Erneuerbare Flashcards
Kategorie Erneuerbare
Biogas und Biomethan
Mittels Biogasanlagen wird aus organischen Material wie zB. pflanzlichen und tierischen Produkten Biogas erzeugt
Aus dem gewonnenen Biogas wird unter anderem Biomethan aufbereitet
Biogas Anwendungen: Einspeisung in das Erdgasnetz und Erzeugung von Wärme und Strom
Kategorie Erneuerbare
Definition erneuerbarer Energie
Als erneuerbare Energien oder regenerative Energien, auch alternative Energien, werden Energiequellen bezeichnet, die im menschlichen Zeithorizont für nachhaltige Energieversorgung praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen oder sich verhältnismäßig schnell erneuern
Sonnenenergie, Geothermische Energie, Gravitationsenergie
Kategorie Erneuerbare
Geothermische Energie
- Im Inneren der Erde gespeicherte thermische Energie
- Durch radioaktiven Zerfall im Inneren der Erde oder durch gravitationsbedingte Reibung zwischen flüssigem Erdkern und fester Erdkruste
- Verwendung zum Heizen (meist oberflächennahe Geothermie)
- Oder zur Stromerzeugung (meist Tiefengeothermie)
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Gravitationsenergie
- Anziehungskraft zwischen Sonne und Mond führt zu Gezeiten auf der Erde
- die resultierenden Strömungen werden in Gezeitenkraftwerken genutzt
Kategorie Erneuerbare
Grundlagen Biomasse
- Sämtliche Stoffe organischer Herkunft sind Biomasse
- Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen nehmen Energieträger aus Biomasse aktiv am
Kohlenstoffkreislauf teil - Biomasse entsteht im Wesentlichen durch die Photosynthese von Pflanzen
- Aus Kohlenstoffdioxid, Wasser und Licht entstehen Zucker und Sauerstoff. Aus dem Zucker
werden anschließend Makromoleküle (bspw.
Proteine und Fette) synthetisiert
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Ölhaltige Biomasse
- Raps: Direkte Nutzung des Öls als Pflanzenkraftstoff oder Verarbeitung zu Biodiesel
- Sonnenblume: ~10% des Biodiesels in EU stammt aus Sonnenblumenöl
- Ölpalme: Meist produziertes Pflanzenöl der Welt
– nur ein geringer Anteil zur Herstellung von Biokraftstoffen verwendet
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Stärkehaltige Biomasse
- Ausgangsstoff für Gewinnung von Bioethanol und Kraftstoffadditiven
- Getreide: Nutzung als Biokraftstoff, Futtermittel und Nahrungsmittel
- Mais: Hoher Stärkegehalt führt zu hoher Energieausbeute, in DE wurden 2016 38% des Mais
für Biogas genutzt
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Abfall Biomasse
- Siedlungsabfälle: Hausmüll, Sperrmüll und Bioabfall werden thermisch entwertet,
kompostiert oder recycelt - Exkremente aus Nutztierhaltung: Gülle wird als Wirtschaftsdünger oder zur Biogasgewinnung
genutzt
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Holzartige Biomasse
Holz wichtigster regenerativer Energieträger im Wärmesektor
* Holz ist der wichtigste regenerativer Energieträger im Wärmesektor: 9% des deutschen
Wärmebedarfs 2016 wurden mit Holz gedeckt
* 32% der Fläche Deutschlands mit Wald bedeckt und etwa 50% der jährlichen Holzernte wird für energetische Zwecke genutzt – Der Wald ist damit
schon jetzt an seiner Belastungsgrenze
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Scheitholz
+ geringer Energiebedarf zur Produktion, einfache Produktion
- Handbeschickung, schlechter Wirkungsgrad in Kaminöfen
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Hackschnitzel
Holzpellets
+ geringer Energiebedarf zur Produktion, einfache Produktion
- geringe Energiedichte (Lagerung)
+ genormter Brennstoff,
hohe Energiedichte (Lagerung), automatisierter Betrieb
- Hoher Fremdenergie- bedarf (Bis zu 20%)
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Holzpelletpreis weniger volatil als Öl- und Gaspreise
- Holzpelletpreis konstant bei ca. 5 ct/kWh
- Preisvorteil zu Öl und Gas in den letzten fünf Jahren 10-50%
- Holzpellets werden meistens lokal hergestellt – Markt unterliegt daher kaum geopolitischen Faktoren (Öl und Gas) und Preis ist weniger volatil
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Strom und Wärme durch Biomasse
▪ Biomasse als wichtiger Energieträger für Strom und Wärme wird oft in Kraft- Wärme-Kopplungs- Anlagen für Strom- und Fernwärmeerzeugung genutzt
▪ Kaum Anstieg der Nutzung zu erwarten, da Potenzial begrenzt und andere Erneuerbare (insb. PV und Wind) niedrigere Stromgestehungskosten haben
▪ Wasserstoff könnte Rolle von Biomasse in Zukunft ersetzen
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Biomasse Umwelteinwirkungen
- Wann ist die Nutzung von Biomasse CO2 neutral?
- Durch die Verbrennung von Biomasse entsteht so viel CO2, wie vorher bei der Entstehung der Biomasse aus der Atmosphäre aufgenommen wird
- Durch Aufforsten kann CO2 aus der Atmosphäre in Biomasse gespeichert werden – Laut Klimaschutzszenarien ist dies notwendig, um klimaneutral zu werden
- Je mehr Biomasse genutzt wird, desto weniger CO2 kann gespeichert werden – Die „Klimafreundlichkeit“ wird also diskutiert, aktuell gibt es noch keinen CO2 Preis
- Was gibt es noch für Umwelteinwirkungen?
- Belastungen für Böden und Trinkwasser durch zunehmenden Düngereinsatz
Regenwaldrodung oder „indirect land use change”
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Biomasse Transport und Wirkungsgrad
Transport
* Feste Biomasse: Meistens über Straße
* Biogas: Beimischung in Pipelines oder nahe Erzeugung
Wirkungsgrad
* Elektrischer Wirkungsgrad Dampfkraftprozess: 40-45%
* Gesamter Wirkungsgrad bei KWK: 81-92%
* Thermischer Wirkungsgrad Pelletheizung: 90%
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Grundlagen Geothermie
Was ist Geothermie?
* Geothermie ist die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme, welche durch geeignete Technologien der Erde entzogen und nutzbar gemacht werden kann
Wie entsteht Geothermie?
* Aus dem Erdinneren (99% der Erdmasse sind heißer als 1000°C)
* Aus Schmelzwasser und Niederschlägen Was gibt es für Arten von Geothermie? Hochenthalpie Lagerstätten, Niederenthalpie Lagerstätten, Oberflächennahe Geothermie
Kategorie Erneuerbare
Geothermie als günstige Strom- und Wärmequelle in Island
- Hochenthalpie Lagerstätten in Vulkanen
- Island kann 27% seines Strombedarfs durch Geothermie decken (Deutschland <1%)
- Geothermiekraftwerke liefern zudem Fernwärme und decken 90% des isländischen Wärmebedarfs
- Günstige Strompreise ermöglichen Ansiedelung energieintensiver Industrie (bspw. Aluminium, Krypto-Mining)
- Günstiger Strom und Abwärme kann sogar für Gehwegheizungen verwendet werden
- Weitere Länder mit Geothermie Nutzung: USA, Philippinen, Indonesien und Neuseeland
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Niederenthalpie Lagerstätten
Sicherheitsrisiko
* Basel (Schweiz): Mikro Erdbeben während bei Beginn von Hot-Dry-Rock „Deep Heat Mining Basel“ Projekt –
Schäden in Millionenhöhe
* Staufen (Breisgau): Grundwasser breitet sich in andere Schichten aus und führt zu Volumenzunahme – Erdbeben
und Schäden an 120 Häusern
* Sicherheitsrisiken führen zu verminderter Akzeptanz und Protesten der Bevölkerung
Umsetzungs-/ Fündigkeitsrisiko
* SuperC (Aachen): Bohrtiefe: 2.544 m, Innenrohr nur bis 1.965 m – Nur 35°C warmes Wasser an tiefster
Entnahmestelle, Projektstopp wegen Unwirtschaftlichkeit
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Oberflächennahe Geothermie
Wie wird oberflächennahe Geothermie genutzt?
* Nutzung der konstanten Temperatur im Erdboden durch Wärmeaufnahme von Wärmeträgerfluid (Sole aus
Frostschutzmittel und Wasser)
* Nutzungstiefe: 1 –100 m, Nutztemperatur: bis zu 25°C
* Nutzung meistens für Wärme in Gebäudesektor – Oft mit Wärmepumpe
Welche Technologien gibt es?
Erdkollektoren: + Meistens geringste Kosten, - Hoher Flächenbedarf
Erdwärmesonde: + Geringer Flächenbedarf, - Kosten, ggf.
Beachtung des Bergrechts
Zweibrunnensytem: + Hohe Leistungszahl, - Kosten, genehmigungspflichtig
Kategorie Erneuerbare
Oberflächennahe Geothermie Nutzung mit Wärmepumpen
Wie kann eine Wärmepumpe die Geothermie nutzbar machen?
* Wärmepumpe komprimiert Kältemittel, welches durch Wärme des Wärmeträgers (gewonnen durch Geothermie) verdampft wurde und anschließend Wärme auf höherem
Temperaturniveau an Heizkreislauf abgibt Wie wird der Wirkungsrad einer Wärmepumpe
beschrieben?
* Die Wärmepumpe wird durch die Leistungszahl beschrieben, welche je nach Betriebspunkt in Deutschland
meistens zwischen 3 und 4 beträgt
Bei einer Leistungszahl von 4 können durch den Einsatz von 1 kWh Strom 4 kWh Wärme nutzbar gemacht werden
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Elektrofahrzeuge
Alle Verkehrsmittel deren Antriebsenergie in Form elektrischer Energie zugeführt wird
Kraftfahrzeuge Schienenfahrzeuge Wasserfahrzeuge Luftfahrzeuge
Kategorie Erneuerbare
Übersicht Fahrzeugkonzepte
- BEV (Battery Electric Vehicle, Batterie-Elektrofahrzeug): Betrieben durch einen Elektromotor und eine Batterie, ohne Verbrennungsmotor.
- HEV (Hybrid Electric Vehicle, Hybridfahrzeug): Kombination aus Elektromotor und Verbrennungsmotor, Batterie wird durch den Verbrennungsmotor und beim Bremsen geladen (nicht extern ladbar).
- PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, Plug-In-Hybridfahrzeug): Ähnlich wie HEV, aber mit einer extern ladefähigen Batterie für längere elektrische Reichweite.
- FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle, Brennstoffzellenfahrzeug): Elektromotor betrieben durch eine Brennstoffzelle, die Energie durch Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff erzeugt; zusätzlich meist mit einer Batterie oder einem Supercap für Energiespeicherung.
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Elektromobilität
„Elektromobilität im Sinne der Bundesregierung umfasst all jene Fahrzeuge, die von einem Elektromotor angetrieben werden und ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz beziehen, also extern aufladbar sind.
Dazu gehören rein elektrisch betriebene Fahrzeuge (BEV), eine Kombination von E-Motor und kleinem Verbrennungsmotor (Range Extender, REEV) und am Stromnetz aufladbare Hybridfahrzeuge (PHEV).“
Bei der Analyse von Studien und Aussagen im Bereich Elektromobilität ist die Berücksichtigung der zugrunde liegenden Fahrzeugklassifikation erforderlich, um die Vergleichbarkeit sicherzustellen.
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Battery Electric Vehicle – BEV Aufbau und Funktionsweise
- Antrieb über einen Elektromotor, welcher durch eine
Batterie mit elektrischem Strom versorgt wird - Batterie ist meistens im Unterboden des Fahrzeugs verbaut
- Batterie ist von außen aufladbar; Versorgung der Batterie erfolgt bspw. über eine externe Ladestation oder die Aufnahme der zurückgewonnenen Bremsenergie ⬤ „Rekuperation“
- Verschiedene Antriebsvarianten möglich: Front-/ Heckantrieb mit einem Motor, Allradantrieb mit 2-3 Motoren, Radnabenmotoren in den Rädern
Verschiedene Konstruktionsprinzipien: Purpose Design oder Conversion Design
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Rekuperation
- Rückwandlung der mechanischen Bewegungsenergie in elektrische Energie und Rückspeisung in Batterie
- Durch Elektromotor im Generatorbetrieb
- Motor- und mechanische Bremsen wandeln kinetische Energie durch Reibung in Verlustwärme
- Einsparungseffekt vor allem im innerstädtischen Verkehr (bis 30%) und weniger bei Langstrecken
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Hybrid Electric Vehicle – HEV Grundlagen
- Hybridelektrokraftfahrzeuge sind E-Fahrzeuge, welche von einem Elektromotor sowie einem weiteren Energieumwandler angetrieben werden
- Energiebezug kann über einen elektrischen Speicher (Akku) sowie einem zusätzlichen zugeführten Kraftstoff erfolgen
- Bei autarken Hybridfahrzeug wird in der Regel ein Verbrennungsmotor in Kombination mit einem elektrischen Generator eingesetzt, um den Akku zu laden
- Bei Plug-In-Hybriden können die Akkus auch extern am
Stromnetz geladen werden - Ziele hybrider Antriebe: u.a. Verringerung Kraftstoffverbrauch oder Leistungssteigerung
2 Möglichkeiten zur Klassifizierung von Hybridfahrzeugen: Systemstruktur & Leistungsanteil des elektrischen Antriebs
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Klassifikation nach der Systemstruktur Parallel
- Paralleler Hybrid kann sowohl vom Verbrennungs- als auch vom Elektromotor angetrieben werden
- Beide Motoren können zeitgleich auf den Antriebstrang wirken
- dies ermöglicht Downsizing, also eine kleinere Auslegung, der Motoren und somit die Einsparung von u.a. Kosten und Gewicht
- Für einen rein elektrischen Betrieb muss E-Motor entsprechend ausgelegt werden
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Klassifikation nach der Systemstruktur Seriell
- Beim seriellen Hybrid hat der Verbrenner keine Verbindung zur Antriebsachse ⬤ nur Elektromotor treibt Fahrzeug an
- Verbrennungsmotor treibt im optimalen Drehzahl- und Lastbereich einen Generator an
- Generator versorgt Elektromotor oder speist Akku
- Bei Brennstoffzellenfahrzeugen ersetzt Brennstoffzelle den Generator
⬤ Mischhybride bzw. leistungsverweigende Hybride kombinieren die beiden Hybridantriebe
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Hybrid Electric Vehicle – HEV
Klassifikation nach Leistungsanteil des elektrischen Antriebs
Mild- Hybrid
- Elektroantrieb unterstützt Verbrennungsmotor zur Leistungssteigerung; insbesondere beim Anfahren sowie bei hohen Beschleunigungen
- Start-Stopp-Automatik
- Rekuperation: Bremsenergierückgewinnung
- In der Regel bei parallelen Hybridantrieben
- E-Leistung:6-14kW/t
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Hybrid Electric Vehicle – HEV
Klassifikation nach Leistungsanteil des elektrischen Antriebs
Voll- Hybrid
- Rein elektromotorisches Fahren möglich bei kurzen bis mittleren Strecken
- Start-Stopp-Automatik
- Rekuperation: Bremsenergierückgewinnung
- Oft bei seriellen, aber auch bei parallelen Hybridantrieben
- E-Leistung: > 20 kW/t
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Hybrid Electric Vehicle – HEV
Klassifikation nach Leistungsanteil des elektrischen Antriebs
Range Extender
- „Reichweitenverlängerer“, REEV: Range- Extended Electric Vehicle
- Normalbetrieb : rein oder überwiegend elektrisch
- Kleine Auslegung des Verbrennungsmotors
- Ausgleich potentiell fehlender Reichweite von BEVs oder bei fehlenden Ladepunkten
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Plug-In-Hybrid Electric Vehicle -PHEV Grundlagen
- Erweiterung der Hybrid-Technologie
- Bei Plug-In-Hybriden können die Akkus nicht ausschließlich durch Verbrennungsmotor und Rekuperation, sondern auch extern am Stromnetz geladen werden
- Bei entsprechender Auslegung der Akkukapazität können mittlere bis längere Strecken im reinen Elektrobetrieb gefahren werden; Akkus bei PHEVs oftmals größer ausgelegt als bei Voll-Hybriden
- Nachladen des Akkus durch Verbrennungsmotor in Kombination mit Generator ermöglicht große Strecken; aber: Verbrauchsnachteile durch hohes Gewicht insbesondere bei Autobahnfahrten
- Alleinbetrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht auch bei leerem Akku weite Fahrten
- 2 Entwicklungsrichtungen durch Weiterentwicklung verschiedener Fahrzeug und -Antriebskonzepte: BEV ⬤ PHEV ⬤HEV
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Battery Electric Vehicle – BEV Plug-In Hybrid Electric Vehicle – PHEV
Konduktives Laden
- Leistungsgebundenes Laden über Kabel- und Steckerverbindung zum Stromnetzt
- Aktuell 60.229 Normalladepunkte und 11.862 Schnellladepunkte in Deutschland in Betrieb
- Maximale Ladeleistungen zwischen 3,7 und 350 kW für das Laden von PKw
- Für das Laden von batteriebetriebenen LKw sind aktuell
Ladeleistungen bis zu 1000 kW in Erprobung - Unterschieden wird zwischen Ladevorgängen mittels
Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) - Ladestationen können öffentlich, halböffentlich oder nichtöffentlich sein ⬤ Installation einer Wallbox für private Ladevorgänge zuhause notwendig
- ca. 75% aller Ladevorgänge finden zuhause statt
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Smart Charging
Für die Umsetzung des Intelligenten Ladens braucht es geeignete Koordinationsmechanismen zwischen Stromnetz und Strommärkte, bspw.: netzorientierte Steuerung, Anreize durch Ladetarifem Netzentgelte
Koordiniertes Laden: Ladeleistung sowie Ladezeit werden optimiert
Intelligentes Laden: Lade- und Entladeleistung sowie Ladezeit werden optimiert
Kategorie Erneuerbare
Welche weiteren Arten für das Laden von Elektrofahrzeugen gibt es neben konduktiv?
Konduktives Laden Induktives Laden Batteriewechsel Oberleitungen
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Induktives Laden
- Primärspule im Boden und eine Sekundärspule im Fahrzeug
- Hochfrequente Wechselströme in Primärspule erzeugen ein Magnetfeld, welches in Sekundärspule eine Spannung induziert
- Ladestrom kann über einen AC/DC-Wandler in die Akkus
gespeist werden - Wirkungsgrad bei geringem Abstand am größten (ca. 90
%) - TALAKO, EnergiCity, eCharge
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Batteriewechsel
- Vollautomatischer Austausch des (Teil-) Akkus
- Akku im Unterboden des Fahrzeugs wird durch einen geladenen Akku ersetzt
- Vorgangsdauer: 1,5 – 15 min
- Leerer Akku wird in der Wechselstation aufgeladen
- Schrauben- oder Einklinksystem
- Vorreiter: NIO, Aulton Dianba, InfraMobility
- In der VR China bereits ca. 1.100 Akkuaustauschstationen
Kategorie Erneuerbare
Fuel Cell Electric Vehicle - FCEV
- Antrieb über einen Elektromotor, welcher mit elektrischen Strom versorgt wird
- Strom wird nicht wie bei batterieelektrischen Fahrzeugen und Plug-In Hybridgen durch externes Aufladen zugeführt, sondern an Bord in der Brennstoffzelle erzeugt
- Umkehrung der Elektrolyse: Bei der chemischen Reaktion („kalte Verbrennung“) von Wasserstoff und Luftsauerstoff zu Wasser entsteht Wärme und elektrische Energie
- Analog batterieelektrischen Fahrzeugen sowie Plug-In Hybriden im rein elektrischen Betrieb ist die Antriebsvariante lokal emissionsfrei
Kategorie Erneuerbare
Energiespeicher an Bord
- Tanken des H2 gasförmig und Speicherung an Bord unter Hochdruck in speziellen Druckspeichertanks
- Tankvorgang vergleichbar mit Tanken eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor
- Kleine Batterie für Zwischenspeicherung und Deckung der Lastspitzen bspw. beim Beschleunigen sowie Aufnahme und Speicherung der Rekuperationsenergie
Kategorie Erneuerbare
Szenarien für die Marktdiffusion von E- Pkw
Markthochlaufszenarien
- Szenario1:
Angelehnt an Ziel des aktuellen Koalitionsvertrags der Bundes- regierung - Szenario2:
„ALADIN“ Agentenbasiertes Simulationswerkzeug für Kauf- entscheidungen von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen - Szenario3:
Basierend auf der Anzahl der BEVs im Jahr 2030 des Szenarios „Molecules“ der dena Leitstudie 2021
⬤ Nationale Marktdiffusion von E-PKW
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Energiewende in Deutschland
⬤ Wärme ist ein signifikanter Faktor im Energieverbrauch Deutschlands!
⬤ Energiewende = Stromwende + Wärmewende + Verkehrswende !
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Endenergieverbrauch der privaten Haushalte
- Warmwasser und Raumwärme benötigen 83% des Energiebedarfs im privaten Haushalt.
- Hinzu kommt Prozesswärme mit 6,3%
- Auf Raumwärme alleine entfallen rund 67,1% des Energiebedarfs im Haushalt aus.
⬤ Haushalte: Dekarbonisierung der Wärmeversorgung wichtigste Maßnahme
Kategorie Erneuerbare
3 Maßnahmen der Dekarbonisierung
- Säule „Energieeffizienz“
≙ Effizienzerhöhung bzw. Reduktion des Energieverbrauchs der Wärmeversorgung - Säule „Objektnahe erneuerbare Wärme“
≙ Aufbau und Dekarbonisierung dezentraler, gebäudenaher Wärmesysteme - Säule “Dekarbonisierte Wärmenetze“
≙ Ausbau leitungsgebundener, dekarbonisierter Wärmenetze (Fernwärme)
Kategorie Erneuerbare
Energieeffizienz
Vorteile:
Energieverbrauch Effizienz anderer Säulen Entlastung Gesamtsystem
Robustheit und Technologieoffenheit
Nachteile:
Individualität durch Heterogenität Kosten bei privaten Haushalten Komplexität als Sanierungshürde
Graue Energie
Fokus auf Schlüsselsäule Sanierungsrate erhöhen Langfristige, gesicherte,
ganzheitliche Sanierungs- konzepte nötig
Kategorie Erneuerbare
Objektnahe erneuerbare Wärme
Vorteile:
Dekarbonisierung Wärme Netzdienlichkeit i. S. v. als „Kraftwerk“ nutzbar
Energieabhängigkeiten Leitungsverluste
Nachteile:
Flächen- und Nutzungskonkurrenzen Technische Restriktionen Gefahr Lock-in Effekten Nachteile ggü. Wärmnetzen
Fokus Wärmepumpe
Vereinfachung der Nutzung durch Abbau von Abgaben Reduzierung der Informationsdefizite und Komplexität von Fördermöglichkeiten
Kategorie Erneuerbare
Dekarbonisierte Wärmenetze
Vorteile: Versorgungsmöglichkeit Zentraler Erzeugeraustausch
Nutzen aus Abwärme und Tiefengeothermie Verluste durch LowEx
Nachteile:
Leitungs- und Effizienzverluste Herausforderung Temperaturabsenkung
Heizlastabsenkung notwendig
Verpflichtende Bereit- stellung von Wärmebedarfsplänen Förderung von Low-Ex Netzen
Abbau rechtlicher Hürden
Kategorie Erneuerbare
Welche Potentiale ergeben sich aus der Kopplung von elektrischem Netz mit dem Wärmesektor durch Wärmepumpen?
- Vermehrte Einbindung regenerativer Energien
- Flexibilität
- Demand Side Management
- Beitrag zur Netzstabilisierung und Systemsicherheit
- Nutzen der thermischen Trägheit des Gebäudes als Speicher
- Wärmeversorgung in strombasierten Inselnetzen
/ Smart Grids
Kategorie Erneuerbare
Welche Hemmnisse stehen diesen Potentialen gegenüber?
- Finanzielle Vergütungsmechanismen für Wärmepumpenbetreiber fehlen bei derzeitiger
Tarifstruktur - Effizienzeinbußen durch strompreisgeführte Betriebsweisen
Kategorie Erneuerbare
Sole/ Wasser- Wärmepumpe Mit Erdkollektor
Erdwärmekollektoren nutzen die oberflächennahe Temperatur der Erde
* COP(Jahresarbeitszahl)~4
* Geringe Betriebskosten
* Platzaufwendig
* Benötigt geeignetes Grundstück
* In dicht besiedelten Räumen schwierig zu realisieren
Kategorie Erneuerbare
Sole/ Wasser- Wärmepumpe Mit Tiefenbohrung
Erdsonden können entweder als geschlossenes System oder als Wasser-Wasserwärmepumpe verwendet werden. Diese benötigt zwei Brunnen , einen zur Wärmegewinnung und einen zur Abgabe des genutzten Wassers.
* COP (Jahresarbeitszahl) ~ 4-5
* Geringe Betriebskosten
Bohrungen sind nicht überall möglich
Kategorie Erneuerbare
Luft/ Wasser- Wärmepumpe
- COP(Jahresarbeitszahl)~3
- Geringer Planungsaufwand
- Kann auch im Altbau nachgerüstet werden.
- Vergl. Hohe Betriebskosten
- Niedriger Wirkungsgrad
Über dasJ ahr veränderte Außentemperatur = Effizienz
Kategorie Erneuerbare
Konzepte zur Nutzung von Wärmepumpen
- Gebäude
- Exponentielle Anstieg der Bohrkosten in Abhängigkeit von der Tiefe verhindert eine kommerzielle Nutzung bei großen Tiefen.
- Neue Bohrverfahren (insbesondere Plasma- und Millimeterwellenbohren) kommen ohne Bohrgestänge aus und versprechen so
überkritische Wärme zu wettbewerbsfähigen Kosten
Kategorie Erneuerbare
Flusswasser als Wärmequelle
- Erste großskalige Forschungsprojekte
- Nutzung des Rhein-Wassersals Wärmequelle
- Wasser/Wasser Wärmepumpen haben COP ~5
- Aktuell Geplante thermische Leistung der Großwärmepumpe: 20 MW
Kategorie Erneuerbare
Abwasser als Wärmequelle
- Abwasser kann als Wärmequelle genutzt werden
- Hierzu werden Wärmetauscher in die Kanalisation eingebracht.
- Erprobungsphase im Rahmen von Reallaboren
- Realtiv konstante Wärmequelle über das Jahr
- Kommerzielle Nutzung muss noch nachgewiesen werden.
Kategorie Erneuerbare
Was ist Kraft-Wärme-Kopplung
Kraft-Wärme-Kopplung bedeutet die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme.
Brennstoffe wie Erdgas, Heizöl, Biogas, Klärgas und Bio-Ethanol werden in einem Umwandlungsprozess genutzt, um Energie zu erzeugen. Dieser Umwandlungsprozess kann durch einen Verbrennungsmotor, eine Brennstoffzelle, einen Stirlingmotor oder eine Turbine mit einer Dampfturbine erfolgen.
Die Koppelprodukte dieser Umwandlungsprozesse sind:
Elektrische Energie für die Eigenerzeugung, Einspeisung ins Stromnetz oder Notstromversorgung.
Thermische Energie, die für Raumwärme, Warmwasser, Prozesswärme oder zur Erzeugung von Kälte genutzt wird.
Kategorie Erneuerbare
Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung
Gesamteinsparung teilt sich auf in:
⬤ Brennstoff-Effekt: Vergleich verschiedener Primärenergieträger
⬤ Technologie-Effekt: Vergleich unterschiedlicher technologischer Standards
⬤ KWK-Effekt: Eigentlicher Effizienzgewinn
Kategorie Erneuerbare
Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen
Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen abhängig von:
* Wärmeverfügbarkeit im Jahresverlauf (Luft/Wasser- vs. Erdwärme) sowie
* von Leitungsverlusten
* Effizienz des Gesamtsystems (COP und SCOP)
* Investitionskosten
* Lebensdauer
* Staatlicher Förderung
* Kosten alternativer Heizsysteme
Kategorie Erneuerbare
Allokationsmethode hat wichtigen Einfluss auf Emissionen
Emissionen für Wärme sind abhängig von der Allokationsmethode und Effizienz
Stromgutschrift – Methode
<
Wärmegutschrift-Methode
Kategorie Erneuerbare
Eigenschaften von 5GDHC-Netzen
- Energie wird auf niedrigem Temperaturniveau verteilt und eignet sich nicht zum direkten Heizen
- Dezentrale Wärmepumpen in den Gebäuden nutzen das thermische Netz.
- als Wärmequellen werden Abwärme und erneuerbaren Energien mit niedrigen
Temperaturen eingebunden
die gleiche Infrastruktur wird sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwendet
Kategorie Erneuerbare
Aktueller Stand der Wärmewende
Im Bestand stellen noch immer ÖL- und Gas-Kessel den größten Anteil an Wärmeerzeugungstechnologien
Gas-Brennwertkessel und Wärmepumpen stellen einen Großteil der neuen Heizsysteme dar. Daher werden wir diese im Folgenden näher betrachten.
Kategorie Erneuerbare
Aktueller Stand der Forschung – innovative Konzepte
- Wärmepumpen und Wärmenetze sind wichtige Zukunftstech- nologien und könnten bis 2030 rund 50%
der Gebäudewärme decken. - Der größte Wachstumsmarkt liegt im Bereich der Wärmepumpen
Kategorie Erneuerbare
Grüner Stahl
Verwendung von Wasserstoff aus erneuerbarem Strom vermeidet Emissionen bei der Stahlproduktion
Kategorie Erneuerbare
Elektrolyseure und Speicher – im Transport-Bereich
- Großskalige Elektrolyseure kurz vor der Markteinführung
- Viele große Unternehmen investieren und bieten Elektrolyseure und Wasserstoffinfrastruktur an
(Siemens, Linde, Thyssen … ) - Wasserstoffbedarf im Verkehrsbereich insbesondere für große Fahrzeuge und lange
Reichweiten: Busse, LKW, Züge.
Kategorie Erneuerbare
Zukünftige Entwicklung der Elektrolyseure Sektorkopplung
- Aktuell hoher Innovationsgrad
- Großskalige Elektrolyseure kurz vor Marktreife
- Hohe Skaleneffekte und starke Kostendegression zu erwarten
- Viele unterschiedliche Lösungen nötig
Individuelle standortspezifische Konzepte für Industrie, Wärmenetze und Rechenzentren
