3. Instrumente der Analyse Flashcards
Für die Bereitstellung von Ressourcen sind komplexe ?? notwendig.
Versorgungsketten
Energetische Nutzung (Kraftstoffe) von Erdölprodukten.
Nenne die Schritte der Versorgungskette? (6)
- Gewinnung (Prospektion, Exploration, Bohrung & Erschließung, Förderung)
- Transport (Pipeline, Öltanker)
- Umwandlung (Raffination: Trennung, Umwandlung, Nachbehandlung)
- Verteilung (LKW, Bahn, Tankstellen,…)
- Verbrauch (Mobilität, Wärme, Strom)
- Entsorgung (Problem der Schadstoff- und Treibhausgasemissionen)
Zur Deckung seines Energiebedarfs ist der Mensch auf die in der Natur vorkommenden regenerativen und nichtregenerativen Energiequellen angewiesen. Diese werden von ihrer ursprünglichen Form (Primärenergie) in mehreren Stufen umgewandelt.
…
Nenne Energieformen die nach Umwandlungsstufen vorliegen! (der Reihe nach) (5)
Primärenergie --> Sekundärenergie (...) --> Endenergie --> Nutzenergie --> Energiedienstleistung
Energiegehalt von Energieträgern, die noch keiner Umwandlung unterworden wurden.
Welche Energieform/Umwandlungsstufe liegt vor?
Primärenergie
Energie, die durch eine vom Menschen verursachte und beabsichtigte Umwandlung von Primär- oder anderen Sekundärenergieträgern bereitgestellt wurde.
Welche Energie liegt vor?
Sekundärenergie
Energie, die an den Endnutzer geliefert wird.
Begriff dieser Energie?
Endenergie
Energie, welche für den jeweiligen Zweck eingesetzt wird.
Begriff dieser Energie?
Nutzenergie
Vom Verbraucher erwünschter Nutzeneffekt durch die eingesetzte Nutzenergie.
Beschreibt welchen Begriff?
Energiedienstleistung
Bei den jeweiligen Umwandlungen treten Verluste auf.
…
Nenne Beispiele für Primärenergien!
Fossile Brennstoffe (Steinkohle, Braunkohle, Erdgas, Erdöl)
Kernbrennstoffe (Uran, Thorium)
Regenerative Energieträger (Wind, Sonne, Wasser, Biomasse, Erdwärme)
Nenne Beispiele für Sekundärenergie!
Beispiele:
- Briketts, Koks
- Gas aus Kohle
- Öl, Heizöl
- Kraftstoffe
- Flüssiggas
- Erdgas (aufbereitet)
- Holzkohle
- Biogas
(Strom, Fernwärme, Wasserstoff)
Beschreibe Endenergie!
Beim Endverbraucher (Haushalte, Industrie, Kleinverbraucher) eingesetzte Sekundärenergie (ohne Transportverlust, ohne nicht-energetischen Verbrauch)
(Strom, Fernwärme, Wasserstoff)
Nenne Beispiele für Nutzenergie!
Beispiele:
- Wärme
- Kälte
- mechan. Arbeit (Kraft)
- chemisch gebundene Energie
- Licht
- Schall
Nenne Beispiele für Energiedienstleistungen!
Beispiele:
- Warme Räume
- Warmes Wasser
- Antrieb von Maschinen
- Fortbewegung
- Schmelzen von Aluminium
- Erwärmung von Stahl
- beleuchtete Räume
- Kommunikation
Nenne/Beschreibe die einzelnen Stufen der Versorgungskette von Baustahl (inkl. Herstellung)! (6)
- Gewinnung (Gewinnung und Verarbeitung von Eisenerz)
- Eisenerzeugung (Hochofen, Direktreduktion, Sauerstoffaufblasverfahren)
- Transport (Stahlwerk, Produktphase, Distribution)
- Bauphase (Energieeffiziente Fassaden, moderne Infrastruktur, tragender Stahlleichtbau)
- Nutzungsphase (Pumpen, Kräne, Förderanlagen, Turbinen)
- Entsorgung/Wiederverwendung (Stahlschrott sortieren und aufarbeiten, 88% Recycling)
Lebenszyklus eines nicht-energetischen Rohstoffes, am Beispiel eines Metalls.
SIEHE FOLIE 7
…
Energiesysteme und Energiewirtschaft
Das Spannungsfeld ist gekennzeichnet durch: ?? (6)
Das Spannungsfeld ist gekennzeichnet durch:
- Vieldimensionalität
- Komplexität
- konfliktäre Ziele
- Zeitbezug (sowohl langfristig als auch kurzfristig)
- Unsicherheit
- große Tragweite von Entscheidungen
Energiesysteme und Energiewirtschaft verstehen bedeutet, sich in einem komplexen Spannungsfeld zu bewegen. (Mensch&Gesellschaft, andere Bereiche der Volkswirtschaft, Politik, Technologien, Ressourcen, Umwelt)
Für die Analyse solch komplexer Sachverhalte bedient man sich daher Instrumente, die durch klar definierte Methoden gekennzeichnet sind.
…
Instrumente zur Analyse von Energiesystemen haben klar definierte Einsatzbereiche. Nenne diese! (3)
Technische
Betriebswirtschaftliche
Volkswirtschaftliche & Politische
(Folie 10)
Grundsätzliches Konzept in der Analyse von Energiesystemen ist die Abstraktion realer Sachverhalte.
Dabei ist was notwendig? (4)
- die Problemstellung durchdrungen zu haben
- Den Gegenstand der Analyse abgrenzen zu können
- eine geeignete Methode identifizieren zu können
- Eine Vorstellung des Ergebnisses zu haben
Unter einem ?(1)? wird der Teil der Welt verstanden, an dem man interessiert ist. Der Rest wird als ?(2)? bezeichnet. Das System wird durch eine ?(3)? von der Umgebung abgetrennt.
(1) System
(2) Umgebung
(3) Systemgrenze (Bilanzhülle)
Thermodynamische Prozesse lassen sich auffassen als eine wechselseitige Beeinflussung von System und Umgebung oder von zwei Systemen untereinander. Die Beeinflussung erfolgt dabei durch?
Übertragung von Energie
Nenne Arten der Energieübertragung! (3)
Mechanisch (Es gelangt Energie in Form von Arbeit(W) über die Systemgrenze)
Thermisch (es wird Energie in Form von Wärme (Q) über die Systemgrenze übertragen)
Stoffstromgebunden (es gelangen mit dem Stoffstrom verschiedene Energiearten über die Systemgrenze (z.B. kinetische Energie))
Welche Systemarten gibt es in der Thermodynamik? (3)
Systemarten:
- abgeschlossenes System
- geschlossenes System
- offenes System
Nenne zwei Eigenschaften eines abgeschlossenen Systems und ein Beispiel bei dem ein solches System vorliegt!
Eigenschaften:
- arbeits- und wärmedicht
- kein Energietransport möglich
Beispiel: Thermoflasche
Nenne zwei Eigenschaften eines geschlossenen Systems und ein Beispiel bei dem ein solches System vorliegt!
Eigenschaften:
- massedicht
- Energietransport in Form von Wärme, Arbeit
Beispiel: Verbrennungsmotor
Nenne zwei Eigenschaften eines offenen Systems und ein Beispiel bei dem ein solches System vorliegt!
Eigenschaften:
- massedurchlässig
- Energietransport in Form von: Arbeit, Wärme, und/oder als stoffstromgebundener Energietransport
Beispiel: gekühlter Turbokompressor
Funktion der Bilanzierung: Ermittlung von quantitativen Größen von Energiesystemen durch Bilanzierung über das gesamte System oder über Teilsysteme.
Darüber hinaus notwendige Informationen: ?? (2)
Material und Energieströme über die Grenzen des Systems
Güte der Energieumwandlung (Verluste)
Die Bilanzgröße ist allgemein eine beliebige ?? Größe X, die mengenartig teilbar ist. Sie lässt sich auf Grund dieser Eigenschaft addieren und damit bilanzieren.
extensive
Nenne 5 Bilanzgrößen in der Energietechnik!
Bilanzgrößen:
- Masse (m)
- Teilchenmenge (n)
- Energie (E)
- Entropie (S)
- Exergie (Ex)
Zur Erstellung von Bilanzen muss neben der Bilanzgröße auch der Bilanzbereich durch Bilanzgrenzen festgelegt werden. Der Bilanzbereich ist also vollständig durch die Bilanzgrenzen umschlossen.
….
Alle Bilanzen setzten sich aus welchen 3 Grundvorgängen zusammen?
Speicherung
Übertragung bzw. Transport
Wandlung
Energiebilanz an einem physikalischen System (Beispiel Folie 17)
…
Energiebilanz eines Kraftwerks
Folie 17 unten!!!!!
…
Beispiel einer Energiebilanz: Gebäude
Ganz allgemein gesehen, kann jeder Energiestrom, der in ein Gebäude hineinfließt, bzw. jeder Energiestrom, der aus diesem Gebäude wieder herausfließt, bilanziert werden.
…
Beispiel einer Energiebilanz: Gebäude
Die in das Gebäude hineinfließende Energie tritt auf in Form von: (4)
Die in das Gebäude hineinfließende Energie tritt auf in Form von:
- elektrischer Energie (Strom)
- Wärmenergie (Fernwärme, Nahwärme, Personenabwärme)
- Strahlungsenergie (Solarwärme)
- chemisch gebundener Energie (Gas, Öl, Kohle, Holz)
Beispiel einer Energiebilanz: Gebäude
Im Gebäude wird die Energie genutzt, d.h. teilweise umgewandelt. Sie tritt im Allgemeinen in Form von ?? aus dem Gebäude aus.
Wärmeenergie
Beispiel einer Energiebilanz eines Ventilators
siehe Folie 19
…
Massenbilanz: Die zeitliche Änderung der Masse m in einem System ist gleich was?
gleich der Differenz aus ein- und austretenden Massenströmen.
Mengenbilanz: Eintretende Mengenströme chemischer Komponenten werden zu ?? anderer Zusammensetzung umgesetzt.
Produktströmen
Massen- und Mengenbilanz Kohlekraftwerk
Bilanzgleichung der Kohlemasse und die der Kohlemenge auf Folie 20!
…
Energiefluss-Diagramme werden typischerweise als ??-Diagramme dargestellt, die überdies auch dafür genutzt werden, um Flüsse, Stoffen oder Geld durch ein System darzustellen
Sankey-
Ein Energiefluss-Diagramm (auch Energieflussbild oder Wärmeflussbild) ist eine grafische Darstellung der ?(1)? eines technischen Prozesses (z.B. für Wärmekraftanlagen).
(1) Energieumsätze pro Zeiteinheit (Energiefluss)
Sankey-Diagramm
Üblicherweise werden die Flüsse als Pfeile dargestellt, wobei die Breite des Pfeils proportional zur Größe des repräsentierten Flusses ist.
…
Sankey-Diagramme sind wichtige Hilfsmittel zur Visualisierung von ?(1)?- und ?(2)? sowie von ?(3)? und ?(4)? im Umgang mit Ressourcen.
(1) Energie-
(2) Materialflüssen
(3) Ineffizienzen
(4) Einsparpotenzialen
Sankey-Diagramm
Annahmen: Es werden Mengengrößen abgebildet, die sich auf eine Zeitperiode beziehen.
Wahr/Falsch?
Wahr
Sankey-Diagramm
Annahmen: die Mengengrößen sind extensive Größen, das heißt, sie können addiert werden.
Wahr/Falsch?
Wahr
Sankey-Diagramm
Annahmen: die Pfeilbreite verhält sich proportional zur dargestellten Menge
Wahr/Falsch?
Wahr
Sankey-Diagramm
Annahmen: es werden i.d.R. Bestandsgrößen berücksichtigt
Wahr/falsch?
FALSCH!!!
es werden i.d.R. KEINE Bestandsgrößen berücksichtigt, das heißt, es gibt keine Lagerbildung
Sankey-Diagramm
Annahmen: es wird eine Energie- und Massenerhaltung angenommen
Wahr/Falsch?
Wahr
Energiebilanz der Erde
Geschätzte mittlere jährliche Energiebilanz der Erde (Werte in W/m^2)
Siehe Folie 23!!
…
Schematisches Energieflussbild eines Gebäudes.
Folie 25
…
“Die Gesamtheit des primärenergetisch bewerteten Aufwandes, der im Zusammenhang mit der Herstellung, Nutzung und Beseitigung eines ökonomischen Gutes (Produkt oder Dienstleistung) entsteht bzw. diesem ursächlich zugewiesen werden kann.”
Was wird beschrieben?
Der kumulierte Energieaufwand (KEA)
nach VDI-Richtlinie 4600
Definiere den kumulierten Energieaufwand (KEA) nach VDI-Richtlinie 4600!
“Die Gesamtheit des primärenergetisch bewerteten Aufwandes, der im Zusammenhang mit der Herstellung, Nutzung und Beseitigung eines ökonomischen Gutes (Produkt oder Dienstleistung) entsteht bzw. diesem ursächlich zugewiesen werden kann.”
Was beschreibt die Graue Energie?
Beschreibt den Energieaufwand ohne den direkten Energieverbrauch während des Gebrauches.
Worin unterscheiden sich Graue Energie und kumulierter Energieaufwand (KEA)
Der KEA schließt auch den Energieverbrauch während der Nutzung ein und ist damit umfassender.
Kraftwerke, Heizungen, Verkehr und Industrie bewirken eine große Zahl von Umweltwirkungen.
Ein Großteil der Umweltprobleme ist mit der Erzeugung von (nutzbarer) Energie verbunden. Der Energieaufwand, den ein Produkt oder eine Dienstleistung erfordert, lässt sich gut bestimmen.
Das Verfolgen dieser Energiemengen von der Produkt- bzw. Dienstleistungsnachfrage zurück bis zur Gewinnung ergibt was?
den kumulierten Energieaufwand (KEA)
kumulierter Energieaufwand (KEA) - Methodik:
Nenne die 3 Schritte!
- Systemgrenzen (eine wichtige Grundlage für die Berechnung des kumulierten Energieaufwandes ist die eindeutige Festlegung der Bilanzgrenzen.
- Massen- und Energiebilanz (Grundlage bei der Ermittlung des KEA stellt das Wissen um den Massen- bzw. Stofffluss dar.
- Analyse (Zur Bilanzierung werden die bspw. Prozesskettenanalysen und die energetische Input-Output-Analyse verwendet)
Bei welchem methodischen Ansatz wird der zu untersuchende Prozess in seine einzelnen Prozessschritte aufgegliedert und detailliert untersucht?
Prozesskettenanalyse
Bei der Prozesskettenanalyse wird jeder Teilprozessschritt bis hin zur Rohstoffgewinnung zurückverfolgt.
Wahr/Falsch?
Wahr
KEA - Beispiel: Solarkollektor (Folie 29)
…
Beispiel des Erntefaktors (EF): Der Erntefaktor einer EE-Anlage beschreibt das Verhältnis aus ?(1)? und ?(2)?
Teilweise ist es üblich, die erzeugte Energiemenge auch in die Primärenergie umzurechnen, die ein hypothetisches Kraftwerk zur Bereitstellung der gleichen elektrischen Energie benötigen würde.
(1) erzeugter Energiemenge
(2) eingesetzter Energiemenge
Beispiel der Energetische Amortisationszeit (EAZ): Anlagen für die Gewinnung erneuerbarer Energie nutzten im Betrieb nur kostenlose und unschädliche Umweltenergie, bspw. Sonnenenergie. Jedoch entsteht bei der Herstellung der Anlagen ein gewisser Aufwand an Energie (graue Energie).
Ein Netto-Gewinn an Energie entsteht erst nach einer gewissen Betriebszeit, der energetischen Amortisationszeit (engl. pay-back time). Sie gibt an, in welcher Zeit die Anlage die Energie abgegeben hat, die für ihre Herstellung benötigt wurde.
…
Was gibt die energetische Amortisationszeit (EAZ) an?
Gibt an, in welcher Zeit die Anlage die Energie abgegeben hat, die für ihre Herstellung benötigt wurde.
Wie berechnet man die energetische Amortisationszeit (EAZ)?
EAZ =
Lebensdauer der Anlage
/
Erntefaktor (EF)
(bzw. = KEA / durchschnittl. verfügbare Nettoleistung)
Was analysiert eine Ökobilanz?
Analysiert möglichst umfassend den gesamten Produktlebensweg und die zugehörigen ökologischen Auswirkungen.
Was bewertet eine Ökobilanz?
die während des Lebenswegs auftretenden Stoff- und Energieumsätze und die daraus resultierenden Umweltbelastungen.
Das gestiegene Bewusstsein über die Bedeutung des Umweltschutzes und möglicher Umweltwirkungen, die mit der Produktion und Anwendung von Produkten im Zusammenhang stehen, hat das Interesse an der Entwicklung von Methoden erhöht, die zum besseren Verständnis und zur Berücksichtigung dieser Wirkungen dienen.
…
Was sind Ergebnisse einer Ökobilanz? (4)
Ergebnisse:
- Verbesserung der Umwelteigenschaften von Produkten in den verschiedenen Phasen ihres Lebensweges
- Information für Entscheidungen in Industrie, Regierungs- oder Nichtregierungsorganisationen
- Unterstützung bei der Auswahl von relevanten Indikatoren der Umwelteigenschaften, einschließlich der zugehörigen Messverfahren
- Marketing (z.B. beim Implementieren einer Umweltkennzeichnung oder beim Erstellen einer Umweltdeklaration für ein Produkt)
Ökobilanzen finden direkte Anwendung beispielsweise bei: ?? (4)
Ökobilanzen finden direkte Anwendung beispielsweise bei/im:
- der Entwicklung und Verbesserung von Produkten
- der strategischen Planung
- politischen Entscheidungsprozessen
- Marketing
- sonstige
Detaillierte Instrumente wie die Ökobilanz ermöglichen ein sehr umfassendes Bild, verursachen allerdings auch einen entsprechend hohen Aufwand.
Wahr/Falsch?
Wahr
Andere Ansätze als die Ökobilanz (bsp. der KEA) verringern den Erhebungsaufwand wie?
Indem die ökologische Wirkung mit Hilfe nur eines einzelnen Indikators abgeschätzt wird.
(prominentester Vertreter dieser vereinfachten Ansätze ist das Konzept des kumulierten Energieaufwands (KEA).)
Innerhalb einer Ökobilanz kann der KEA die Grundlage für was bilden?
die Bewertung der energetischen Ressourceninanspruchnahme.
Innerhalb einer Ökobilanz kann der KEA die Grundlage für die Bewertung der energetischen Ressourceninanspruchnahme bilden. Da mit der Bereitstellung von Energie umweltrelevante Emissionen zusammenhängen, kann der KEA bei energieintensiven Prozessen einen Hinweis auf diese geben. Somit kann der KEA als eine Art ?? dienen
“Kurzökobilanz”
Der kumulierte Energieaufwand (KEA) kann als eine Art “Kurzökobilanz” dienen.
Wahr/Falsch?
Wahr
(die ökologische Wirkung wird mit Hilfe eines einzelnen Indikators abgeschätzt und ist dadurch deutlich weniger aufwändig als eine umfassende Ökobilanz)
Je länger die Nutzungsdauer (Lebensdauer der Anlagen), desto kleiner sind die?
jährlichen Kapitalkosten
Für elektrische und mechanische Anlagen gelten in der Regel rechnerische Nutzungsdauern von ?(1)? Jahren, für bauliche Anlagen von ?(2)? Jahren
(1) 15-25
(2) 30-40
Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsrechnung - Investitionen
–> Folie 37
…
Durch eine Rationalisierungsinvestition soll was erreicht werden?
eine Effizienzerhöhung
Jährliche Kosten entstehen durch den Einsatz und die Nutzung von ?(1)? für eine betriebliche Leistungserstellung während einer bestimmten Zeitdauer.
(1) Produktionsfaktoren (z.B. Personal, Kapital und Energie)
Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsrechnung
- Periodenabhängige Kosten
- -> siehe Folie 37
…
Eine ?? schließt auch die externen Kosten (oder Nutzen) der Energieversorgung ein.
gesamtwirtschaftliche Sicht
Externe Kosten und Nutzen sind vielfach schwer ?(1)? und ?(2)?. Sie bleiben in der einzelwirtschaftlichen Energiekostenrechnung unberücksichtigt.
(1) quantifizierbar
(2) monetär erfassbar
Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsrechnung (Gesamtwirtschaftliche Sicht - Externe Kosten/Nutzen)
–> Folie 38
…
Übersicht der Instrumente der betrieblichen Wirtschaftlichkeitsanalyse von Energiesystemen.
Je nach Fragestellung bieten sich unterschiedliche Methoden an.
Nenne 2 statische Methoden!
Statische Kostenvergleichsrechnung
Statische Amortisationsrechnung
Statische Kostenvergleichsrechnung
Bestimmung (Vergleich) der jährlichen Kosten bzw. der jährlichen Kosteneinsparungen zweier Investitionen.
Eine Energiesparmaßnahme ist wirtschaftlich, wenn?
eine positive jährliche Kosteneinsparung erzielt wird.
Statische Amortisationsrechnung
Bestimmung der Zeitdauer, in welcher das Kapital einer Investition wieder zurückgeflossen ist.
Wann ist das Investitionsvorhaben wirtschaftlich?
Wenn die Kapitalrückflusszeit kürzer ist als die Lebensdauer der Investition.
Übersicht der Instrumente der betrieblichen Wirtschaftlichkeitsanalyse von Energiesystemen.
- -> dynamische Methoden
- -> siehe Folie 40!!
…
Dynamische Methoden
Vollständige Wirtschaftlichkeitsrechnung, die versucht, die erwarteten ?? über die ganze Nutzungsdauer einer Investition zu berücksichtigen
veränderlichen Jahreskosten
Nenne 3 dynamische Methoden!
Kapitalwertmethode
Annuitätenmethode
Methode des internen Zinssatzes
Als Kapitalwert einer Investition bezeichnet man was?
Die Differenz des Barwertes aller Einnahmen und des Barwertes aller Ausgaben über die Nutzungsdauer der Investition.
Kapitalwertmethode:
- Bestimmung des Kapitalwertes einer Investition.
- Eine Investition oder Maßnahme ist dann wirtschaftlich, wenn ?
Kapitalwert > 0
Annuitätenmethode:
Bestimmung der durchschnittlichen jährlichen Kosten bzw.
Kosteneinsparungen einer Investition über die
Nutzungsdauer
Eine Investition ist dann wirtschaftlich, wenn?
die jährliche durchschnittliche Verzinsung wenigstens dem Marktzins (Kalkulationszins) entspricht.
Methode des internen Zinssatzes:
Bestimmung der durchschnittlichen Verzinsung (Rendite) des
investierten Kapitals über die Nutzungsdauer.
Eine Investition ist dann wirtschaftlich, wenn?
die durchschnittliche Verzinsung wenigstens dem Marktzins (Kalkulationszins) entspricht.
Mit der ?? wird der Zusammenhang zwischen Eingangsdaten und dem Rechenergebnis sichtbar gemacht.
Sensitivitätsanalyse
Vorgehen Sensitivitätsanalyse
–> siehe Folie 41!!
…
Oft wird mit Hilfe der Sensitivitätsanalyse nach was gesucht?
kritischen Eingangsgrößen, bei welchen
bestimmte Mindestanforderungen an das Investitionsobjekt über- oder unterschritten werden.
Die Sensitivitätsanalyse findet nicht nur in der Wirtschaftlichkeitsrechnung Anwendung, sondern
ist überdies zentraler Gegenstand der Bewertung von Lösungen von Optimierungsproblemen.
…
