Energiesektor > Erneuerbare > Flashcards

Erneuerbare Flashcards

(64 cards)

Study These Flashcards
1
Q

Kategorie Erneuerbare

Biogas und Biomethan

A

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

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2
Q

Kategorie Erneuerbare

Definition erneuerbarer Energie

A

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

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3
Q

Kategorie Erneuerbare

Geothermische Energie

A
  • 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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4
Q

Kategorie Erneuerbare

Gravitationsenergie

A
  • Anziehungskraft zwischen Sonne und Mond führt zu Gezeiten auf der Erde
  • die resultierenden Strömungen werden in Gezeitenkraftwerken genutzt
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5
Q

Kategorie Erneuerbare

Grundlagen Biomasse

A
  • 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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6
Q

Kategorie Erneuerbare

Ölhaltige Biomasse

A
  • 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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7
Q

Kategorie Erneuerbare

Stärkehaltige Biomasse

A
  • 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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8
Q

Kategorie Erneuerbare

Abfall Biomasse

A
  • 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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9
Q

Kategorie Erneuerbare

Holzartige Biomasse

A

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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10
Q

Kategorie Erneuerbare

Scheitholz

A

+ geringer Energiebedarf zur Produktion, einfache Produktion
- Handbeschickung, schlechter Wirkungsgrad in Kaminöfen

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11
Q

Kategorie Erneuerbare

Hackschnitzel

Holzpellets

A

+ 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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12
Q

Kategorie Erneuerbare

Holzpelletpreis weniger volatil als Öl- und Gaspreise

A
  • 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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13
Q

Kategorie Erneuerbare

Strom und Wärme durch Biomasse

A

▪ 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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14
Q

Kategorie Erneuerbare

Biomasse Umwelteinwirkungen

A
  • 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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15
Q

Kategorie Erneuerbare

Biomasse Transport und Wirkungsgrad

A

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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16
Q

Kategorie Erneuerbare

Grundlagen Geothermie

A

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

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17
Q

Kategorie Erneuerbare

Geothermie als günstige Strom- und Wärmequelle in Island

A
  • 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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18
Q

Kategorie Erneuerbare

Niederenthalpie Lagerstätten

A

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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19
Q

Kategorie Erneuerbare

Oberflächennahe Geothermie

A

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

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20
Q

Kategorie Erneuerbare

Oberflächennahe Geothermie Nutzung mit Wärmepumpen

A

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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21
Q

Kategorie Erneuerbare

Elektrofahrzeuge

A

Alle Verkehrsmittel deren Antriebsenergie in Form elektrischer Energie zugeführt wird

Kraftfahrzeuge Schienenfahrzeuge Wasserfahrzeuge Luftfahrzeuge

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22
Q

Kategorie Erneuerbare

Übersicht Fahrzeugkonzepte

A
  • 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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23
Q

Kategorie Erneuerbare

Elektromobilität

A

„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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24
Q

Kategorie Erneuerbare

Battery Electric Vehicle – BEV Aufbau und Funktionsweise

A
  • 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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25
# Kategorie Erneuerbare 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
26
# Kategorie Erneuerbare 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
27
# Kategorie Erneuerbare 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
28
# Kategorie Erneuerbare 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
29
# Kategorie Erneuerbare 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
30
# Kategorie Erneuerbare 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
31
# Kategorie Erneuerbare 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
32
# Kategorie Erneuerbare 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
33
# Kategorie Erneuerbare 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
34
# Kategorie Erneuerbare 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
35
# Kategorie Erneuerbare Welche weiteren Arten für das Laden von Elektrofahrzeugen gibt es neben konduktiv?
Konduktives Laden Induktives Laden Batteriewechsel Oberleitungen
36
# Kategorie Erneuerbare 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
37
# Kategorie Erneuerbare 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
38
# 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
39
# 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
40
# 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
41
# Kategorie Erneuerbare Energiewende in Deutschland
⬤ Wärme ist ein signifikanter Faktor im Energieverbrauch Deutschlands! ⬤ Energiewende = Stromwende + Wärmewende + Verkehrswende !
42
# Kategorie Erneuerbare 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
43
# 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)
44
# 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
45
# 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
46
# 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
47
# 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
48
# Kategorie Erneuerbare Welche Hemmnisse stehen diesen Potentialen gegenüber?
* Finanzielle Vergütungsmechanismen für Wärmepumpenbetreiber fehlen bei derzeitiger Tarifstruktur * Effizienzeinbußen durch strompreisgeführte Betriebsweisen
49
# 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
50
# 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
51
# 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
52
# 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
53
# 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
54
# 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.
55
# 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.
56
# 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
57
# 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
58
# Kategorie Erneuerbare Allokationsmethode hat wichtigen Einfluss auf Emissionen
Emissionen für Wärme sind abhängig von der Allokationsmethode und Effizienz Stromgutschrift – Methode < Wärmegutschrift-Methode
59
# 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
60
# 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.
61
# 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
62
# Kategorie Erneuerbare Grüner Stahl
Verwendung von Wasserstoff aus erneuerbarem Strom vermeidet Emissionen bei der Stahlproduktion
63
# 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.
64
# 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
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