Allgemein Flashcards
Kategorie Allgemein
Gasturbinen
Gasturbinen sind Wärmekraftmaschinen, u.a. zur Stromerzeugung
Bei den Gasturbinen wird Wärme in mechanische Energie umgewandelt. Über einen Verdichter wird Luft aus der Umgebung angesaugt, komprimiert und anschließend zusammen mit Gas in eine Brennkammern eingeleitet. Das in der Brennkammer verbrannte Luft-Brennstoff-Gemisch strömt durch eine Turbine und setzt sie in eine Rotationsbewegeung
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Gas und Dampfkraftwerk
Kombination von Gas-und Dampfturbinen
Das heiße Abgas der Gasturbine zum Erhitzen der Dampfkessel benutzt und eder so erzeugt Dampf wird für den nachgeschalteten Dampfprozess genutzt
Diese zählen zu den effizienten konventionellen Kraftwerkstypen mit Wirkungsgraden um 60%
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Gasheizung
Eine Gasheizung erzeugt durch Verbrennung von Gas wärme und erhitztes Wasser, in der Regel wird dieser über einen festen Gasanschluss oder aus der Gasflasche versorgt.
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Regulatorische Aspekte
Gasmärkte sind aufgrund der Bedeutung für die Energieversorgung und der Umweltauswirkungen von Regulierungen betroffen
Unbundling nach EU-Gasmarkt-Regulierung
* Produktion, Transport und Vertrieb von Erdgas müssen voneinander getrennt sein
* Dritten muss ein Zugang zur Transportinfrastruktur gewährt werden
* Netzentgelte werden von staatlichen Behörden (z.B. Bundesnetzagentur) reguliert
Eingriffe in den Absatz die Lagerhaltung
* In Notfallsituationen (Versorgungskrisen) können staatliche Stellen in die Produktion, Verteilung,
Ausfuhr und den Verbrauch von Erdgas eingreifen (sog. Gassicherungsverordnung)
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Akteure in der Gaswirtschaft
Akteure gliedern sich in die Bereiche Produktion, Transport und Vertrieb
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Ziele an das Energieversorgungssystem
Einige Ziele:
2022: Ausstieg aus der Kernenergie (Stand vor 11.11.2022)
2023: Ausstieg aus der Kernenergie 2025: 40-45% des Stromes aus EE
2030: 80% des Stromes aus EE
2030: Kohleausstieg (Koalitionsvertrag der Ampel Regierung)
2038: spätester Zeitpunkt des Kohleausstiegs nach dem Kohleausstiegsgesetz
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Der Strom wird in der Zukunft mehr an Bedeutung gewinnen
- Regionale Konzentration der Windstromproduktion im Norden
- Konventionelle Kraftwerke im Westen
- Konzentration der Nachfragezentren im Westen und im Süden
⬤ Strom muss über weite Strecken transportiert werden
Engpassgefahr
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EU-Ziele („European Green Deal“)
- Netto-Treibhausgasemissionen bis 2030 um mindestens 55% senken gegenüber dem Stand von 1990
- Bis 2050 keine Netto-Treibhausgase mehr ausstoßen
- Zentrale Beiträge leisten dazu (u.a.):
- Eine verbesserte Energieeffizienz
- Der Ausbau der erneuerbaren Energien und die Dekarbonisierung der Energiewirtschaft
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Treibhauseffekt
Der Begriff des Treibhauseffektes ist an die Funktionsweise eines Garten-Treibhauses angelehnt und beschreibt den Wärmestau in der unteren Atmosphäre.
* Kurzwellige Sonnenstrahlung gelangt durch die Atmosphäre zur Erdoberfläche und erwärmt diese
* Von der erwärmten Erdoberfläche wird langwellige Wärmestrahlung zurück in den Weltraum abgestrahlt
* Wasserdampf (Wolken) und andere Treibhausgase absorbieren einen Teil dieser Wärmestrahlung
* Die Wärmeabgabe an den Weltraum wird somit reduziert und die Erdoberfläche und Atmosphäre
weiter erwärmt
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Maßeinheit CO2-Äquivalente
Zur Vergleichbarkeit einzelner Treibhausgase hat sich die Maßeinheit der CO2-Äquivalente etabliert Diese sagen aus, wie stark der Treibhauseffekt der Emission einer Tonne des entsprechenden Treibhausgases im Vergleich zur Emission einer Tonne CO2 ist.
Vergleicht man den Gesamteffekt der einzelnen Treibhausgase, so haben Kohlendioxid und Methan den mit Abstand größten Beitrag
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Weitere Treibhausgase
Neben Kohlendioxid tragen auch weitere Gase zu einer Verstärkung des Treibhauseffektes bei
* Ein Beispiel für weitere Treibhausgase ist die Gruppe der Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), welche vor allem
für ihr Ozonabbaupotential bekannt wurde
* Im Rahmen des Kyoto-Protokolls wurde 1997 die Begrenzung folgender Treibhausgase beschlossen:
* Kohlendioxid – bspw. Verbrennung fossiler Energieträger, Zementproduktion
* Methan – bspw. Viehzucht
* Distickstoffoxid – bspw. Düngemittel
* Schwefelhexafluorid – bspw. Isoliergas
* Fluorierte Treibhausgase (F-Gase) – bspw. Kältemittel
* Stickstofftrifluorid – bspw. Halbleiter- und Solarindustrie
Kategorie Allgemein
Der anthropogene Treibhauseffekt und der Klimawandel
▪ Seit dem Beginn des Industriezeitalters, kam es zu einer Verstärkung des natürlichen Treibhauseffektes durch die
Erhöhung des Anteils an Treibhausgasen in der Atmosphäre
▪ Hauptreiber dieses anthropogenen (menschengemachten) Treibhauseffektes war die Verbrennung fossiler
Energieträger und die damit einhergehenden CO2Emissionen
▪ Seit 1988 beobachtet der Weltklimarat (IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change) den
Klimawandel und fasst den Stand der wissenschaftlichen Forschungen dazu regelmäßig zusammen
▪ Im Rahmen von weltweiten Temperaturmessungen seit 1880, zeigt sich die globale Erwärmung: die letzten 7 Jahre stellen gleichzeitig die 7 Jahre mit der höchsten globalen Durchschnittstemperatur, seit Beginn der Aufzeichnung dar
Kategorie Allgemein
Treibhausgasemissionen einzelner Energieträger
Energieträger verursachen insbesondere bei Förderung, Transport und Verbrennung Treibhausgasemissionen
Die fossilen Brennstoffe Kohle, Öl und Gas machten im Jahr 2020 ~93 % (32,5 Gt) der gesamten CO2-Emissionen (35 Gt) aus
Freigesetzte Treibhausgase verbleiben größtenteils in der Atmosphäre
Kategorie Allgemein
Methan als Treibhausgas
Methan wird aus verschiedenen Quellen in die Atmosphäre freigesetzt
Kategorie Allgemein
CO2- Emissionen
USA und Europa sind für 50% der historischen Emissionen verantwortlich
Deutschland hat bis 2020 kumuliert mehr Emissionen als alle Afrikanischen oder Südamerikanischen Länder zusammen verursacht.
Asien verzeichnet mittlerweile mehr als die Hälfte der jährlichen CO2-Emissionen
Strom- und Wärmesektor verursachen mit Abstand die meisten CO2-Emissionen in Deutschland
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UN-Weltklimakonferenz
Ziel ist die Schaffung völkerrechtlich verbindlicher Instrumente der Klimaschutzpolitik
* Basiert auf der Klimarahmenkonvention, die 1992 auf dem Umweltgipfel in Rio de Janeiro vereinbart wurde
* Findet seit 1995 jährlich an weltweit wechselnden Orten statt
* Meilensteine der verbindliche Abkommen:
* Kyoto-Protokoll
* Übereinkommen von Paris
* Derzeitige Zielsetzung ist die eine Temperaturerhöhung von maximal 2 Grad, idealerweise jedoch sogar 1,5 Grad
* Prinzip der Einstimmigkeit: Finale Texte müssen von allen Ländern abgesegnet werden
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Der globale Kohlenstoffkreislaufs
Neben fossilen Brennstoffen haben Landflächenänderungen und die Erwärmung der Ozeane die höchsten (antropogenen) CO2- Emissionen
Kategorie Allgemein
Der globale Methankreislaufs
Neben fossilen Brennstoffen haben Tierhaltung, Reisanbau und Deponien die höchsten (anthropogenen) Methanemissionen
Kategorie Allgemein
Der globale Lachgaskreislaufs
Landwirtschaft hat mit Abstand den größten (anthropogenen) Einfluss auf die Lachgasemissionen
Kategorie Allgemein
Ökobilanzierung: Betrachtung des Lebenswege eines
Produktes
Ökobilanzen untersuchen potentielle Umweltauswirkungen eines Produktsystems über den gesamten Lebenszyklus in Abhängigkeit einer funktionellen Einheit.
Kategorie Allgemein
Die funktionelle Einheit
Die funktionelle Einheit ist eine produktspezifische Größe, auf die die Umweltwirkungen bezogen werden
1 Fahrkilometer
1 kWh Strom
1 Kühlschrank
Kategorie Allgemein
Festlegung des Ziels und Untersuchungsrahmens
Zunächst wird der Rahmen der Ökobilanz festgelegt
1. Festlegung des Untersuchungsobjektes
➢ Einzelne Komponente (Schraube) oder Systeme (Fahrzeug)
2. Festlegung der Systemgrenzen
➢ Welche Komponenten werden mitanalysiert und welche nicht
3. Definition der funktionellen Einheit
➢ z.B. 1 km Fahrleistung oder Jahresfahrleistung
4. Den Betrachtungszeitraum definieren
5. Geeignete Annahmen für benötigte Inputparameter setzen
➢ z.B. Lebensdauer, Nutzung
Kategorie Allgemein
Wirkungskateogrien und Wirkungsindikatoren
Anschließend werden Wirkungskategorien und Wirkungsindikatoren gewählt
Kategorie Allgemein
Entfernung, Speicherung und Nutzung von Kohlestoffdioxid
Negative Emissionen
CO2-Abscheidung und -Nutzung CO2-Abscheidung und -Speicherung
Kategorie Allgemein
Ausgewählte Negativemissionstechnologien
Aufforstung
Bindung von Kohlestoff im Boden Biokohle
Biokraftstoffe mit CCS Luftabscheidung mit CCS Verbesserte Verwitterung
„Blue Carbon“ Ozeandüngung Alkalisierung der Meere
Kategorie Allgemein
Lagerstätten für CO2
Mögliche Lagerstätten:
* Tiefe salzwasserführende Grundwasserleiter (Aquifere)
* ausgeförderte Erdöl- und Erdgaslagerstätten
Tiefe Kohleflöze
Kategorie Allgemein
Energieflussbild
Nutzenergiebedarf und Anwendungen bestimmen den Endenergiebedarf
Endenergie definiert Infrastrukturbedarf Endenergie definiert Umwandlungsleistung Umwandlungseinsatz definiert Primärenergiebedarf
Kategorie Allgemein
Welche Faktoren können einen Einfluss auf die räumliche Verteilung der Energienachfrage haben?
- Regionales Klima
- Regionale Wirtschaftsstrukturen
- Regionale Wohnverhältnisse
- Regionale Verfügbarkeit und Importmöglichkeiten von Energieträgern
- Regionaler Wohlstand
- Präferenzen
Kategorie Allgemein
Welche Faktoren können einen Einfluss auf die zeitliche Verteilung der Energienachfrage haben?
- Wetter
- Konjunktur
- Wochentag
- Stunde des Tages
- Endanwendungstechnologien
- Verfügbarkeit von Energiespeichern Zeitvariable Preise
Präferenzen
Kategorie Allgemein
Anwendungsbereiche des Endenergieverbrauchs
- Mechanische Energie
- Information und Kommunikation (IKT) sowie Beleuchtung
- Wärme und Kälte: Raumwärme, Warmwasser, Sonstige
Prozesswärme, Klimakälte, Sonstige Prozesskälte
Kategorie Allgemein
Verschiedene Klassifizierungen der Nachfragesektoren
AG Energiebilanzen (AGEB):
* Haushalte, Industrie, GHD*, Mobilität/Verkehr Deutsche Energie-Agentur (DENA):
* Gebäude, Industrie, GHD, Mobilität/Verkehr
Kategorie Allgemein
Wo findet sich die Nachfrage nach Raumwärme in den verschiedenen Klassifizierungen wieder?
AG Energiebilanz (AGEB)
- Haushalte, Industrie, GHD
Deutsche Energie-Agentur (DENA)
- Gebäude
Kategorie Allgemein
Klimaneutralität in den verschiedenen Sektoren?
- Ziel ist die klimaneutrale Deckung des Energieverbrauchs verschiedener Sektoren, bspw.:
Stromsektor, Wärmesektor, Verkehrssektor
⬤ Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energieträger in den unterschiedlichen Sektoren - Während im Stromsektor der Anteil knapp 50% beträgt, ist er in anderen Sektoren noch
vergleichsweise gering
⬤ Sektorenkopplung: Vernetzung von Sektoren der Energiewirtschaft sowie Industrie mit dem Ziel einer ganzheitlichen Optimierung des Gesamtsystems
Kategorie Allgemein
Sektorenkopplung
„Der BDEW versteht unter Sektorkopplung die energietechnische und energiewirtschaftliche Verknüpfung von Strom, Wärme,
Mobilität und industriellen Prozessen sowie deren
Infrastrukturen […].“
Ausgangspunkt und Kern der Sektorenkopplung ist der Stromsektor
Kategorie Allgemein
Was sind die zentralen Vorteile der Sektorenkopplung?
- Dekarbonisierung aller Wirtschaftssektoren mithilfe erneuerbarer Energien
- Senkung des Energiebedarfs durch Kopplung der Sektoren mittels energieeffizienter Technologien wie Elektrofahrzeugen, Wärmepumpen und KWK-
Anlagen
Schaffung großer nachfrageseitiger Flexibilitäten im Elektrizitätsversorgungssystem durch die Nutzung funktionaler Stromspeicher, das heißt Energiespeicher außerhalb des Stromsektors
Kategorie Allgemein
Sektorkopplung in der Industrie Herausforderung
- Elektrifizierung: Um die CO2-Emissionen zu senken, lässt sich ein Teil des Industriellen Endenergieverbrauchs elektrifizieren, hierzu müssen Produktions-Prozesse angepasst werden.
- Größte Herausforderung ist die Bereitstellung von Hochtemperaturwärme auf Basis Erneuerbarer Energien sowohl aus technologischer als auch ökonomischer Sicht
- Biogas-Ressourcen begrenzt - Wechsel von Gas auf neue Technologien/Brennstoffe nötig
- Erhöhung der Energieeffizienz
Kategorie Allgemein
Sektorenkopplung als Beitrag für energiepolitische Ziele
CO2-Reduzierung:
* Muss in allen Sektoren erfolgen
* Die Stromerzeugung kann die
Emissionen
mittel- und langfristig durch die Integration von erneuerbaren Energien reduzieren
Kosten:
* Trotz vorgegebenem Minderungspfad müssen kosteneffiziente Entscheidungen getroffen werden
* Teure CO2-Minderungsmaßnahmen werden mittelfristig nicht erfolgreich sein
Energieeffizienz:
* Die Geschwindigkeit des Ausbaus der erneuerbaren Energien ist zeitlich begrenzt
* Lösungen mit hohem Energieverbrauch erschweren die Energiewende gesamtwirtschaftlich
Kategorie Allgemein
Kostenvergleichsrechnung
Ziel ist die Ermittlung der Gesamtkosten einer Investition, um mehrere Investitionsalternativen miteinander vergleichen zu können
Kategorie Allgemein
Aufgaben eines Energieberaters
- Sanierungskonzepte erstellen
- Energiekosten-Beratung
- Beratung über den Einsatz regenerativer Energien
- Energetische Schwachstellen finden
Kategorie Allgemein
Wofür Haushalte Energie benötigen
Raumwärme + Warmwasser: 84 % des Endenergieverbrauchs privater Haushalte
Raumwärme:
* Größter Anteil am Energie- verbrauch privater Haushalte
* Primäre Energieträger: Erdgas, Öl
Warmwasser:
13 % des Energieverbrauchs Restliche Anwendungen: 17 % des Energieverbrauchs
➢ In 10 Jahren Energie- verbrauch um 10 % gesenkt
Kategorie Allgemein
„Energieberater“ ist keine geschützte Berufsbezeichnung
- Jede Person kann als Energieberater arbeiten und „Energieberatungen“ anbieten
- Expertenliste der dena (Deutsche Energie Agentur) listet Berater mit Ausbildung
- BAFA und die KfW erkennen nur Berater mit dem Nachweis über ein entsprechendes
Personenzertifikat an
Kategorie Allgemein
Wichtige Werkzeuge: Wärmeschutzberechnung und Gebäudesimulation
- Ermittlung des Energie- und Wärmebedarfs vor und nach der Sanierung
- Ermittlung der Lebenszykluskosten
Berechnung von alternativen Energiekonzepten
Kategorie Allgemein
Energieberatung im Haushalt Bewertung von Investitionen
Kostenvergleichsrechnung (statisch): Bestimmung der durchschnittlichen Kosten unter Berücksichtigung fixer und variabler Bestandteile.
Kapitalwertmethode (dynamisch):
Der Kapitalwert ist die Summe der auf die Gegenwart abgezinsten Aufwendungen und Erträge einer Investition.
Amortisationszeit (statisch oder dynamisch): Zeitdauer, in der die Anschaffungsaufwendung durch Erträge über die Lebenszeit einer Anlage ausgeglichen wird. Dies kann sowohl finanziell als auch energetisch bestimmt werden.
Kategorie Allgemein
Amortisationsrechnung
Ziel ist die Ermittlung der Amortisationszeit einer Investition, um mehrere Investitions- alternativen miteinander vergleichen zu können.
Um zwei Investitionsalternativen miteinander zu vergleichen, können die Differenzen der Investitionskosten und Zahlungsflüsse herangezogen werden.
Kategorie Allgemein
Bewertung von Investitionen Definition
Investitionen sind betriebliche Tätigkeiten, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten Ausgaben und Einnahmen verursachen, wobei dieser Vorgang meist mit einer Auszahlung beginnt. Der Planungshorizont beträgt oft viele Jahre.
Kategorie Allgemein
Beispiele für positiv und negative Restwerte von Investitionen
Positiver Restwert:
* Ein erwarteter Verkaufspreis
* Ein erwarteter Nutzen nach dem Planungszeitraum
Negativer Restwert:
* Altlasten, die entsorgt werden müssen
Notwendige Umbaumaßnahmen nach Ende der Nutzung
Kategorie Allgemein
Bewertung von Investitionen Zeitwert des Geldes
Statische Investitionsrechnung
Einperiodiges Verfahren, bei dem der Zeitwert des Geldes nicht berücksichtigt wird. Vergleich von Investitionsalternativen aufgrund von Zusammenfassung aller Daten für eine Durchschnittsperiode
Dynamische Investitionsrechnung
Die dynamische Investitionsrechnung erfasst alle zukünftigen Zahlungsströme über den Zeitraum von mehreren Perioden. Durch die Verzinsung des Kapitals werden Zahlungen zu verschiedenen Zeitpunkten berücksichtigt.
