VL11: Gas- und Wärmeversorgung Flashcards
Temperaturniveaus
- “…” (< 100°C)
(In diesen Bereich zählen alle Prozesse für Temperaturen unter 100 °C und werden damit hauptsächlich für Prozesse zu Warmwasserbereitung zum Waschen und zur Nahrungsmittelproduktion verwendet. Der Raumwärmebedarf der Industrie gehört zwar nicht zur Prozesswärme, fällt aber auch in diesen Temperaturbereich)
- “…” (100°C - 400°C)
(Die Wärme wird zumeist mittels Dampf durch örtlich installierte Heizsysteme bereitgestellt.)
- “…” (> 500°C)
(Bsp. Herstellungsprozesse in der Keramik- und Metallindustrie)
(Temperaturen über 500°C werden beispielsweise für Herstellungsprozesse in der Keramik- und Metallindustrie benötigt. Die Bereitstellung dieser hohen Temperaturen stellt spezielle Anforderungen an die Heizsysteme. Oft wird hierzu auch Strom verwendet)
“Niedertemperaturbereich”
“Mittlerer Temperaturbereich”
“Hoher Temperaturbereich”
Beschreibe den Jahres-Verteilung für Wärmebedarf eines typischen Einfamilienhauses in Deutschland.
- Nach-oben-geöffnete Parabel
- Scheitelpunkt im Sommer (Juli)
Die Beheizungsstruktur in Deutschland basiert im Bestand zu ca. “…” auf Erdgas und zu ca. “…” auf Heizöl.
Der Anteil von Gasheizungen beim Wohnungsneubau betrug in 2022 ca. “…”.
“50%”
“25%”
“17,5%”
Nenne Gründe für die Reduktion der Gasnetzlänge vor allem im Nieder- und Mitteldruckstufen.
− Umstellung der Heiztechnologien
− Effizienzgewinne (z. B. Sanierung der Gebäudedämmung)
Beschreibe die Struktur des Gasmarktes.
Import und Produktion
- Förderung im In- und Ausland
Handel, Transport und Verteilung, Speicherung
- Importeure, FLN-Betreiber, Speichermarkt, Regional und Ortsgas-Gesellschaften
Endverbrauch
- Kraftwerke (Elektrizität)
- Industrie (Elektrizität, Prozess- und Raumwärme)
- Haushalte (Prozess- und Raumwärme)
Prozesswärme im Haushalt: Bsp. Gasherde/-öfen in Küchen
Beschreibe die 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. Sanierung der Gebäudedämmung
Sektorale Verschiebung der Gasverbräuche
- Rückläufige Verbrauche in der Raumwärme
- Anstieg der (industriellen) H2-Nachfrage
Aufkommen und Integration von erneuerbaren Gasen
- Regionale Erzeugung von H2 und Biomethan
- Importe von H2
Rolle der Netze
- Reduktion der Netzlänge vor allem im Nieder- und Mitteldruckstufen (Grund: Geringere Nachfrage)
- Hochdruckstufe konstant aufgrund
industrieller Nachfrage
Weltweit wird eine “…” Erdgasnachfrage prognostiziert. China und Indien sind “…”.
“steigende”
“Nachfragetreiber”
Warum ist es problematisch Erdgas als Brückentechnologie anzusehen?
- Underestimated Lifecycle-Emissions (Methan-Leakages bei Förderung (vor allem Shale Gas Förderung) und Transport werden häufig nicht bei den spez. Emissionen mit eingerechnet, Methan höhere Klimawirksamkeit als CO2, Lifecycle-Emissions von Erdgas, Kohle und Öl zum Teil gleich hoch)
- Carbon Lock-In Mechanismen
(Lock-In Mechanismen verlangsamen die notwendige Transformation hin zu einem Net-Zero-Energiesystem) - 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 mit CCS
3) Grauer Wasserstoff
- Wasserstoff aus fossilen Quellen (z. B. Dampfreformation von Erdgas) ohne CCS
4) Weißer Wasserstoff
- Natürlich vorkommender Wasserstoff
Wie kann H2 in 1) der Stromproduktion, 2) der Wärmebereitstellung, 3) der Industrie und 4) der Mobilität eingesetzt werden?
1) Stromproduktion
- Brennstoffzelle und H2-fähige Gasturbinen/Gasmotoren
–> Einsatzgebiet hängt von der benötigten Leistungsklasse ab (>1 MW –> Gasturbinen)
2) Wärmebereitstellung
- Brennstoffzelle und Brennwertkessel/Gastherme
- KWK-Anlagen mit Fernwärme
3) Industrie
- Umstellung von Produktionsprozessen (Bsp. Stahlindustrie)
4) Mobilität
- Brennstoffzelle/Verbrennungsmotor
- Weitere Umwandlung in eFuels (durch z. B. Fisher-Tropsch-Synthese)
In welchen Sektoren/Anwendungen ist der Einsatz von H2 (ökonomisch) sinnvoll?
- Umwandlungsverluste: Strom < < H2 (Elektrolyse) < < eFuels (Elektrolyse + Fisher-Tropsch-Synthese)
(Umwandlungsverluste ~ hohe Kosten) - Volumentrische Energiedichte: Strom < H2 < eFuels
–> Der Einsatz von H2 ist dann sinnvoll wenn es keine Alternativen zur Defossilisierung gibt (, weil teuer wegen Umwandlungsverlusten + hoher H2-Nachfrage) oder eine höhere volumentrische Energiedichte erforderlich ist (Bsp. Schifffahrt)
Mobilität
- Möglicherweise sinnvoll, weil hohe volumetirsche Energiedichte erforderlich: Flugverkehr, Schifffahrt
(Weitere Umwandlung durch z. B. Fischer-Tropsch-Synthese in eFuels ggf. sinnvoll)
- Weniger sinnvoll: PWKs und LWKs (günstigere Alternative: E-Motor und (lithium-ion)-Batterie verfügbar)
Industrieanwendungen
- Bsp. Stahl, Zement, Chemie
- Kaum elektrische Alternativen verfügbar
Stromsektor
- Kraftwerksstrategie
- H2(-fähige)-KW als flexible Spitzenlast-KW
Wahr oder falsch?
Anders als bei den Strom- und Gasnetzen können Betreiber von H2-Netzen freiwillig entscheiden, ob sie reguliert werden wollen.
Wahr!
Beschreibe die Fernwärmeversorgung.
Gehe dabei auf die Netze, Anbieter, Wettbewerb und Klimaschutz ein.
Anbieter
- Fernwärme wird i.d.R. durch einen vertikal-integrierten Monopolisten bereitgestellt
- KWK-Anlagen (Bsp. BHKWs), Heizwerke, Großwärmepumpen, Solarthermie-KW usw.
Netze
- Sind in sich geschlossene, lokale wasser- oder dampfbasierte Systeme (–> liquide, großräumige Märkte in der Regel nicht möglich)
Wettbewerb
1) Substitutionswettbewerb (Systemwettbewerb)
- 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)
Folge:
- Fernwärmeverträge sind langfristig und die Preisbildung ist im Vergleich zu Strom und Gas
weniger stark reguliert (Fernwärmepreis ~ Monopolpreis)
Klimaschutz
- Fernwärme ist ein zentraler Baustein bei der Dekarbonisierung des Wärmesektors
Beschreibe die Lieferkette von Fernwärme.
1) Wärme-Erzeugung (Bsp. KWK-Anlage, Heizwerk, Solarthermie-KW, Großwärmepumpe)
2) Fernwärmenetz zum Transport
3) Lieferung zum Kunden
Wahr oder falsch?
Maßnahmen im Gebäudesektor nach dem Klimaschutzprogramm 2030
- Emissionslimit von 72 Mio. Tonnen CO2 in 2030 (aktuell 120 Mio. Tonnen CO2)
- Steuerliche Förderung energetischer Sanierungsmaßnahmen
- Bundesförderung für effiziente Gebäude
- Erneuerung von Heizanlagen
- Aufstockung energetische Stadtsanierung
- Energieberatung und Öffentlichkeitsarbeit sowie Vorbildfunktion Bundesgebäude
Wahr!
Die anteilsmäßig am häufigsten verwendeten Brennstoffe für Fernwärme sind “…” und “…”.
“Erdgas”
“Steinkohle”
Nenne Möglichkeiten zur Nutzung von erneuerbaren Energien für die Wärmebereitstellung
Möglichkeiten zur Nutzung von erneuerbaren Energien für die Wärmebereitstellung
- Solarenergie durch Solarthermieanlagen
(Im Gebäudebestand häufig Unterstützung bei der Warmwasserbereitung, im Neubau Kombination von Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung)
- Biomasse
(Holzpellet-Heizung oder Biogas)
- Geothermie
(Nutzung der Erdwärme mit Wärmepumpen, PtH-Technologie, weil WP auch EE-Strom verbraucht)
- Umgebungswärme
(Nutzung über Wärmepumpen, PtH-Technologie, weil WP auch EE-Strom verbraucht)
- Power to Gas
(Nutzung von (überschüssigem) Strom aus erneuerbaren Quellen)
- Power to Heat
(Nutzung von (überschüssigem) Strom aus erneuerbaren Quellen, sinnvoll als Hybridsystem, aktuell meistens in Kombination mit KWK-Fernwärme)
Durch “…” werden in einem Kraftwerk gleichzeitig elektrische und thermische Energie erzeugt.
“Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)”
Welche Technologie stellt 80% der deutschen Fernwärmeversorgung sicher?
KWK-Anlagen
Wahr oder falsch?
- KWK-Anlagen werden aufgrund von Effizienzvorteilen vom Gesetzgeber gefördert.
- KWK-Anlagenbetreiber erhalten (bei Erfüllung der erforderlichen Voraussetzungen) einen
KWK-Zuschlag (€/MWh).
–> Zuschlag nach der installierten Leistung gestaffelt
–> Zahlung auf Gesamtvollbenutzungsstundenzahl begrenzt (Anreize für flexiblen Betrieb) - Kosten für KWK-Zuschlagszahlungen werden als Aufschlag auf die Netzentgelte an Endkunden weitergereicht (KWKG-Umlage).
Wahr!
Unter “…” versteht man die Umwandlung der Sonnenenergie z. B. durch thermische Solaranlagen in nutzbare thermische Energie.
“Solarthermie”
Wahr oder falsch?
Fernwärme ist in den meisten Fällen ein Monopolgeschäft mit Monopolpreis.
Wahr!
Nenne zwei Aspekte die der Gebäudesanierung allgemein entgegenstehen?
- Mieter-Vermieter-Dilemma
- Lange Investitionszyklen bei Neubau und Umbau (Renovierungsarbeiten)
Wie kann Sektorenkopplung eingesetzt werden um den Anteil der EE bei der Wärmebereitstellung zu erhöhen?
(Kopplung der Verbrauchssektoren untereinander
- Nutzung von Abwärme aus z. B. Industrieprozessen)
PtH
- Wärmepumpe (in Kombination mit Umgebungswärme und Geothermie)
- Elektrodenkessel + Wärmespeicher
PtG
- Einsatz von H2/Biomethan in KWK- oder Heizwerken
Wie kann Fernwärme klimaneutral bereitgestellt werden?
Fernwärme durch
- Großwärmepumpen (EE-Strom + Geothermie/Umgebungswärme/Abwärme)
- Große Solarthermieanlagen
- KWK-Anlagen/Heizwerke mit Biomasse oder grünem Wasserstoff (Bsp. H2-ready-Gasmotoren-KW)
- PtH: Neg. Residuallast –> Elektrodenkessel + Wärmespeicher
Brennstoffzelle vs. H2-ready-Gasturbine
Bei höheren Nennleistung (> 1 MW): “…”
Bei niedrigerer Nennleistung (< 1 MW): “…”
“H2-ready-Gasturbine”
“Brennstoffzelle”
Nenne Beispiele für Kraftwerkstypen, welche sich für KWK eignen.
KWK = Strom- und Wärmeerzeugung
Bsp. für KWK-Anlagen
- GuDs
- GT
- Motorenkraftwerke
