VL12: Energieeffizienz und Flexibilisierung Flashcards

1
Q

1) Wie ist Effizienz ganz allgemein definiert?

2) Wie ist Energieeffizienz in der europäischen Energieeffizienzrichtlinie definiert?

A

1)
- Verhältnis von Wirkung zu eingesetzten Mitteln
(Abgrenzung Effektivität: “Durch den Einsatz von Mitteln einer Wirkung erzeugen”)
- Effizienz = Output / Input
- Def. Bereich: [0,1]

2)
- Verhältnis von Ertrag an Leistung/Dienstleistung/Waren oder Energie zu Energieeinsatz
- Effizienz = (Ertrag an Leistung, Dienstleistung, Waren oder Energie) / Energieeinsatz
- Bsp.: Energieproduktivität = BIP / Energieverbrauch –> Primärenergieproduktivität, Endenergieproduktivität

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2
Q

Grenze die Begriffe Energieeffizienz, Energiesuffizienz und Elastizität von einander ab.

A

Energieeffizienz
- Energieeffizienz = Output / Energieeinsatz
- Die Energieeffizienz zu steigern, bedeutet den gleichen Output(!) mit geringerem Energieeinsatz zu erreichen
- Folge: Energieeinsparung

Energiesuffizienz
- Steigerung der Energiesuffizienz beutet den Output zu verringern
- Ohne zusätzliche Energieeffizienzmaßnahmen führt dies zu einer linearen Verringerung der eingesetzten Energie
- Folge: Energieeinsparung
–> Energiesuffizienzmaßnahmen hinterfragen den Bedarf und somit das Konsum- und Nutzerverhalten
–> Energiesuffizienz ist der bewusste Verzicht auf gewisse Energieinanspruchnahme

Elastizität
- Preiselastizität bezeichnet die relative Änderung der Nachfrage bzw. des Angebots durch eine Veränderung des Preises
- Preiselastizität = Prozentuale Änderung der Nachfrage bzw. des Angebots / Prozentuale Änderung des Preises
- Bsp. Änderung des Flugverhaltens nachdem der Zertifikatspreis angestiegen ist

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3
Q

1) Was ist der Zusammenhang von Energieeffizienz und Preiselastizität?

2) Was ist der Zusammenhang von Preiselastizität und Flexibilisierung?

A

1)
- Je geringer die Preiselastizität desto höher ist der Anreiz Energiekosten durch Energieeffizienzmaßnahmen (Bsp. effizientere Technologien) zu senken.
- Bei niedriger Preiselastizität bewirkt ein Preisanstieg eine geringe Reduktion der Nachfragemenge nach Energie und führt somit zu einem Anstieg der Energiekosten. Die gestiegenen Energiekosten wiederum führen zu einem Anreiz Energie einzusparen, was durch Energieeffizienzmaßnahmen (und Energiesuffizienzmaßnahmen) erreicht werden kann.
- Bsp.: Bei hohen Energiepreisen und niedriger Preiselastizität gibt es einen Anreiz für die Energieverbraucher durch Energieeffizienzmaßnahmen (und Energiesuffizienzmaßnahmen) ihre Kosten zu senken.

2)
- Durch mehr Flexibilität auf Angebots- bzw. der Nachfrageseite wird die Preiselastizität des Angebots- bzw. der Nachfrage erhöht.
- Flexible Nachfrager reagieren auf hohe Preise indem sie ihre Nachfrage in Zeitpunkte mit einem geringeren Preis verschieben, um ihre Kosten zu senken
- Flexible Anbieter reagieren auf hohe Preise indem sie ihr Angebot erhöhen, um ihre Gewinne zu erhöhen
–> Folge: Mehr Flexibilität ~ Mehr Preiselastizität

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4
Q

1) Wie preiselastisch ist die Stromnachfrage?

2) Ist anzunehmen, dass sich die Preiselastizität der Stromnachfrage und die des Stromangebots mit dem Voranschreiten der Energiewende verändert?

A

1) Eher unelastisch (zwischen -0,1 und -0,55)

2) Ja! Durch zunehmende Flexibilisierung ist davon auszugehen, dass die Preiselastizität des Angebots und der Nachfrage ansteigen wird.
- Bsp. Angebot: Batteriespeicher
- Bsp. Nachfrage: Elektrolyseure, DSM

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5
Q

Wie kann Energie gespart werden?

A

Steigerung von Energieeffizienz und Energiesuffizienz

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6
Q

Nennen einen wirtschaftlichen und einen technischen Energieeffizienzindikator.

A

Wirtschaftlicher Energieeffizienzindikator
–> Energieproduktivität = BIP / PEV

Technischer Energieeffizienzindikator
–> Tech. Wirkungsgrad = Energieoutput / Energieinput

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7
Q

Erläutere inwiefern Marktversagen auf Energiemärkten vorliegt und gehe dabei die Energieeffizienz ein.

A

Marktversagen durch …

1) Externe Effekte
- Bsp. THG-Emissionen werden nur teilweise durch Zertifikatshandelssysteme bzw. Pigou-Steuern internalisiert
- Bezug Energieeffizienz: Zertifikate/Pigou-Steuern –> Höhere Energiepreise –> Höhere Energiekosten (Grund: geringe Preiselastizität) –> Anreiz Kosten zu senken –> Steigerung der Energieeffizienz

2) Informationsasymmetrien, Bsp. Investor-Nutzer-Dilemma
- Bsp. 1: Haus Neubau; Handwerker haben Informationsvorsprung bzgl. Heizungssystemen ggü. Bauherren; Wahl der für die Handwerker gewinnmaximierenden Heizung und nicht der am energieeffizientesten
- Bsp. 2: Der Mieter eine Wohnung würde von einer verbesserte Dämmung - also eine höhere Wärmeeffizienz - durch niedrigere Kosten für die Wärmebereitstellung profitieren. Da der Eigentümer/Vermieter jedoch nicht an den Kosten der Wärmebereitstellung beteiligt ist, gibt es keinen bzw. nur einen geringen Anreiz für ihn die dafür notwendigen Investitionen zu tätigen.
–> Gegenanreiz Investitionen in Energieeffizienz

3) Marktbarrieren
–> Kurze Amortisationsdauern und hohe implizite Verzinsung
Ob sich Investitionen in einer verbesserte Energieeffizienz ökonomisch rentieren hängt von den Energiepreisen ab. Letzteres ist jedoch volatil und daher schwer vorherzusehen. Um diese Unsicherheit abzufedern werden häufig kurze Amortisationsdauern (bzw. geringe implizite Verzinsungen) angewendet. Letztere können Anreize sein nicht oder erst spät in Energieeffizienzmaßnahmen zu investieren.
–> Gegenanreiz Investitionen in Energieeffizienz
- Bsp. Ob sich Investitionen in die Dämmung einer Wohnung aus Sicht des Mieters (= Eigentümer, in diesem Fall) ökonomisch rentieren, hängt im Fall einer Gasheizung vom volatilen, schwer zu prognostizierenden Gaspreis ab. Sollte die Erwartung sein, dass der Gaspreis erst spät merklich ansteigt, ist der Anreiz in die Dämmung zu investieren gering.

Marktversagen begründet staatlichen Eingriff!

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8
Q

Wie kann das Investor-Nutzer-Dilemma (teilweise) aufgehoben werden?

A

Contracting
- Investor wird an den Energieeffizienzgewinnen des Nutzers in den ersten Perioden nach der Investition durch einen Vertrag beteiligt. Dadurch besteht für den Investor auch ein Anreiz in die effizientesten Technologien zu investieren.

Investor per Gesetz an den Kosten des Nutzers beteiligen
- Investor wird an den Kosten der Ineffizienz beteiligt und hat somit einen Anreiz die Ineffizienz durch Investitionen abzubauen
- Bsp. Ab 2023 werden Vermieter in Abhängigkeit von dem energetischen Zustand der Wohnung an den CO2-Kosten der Mieter beteiligt.

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9
Q

Nenne Vorteile von und konrekte Gegenanreize bei Energieeffizienzmaßnahmen.

A

Vorteile
- Ökonomisch (Bsp. Kosteneinsparungen)
- Ökologisch (Bsp. Weniger THG-Emissionen, Ressourcen)
- Sozial (Bsp. Energiekosteneinsparungen kommen besonders Menschen mit geringem Einkommen/Vermögen zu gute)
- System (Bsp. Verlässlichkeit des Stromnetzes steigt dadurch, dass es durch Energieeffizienzeinsparungen entlastet wird)

Gegenanreize

Motivationsmangel
- Niedrige Energiekosten vs. teilweise hohe Investitionskosten
(Niedrige Energiekosten auch durch niedrige CO2-Steuern/Zertifikatspreise (–> Externer Effekte)
- Investor-Nutzer-Dilemma
(–> Informationsasymmetrie)
- Hohe Transaktionskosten
(–> Marktbarriere)

Informationsmangel (–> Informationsasymmetrien)
- Fehlende Kenntnisse über z. B. Energieverbräuche, technische Möglichkeiten

Finanzielle Restriktionen
- Kapitalverfügbarkeit
- Konkurrenz mit anderen (betrieblichen) Investitionen

Rahmenbedingungen
- Gegenanreiz zur Mengenausweitung durch z. B. Vertriebe

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10
Q

Was fällt bei den Maßnahmen des Nationalen Aktionsplans Energieeffizienz auf?

A
  • Kaum Maßnahmen, die darauf abzielen die Energieeffizienz bei HH außerhalb des Gebäudesektors zu erhöhen
  • Es zielen (zu) wenige Maßnahmen auf eine Steigerung Gebäudeenergieeffizienz ab
  • Kaum ordnungspolitische Maßnahmen
  • Starker Fokus auf marktkonforme Maßnahmen (hauptsächlich Informationen)
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11
Q

Nenne Beispiele für politische Ziele und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz.

A

Ziele
- EU: Bis 2020: Energieeinsparungenen durch gesteigerte Energieffizienz: 20%
- EU: Bis 2030: Energieeinsparungenen durch gesteigerte Energieffizienz: 32,5%

Maßnahmen
- Anforderungen an Gebäudeenergieeffizienz (Maßnahmen gegen das Investor-Nutzer-Dilemma)
- EU-Energieeffizienz-Label für Produkte (Bsp. Kühlschränke; Überwindung von Informationsasymmetrien)

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12
Q

Wahr oder falsch?

Deutschland hat in den letzten Jahren mehrere Ziele bei der Steigerung der Energieeffizienz u. A. im Gebäude- und Verkehrssektor verfehlt.

A

Wahr!

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13
Q

1) Worum geht es bei Rebound-Effekten im Zusammenhang mit Energieeffizienz?

2) Welche Arten von Rebound-Effekten kennst du?

A

1) Effekte, die der Energieeinsparung durch Energieeffizienzmaßnahmen entgegen wirken. Häufig: Verhaltensanpassungen

2)
Direkter Rebound
- Eine Verbrauchssenkung durch Effizienzsteigerung führt dazu, dass der Energiebedarf insgesamt kaum sinkt
- Bsp.: Anschaffung energieeffizientere Leuchte –> nicht ausschalten der Leuchte –> insgesamt sinkt Energieverbrauch kaum

Backfire
- Eine Verbrauchssenkung durch Effizienzsteigerung führt dazu, dass der Energiebedarf insgesamt steigt
- Bsp.: Anschaffung einer kaum energieeffizienteren Leuchte –> nicht ausschalten der Leuchte –> insgesamt steigt Energieverbrauch

Indirekter Rebound
- Der Effizienzsteigerung entgegen wirkende Änderung des Nutzungsverhaltens in anderen Situationen; erhöhte Nachfrage nach anderen Gütern.
- Bsp.: Einsparungen bei Umstellung des PKWs auf E-Auto + zusätzliche Flugreisen

Energiepreiseffekt
- Durch sinkende Nachfrage steigt das verbleibende Angebot an Energieträgern, was eine Preissenkung bewirkt. Als Reaktion auf die Preissenkung ergibt sich eine zusätzliche Nachfrage.
- Bsp. Erdgas-Heizungen werden effizienter, es wird weniger Erdgas für Raumwärme nachgefragt, Erdgas-Preis sinkt, Erdgas-KW kaufen mehr ein

Struktureffekt
- Durch Effizienzsteigerungen werden erst Strukturen geschaffen, die Energieverbrauch erhöhen.
- Bsp.: Ein noch effizienterer PKW kann bei gleichen Kosten noch weiter fahren. Dies ermöglicht es ggf. regelmäßig zu weiter entfernten Orten wie z. B. zu Wohn-, Arbeits- und Einkaufsstätten zu fahren

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14
Q

Warum fallen die tatsächlichen Energieeinsparungen von Energieeffizienzmaßnahmen regelmäßig weniger stark aus als erwartet?

A

Rebound-Effekte

(Einsparungen werden (teilweise) durch Verhaltensanpassungen kompensiert)

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15
Q

In welchen Sektoren und bei welchen Anwendungen sind die Energieeffizienzpotentiale am Größten?

A

HH
–> Gebäudesanierung, Neubau, Erneuerung Heizsystem
–> Beleuchtung

GHD
–> Gebäudesanierung, Neubau, Erneuerung Heizsystem
–> Beleuchtung

Verkehr
–> Effizientere PKWs (Verbrennungsmotoren durch E-Motoren/Brennstoffzellen-Motoren austauschen, viel höherer Wirkungsgrad)

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16
Q

1) Was versteht man unter Flexibilitätsoptionen im Stromsektor generell?

2) Welche Flexibilitätsoptionen im Stromsektor kennst du?

A

1)
Flexibilitätsoptionen sind technische und/oder organisatorische Möglichkeiten zur Deckung und/oder Verminderung der (negativen) Residuallast.
- Hohe Residuallast senken indem die Nachfrage gesenkt wird
- Negative Residuallast erhöhen indem die Nachfrage erhöht bzw. die EE-Einspeisung abgesenkt wird

2)
- Flexible Anbieter
- Flexible Verbraucher
- Speicher
- Leistungsfähige Netze

17
Q

1) Was ist die Voraussetzung dafür, dass die Jahresdauerlinie der Residuallast negativ wird?

2) Interpretiere die Jahresdauerlinie einer z. T. negativen Residuallast?

A

1) Ein sehr hoher Anteil der EE im Strommix

2)
- In (8760-x) Stunden im Jahr haben wir einen erneuerbaren Erzeugungsüberschuss von mindestens f(x)
- Es lässt sich die Anzahl der Stunden mit erneuerbaren Erzeugungsüberschuss sowie das Niveau des erneuerbaren Erzeugungsüberschusses ablesen
- Mit steigendem EE-Anteil sinkt die Anzahl der Stunden in denen die Residuallast positiv ist
- Mit steigendem EE-Anteil bleibt das Niveau der höchsten positiven Residuallast nahe zu konstant während das Niveau der niedrigsten Residuallast ansteigt

18
Q

1) Wie verändert sich die Nullstelle der Jahresdauerlinie der Residuallast mit steigender EE-Erzeugung?

2) Welche Anforderung an Flexibilitätsoptionen kann hieraus hergeleitet werden?

A

Mit steigender EE-Erzeugung…

1) Nullstelle verlagert sich nach links
–> Sinkt die Anzahl der Stunden in denen die Residuallast positiv ist

2a) Die max. und min. Gradienten nehmen betragsmäßig zu
–> Die max. und min. Leistungsänderungen nehmen zu
2b) Die Anzahl der Stunden mit betragsmäßig hohem Gradienten nehmen zu
–> In mehr Stunden sind hohe Leistungsänderungen gegeben

Anforderung: Sehr dynamisches Verhalten + Hohe Verfügbarkeit im Jahr
–> Flexibilitätsoptionen müssen zunehmend höhere Leistungsänderungen in mehr Stunden ausgleichen können
–> Flexibilitätsoptionen benötigen eine schnelle Reaktionsfähigkeit auf schnell ansteigende / abfallende EE-Erzeugung

19
Q

Welche Anforderungen sollten Flexibilitätsoptionen erfüllen?

A
  • Ausreichende Verfügbarkeit zur Abdeckung der Residuallast
  • Sehr dynamisches Verhalten: schnelle Reaktionsfähigkeit auf schnell ansteigende / abfallende EE-Erzeugung sowie Ausgleich von großen Leistungsänderungen
  • Sie sollten eine schwankende und zeitweise geringe Auslastung wirtschaftlich und technisch “abkönnen”
20
Q

Nenne konkrete Beispiele dafür wie die Netze die Flexibilität erhöhen können.

A
  • Netzaus- und Umbau ist die Voraussetzung für flexibleren Deckung und/oder Verminderung der (negativen) Residuallast
  • Grenzüberschreitender Netzausbau –> Importe und Exporte für die flexiblere Deckung und/oder Verminderung der (negativen) Residuallast (Intraday-Handel und Regelleistung/-energie) –> Grenzüberschreitender Netzausbau
21
Q

Nenne konkrete Beispiele für flexible Verbraucher.

A
  • DSM: Lastmanagement in Industrie, GHD, HH (insb. E-Fahrzeuge und Wärmepumpen)
  • PtH: Elektrokessel + Wärmespeicher
  • PtG: H2-Elektrolyseure + H2 Speicher
22
Q

Nenne konkrete Beispiele für flexible Erzeuger: Regelbare EE.

A
  • Flexible eingesetzte Biomasse, Biogas, Wasserkraft
  • Netzbedinge Abregelung von PV, Wind (“Curtailment”)
23
Q

Nenne konkrete Beispiele für flexible Erzeuger in der Zukunft: Konventionelle KW.

A

Bestehende KW
- Umstellung des Brennstoffes auf z. B. BM, Biogas
- Nachrüstung auf H2

Neubau (flexibler) Gaskraftwerke
- Bsp. H2-(ready)-KW

24
Q

Nenne konkrete Beispiele für flexible Speicher: Stromspeicher.

A
  • Pumpspeicher
  • Batteriespeicher (Bsp. Lithium-Ion-, Redox Flow-Batterien)
  • Druckluftspeicher
25
Q

Nenne konkrete Beispiele für flexible Speicher: Wärme- und Gasspeicher.

A
  • PtG (Bsp. Elektrolyse, Methanisierung) + Gasspeicher (Poren- und Kavernenspeicher für Methan und H2) + Rückverstromung (Gas-KW)
  • PtH (Bsp. Elektroheizkessel, Spitzenlastkessel + Wärmespeicher)
  • Beide können zur Anhebung der negativen Residuallast beitragen indem die Verbrauchslast erhöht wird
  • Durch die Rückverstromung von H2/Biomethan kann pos. Residuallast verringert werden
26
Q

Was versteht man unter Demand Side Management?

A
  • Flexible Lastanpassung in Abhängigkeit externer Steuerungssignale (Preise, technische Regelsignale)
  • Umfasst Lastverschiebung und Lastverzicht
27
Q

Welche Kurzzeitspeicher kennst du?

Wie lange speichern diese i. d. R. Strom?

A
  • Pumpspeicherkraftwerke (PSW)
  • Batteriespeicher
  • Druckluftspeicher
  • Mehrere Stunden bis wenige Tage
28
Q

Welche Langzeitspeicher kennst du?

Wie lange speichern diese i. d. R. Energie?

A

PtG
- Elektrolyse –> H2
- H2 –> Methanisierung –> Bio-Methan
–> Speicherung in Poren- und Kavernen-Speicher

Das Power-to-Gas-Verfahren nutzt überschüssige Strommengen aus erneuerbaren Energien, um per Wasserelektrolyse Wasserstoff und Sauerstoff herzustellen. In einem zusätzlichen Wandlungsschritt kann aus dem Wasserstoff Methan hergestellt werden.

  • Mehrere Tage bis mehrere Jahre (Saisonale Speicher)
29
Q

Nenne und beschreibe aktuelle Hemmnisse in der Flexibilisierung des Strommarkts.

A

Vertragsgestaltungen
- Wärmelieferverpflichtungen führen zu Inflexibilitäten von KWK-Anlagen.

Tarifstrukturen
- Umlagen, Abgaben, Entgelte und Steuern sind ein großer Bestandteil der Verbraucher-Strompreise und verringern so den Einfluss des Marktes auf den Endpreis + außerdem bleibt dieser Anteil unabhängig von der Residuallast konstant
- Eine unzureichende Internalisierung der Schadenskosten von CO2 führt zu einem großen Bestand an inflexiblen Erzeugern (Bsp. Kohle-KW).
- Aufgrund der starren und vielfach zeitinvariablen Tarifstrukturen erhalten viele Nachfrager nur abgeschwächte oder keine aktuellen Signale aus dem Spotmarkt.

Stromsystemdesign
- Der grenzüberschreitende Stromhandel verringert die Preisspreads.

(- Marktpreisglättende Regularien sowie Einspeisecharakteristika der fluktuierenden erneuerbaren Energien
(PV) verringern Preisspreads zwischen einzelnen Stunden.
- Das Ausgleichsenergiepreissystem eliminiert Anreize zur Optimierung gegen den Ausgleichsenergiepreis nicht vollumfänglich.
- Nicht ausreichend Preisanreize am Spotmarkt für theoretisch flexible Kraftwerke bzw. technische Beschränkungen aufgrund der Kraftwerkstechnologie oder des Kraftwerksalters.)
(- Abnahmeverpflichtungen führen zu Inflexibilitäten (insbesondere bei gasgefeuerten Anlagen).)

30
Q

Wahr oder falsch?

Große Verbraucher können ihre Energiekosten reduzieren, indem sie z. B. zeitlich variierenden Preise ausnutzen.

Große Verbraucher können Zusatzerlöse durch z. B. die Teilnahme an Regelleistungsmärkte durch abschaltbare Lasten oder durch die Vergütung im Rahmen von Redispatch-Maßnahmen erwirtschaften.

A

Wahr!

31
Q

Energieeffizienzpotenziale existieren insbesondere bei “…”. Der Effekt auf die Reduktion des Primärenergieeinsatzes ist im “…” größer als bei “…”.

A

“Wärmeanwendungen”

“Wärmebereich”

“Strom”

32
Q

Welche Prozesse eignen sich besonders gut für Lastverschiebung?

A

–> Prozesse, die mit Wärme/Kälte zu tuen haben + Industrieprozesse

Haushalte
- Wärmepumpen, Nachtspeicherheizungen, Klimaanlagen
- Kühl- und Gefrierschränke
(- Umwälzpumpen, Warmwasseraufbereitung)

GHD
- Prozesswärme und -kälte
- Belüftung, Klimatisierung, … (Querschnittstechnologien)
- Raumwärmebedarf
- Kühlanwendungen

Industrie
- Prozessflexibilisierung (Bsp. Stahl- und Zementproduktion)
- Klimatisierung, Pumpen, Antriebe, …
(Querschnittstechnologien)