedichte sinnvoll
(- Weitere Umwandlungen durch z.B. Fischer-Tropsch-Synthese in eFuels ggf. sinnvoll)
(Weniger sinnvoll für PKW und LKW, da günstigere und effizientere elektrische Alternativen verfügbar)
Gehe auf die nationale Wasserstoffstrategie ein! (z.B. Grundlage, Vorhaben, Ziel)
Grundlage: Grüner Wasserstoff auf Basis der Elektrolyse (Spaltung von Wasser in Sauerstoff und H2 unter Einsatz von el. Energie)
Strategie setzt Handlungsrahmen. Vorhaben:
- Beschleunigter Markthochlauf von Wasserstoff
- Sicherstellung ausreichender Verfügbarkeit von H2 und seiner Derivate
- Aufbau einer leistungsfähigen Wasserstoffinfrastruktur
- Eigenständige Regulierung von Wasserstoffnetzen in Planung
Wasserstoff soll dort eingesetzt werden, wo es keine oder kaum elektrische Alternativen gibt.
((-> Luft- und Schifffahrt, Schwerlastverkehr, Industrieanwendungen (z.B. Stahl, Zement, Chemie, Raffinerien), Im Stromsektor zur Energieversorgungssicherheit, Gasnetze H2-ready machen, Im Wärmesektor nur als theoretische Option))
Ziel bis 2030: 10 GW heimische Elektrolysekapazität
((Erste Version 2020 entwickelt, im Juli 2023 fortgeschrieben und an aktuelle Entwicklungen angepasst!))
Erdgas spielt mindestens mittelfristig noch eine dominierende Rolle im Energiesystem
wahr/falsch?
wahr
(Stromerzeugung, Industrielle Prozesse, Raumwärme)
Beschreibe die Fernwärmeversorge.
Gehe dabei auf die Netze, Anbieter, Wettbewerb (+Folgen) und Klimaschutz ein.
Anbieter:
- i.d.R. vertikal-integrierte Monopolisten (meist Verteilnetzbetreiber und Lieferant gleiche Unternehmen, oft Stadtwerke)
- KWK-Anlagen (Bsp. BHKWs), Heizkraftwerke, Großwärmepumpen, Solarthermie-KW, usw.
Netze:
Sind in sich geschlossene, lokale wasser- oder dampfbasierte Systeme (-> liquide, großräumige Märkte i.d.R. nicht möglich)
Wettbewerb:
1) Substitutionswettbewerb:
-> Zu Beginn steht Fernwärme im Systemwettbewerb mit anderen Heizsystemen
2) Kein Wettbewerb
-> Nach der Investitionsentscheidung besteht jedoch keine Substituierbarkeit mehr mit anderen Brennstoffen für einen gewissen Zeitraum (generelles Merkmal des Wärmemarktes)
Folgen daraus:
- Fernwärmeverträge sind langfristig
- die Preisbildung ist im Vergleich zu Strom und Gas weniger stark reguliert (Fernwärmepreis ~ Monopolpreis, kein Fernwärme-zu-Fernwärme-Wettbewerb)
Klimaschutz:
Fernwärme ist ein zentraler Baustein bei der Dekarbonisierung des Wärmesektors
Beschreibe die Lieferkette (Wertschöpfungskette) von Fernwärme!
1) Wärme-Erzeugung (Bspw. KWK-Anlagen, Heizkraftwerke, Solarthermie-KW, Großwärmepumpen)
2) Fernwärmenetz zum Transport (Verteilung)
(ggf. Speicherung)
3) Lieferung zum Kunden (Vertrieb)
((alles über vertikal-integriertes Unternehmen (Monopol)))
Rechtlich wird zwischen Nah- und Fernwärme unterschieden.
Wahr/Falsch?
FALSCH!!
-> NICHT unterschieden
(Definition des Bundesgerichtshofes: “Wird Wärme von einem Dritten nach unternehmenswirtschaftlichen Gesichtspunkten eigenständig produziert und an andere geliefert, so handelt es sich um Fernwärme. Auf die Nähe der Anlage zu den versorgenden Gebäuden oder das Vorhandensein eines größeren Leitungsnetzes kommt es nicht an.”)
Begriffsabgrenzung:
Technisch wird ?(1)? meist als leitungsgebundene Energie zur Wärmeversorgung von Kunden über die Energieträger Heizwasser oder Dampf definiert. Dabei wird die Wärme zentral in einem Heizkraftwerk oder Heizwerk erzeugt oder aus einer sonstigen Wärmequelle bezogen. Sie wird den Kunden für Raumheizung, Wassererwärmung oder Produktionszwecke über Wärmeverteilungsnetze zugeführt.
Als ?(2)? wird die Übertragung von Wärme durch ein ?(2)?netz zwischen Gebäuden zu Heizzwecken umschrieben, wenn die Wärmeübertragung im Vergleich zur ?(1)? nur über verhältnismäßig kurze Strecken - z.B. innerhalb eines Quartiers - erfolgt.
(1) Fernwärme
(2) Nahwärme
(Rechtlich wird zwischen Nah- und Fernwärme NCIHT unterschieden. !!)
Schematische Darstellung eines großen zentralen Fernwärmesystems
-> slide 26
…
Brennstoffeinsätze zur Fernwärmeerzeugung nach Energieträger
1) Welcher Energieträger hat mit Abstand größten Anteil?
2) Welcher Energieträger folgt darauf?
1) Erdgas (43%)
2) Erneuerbare Energien
(siehe komplette Entwicklung slide 27)
