Kurzbeschreibung der Vorlesungs-/Seminarveranstaltung Energiewirtschaftliche Aspekte der Energietechnik I und II

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1 Universität Kassel Fachbereich Elektrotechnik/Informatik Institut für Elektrische Energietechnik Elektrische Energieversorgungssysteme Kurzbeschreibung der Vorlesungs-/Seminarveranstaltung Energiewirtschaftliche Aspekte der Energietechnik I und II Prof. Dr.-Ing. Harald Bradke1 Stand: November 2013 Die Ziele der Lehr- und Seminarveranstaltung sind: Entwicklung energiewirtschaftlicher Kompetenz für Ingenieurwissenschaftler, insbesondere für Elektroingenieure, zur Nutzung in ihrem späteren Berufsalltag, Erarbeitung grundlegender Kenntnisse betriebswirtschaftlicher und energiepolitischer Art zum besseren Verständnis ökonomischer und gesellschaftlicher Rahmenbedingungen der Energietechnik, Übung persönlicher Fähigkeiten im Bereich des freien Vortrags, offener Diskussion und schriftlicher Expertisen Didaktisch werden diese Ziele durch eine Abfolge von Vorlesung, einer dialogischen Form von Rückfragen zu Vorlesungsinhalten und deren Beantwortung verfolgt. Im Wintersemester steht die Vermittlung von Basiswissen im Vordergrund. Dementsprechend erfolgt am Ende des Semesters eine schriftliche Klausur. Im Sommersemester werden ausgewählte Themenfelder behandelt. Die Prüfung erfolgt in Form einer schriftlichen Ausarbeitung (etwa 15 Seiten) und einem Referat hierzu. 1 Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung Breslauer Str. 48, Karlsruhe, Tel.: 0721/ , Fax: 0721/

2 2 Vorlesungs- und Seminarinhalte Die Veranstaltung versucht, alle wichtige Fachgebiete, die zu dem Kernfach der Energietechnik inhaltlich in wesentlichen Weise verknüpft sind und somit Einfluss auf die Entwicklung der Energietechnik nehmen oder in Zukunft nehmen könnten, in ihren Grundzügen zu beschreiben (vgl. Abb. 1). Diese angrenzenden Fachgebiete bilden i.a. jeweils eine Lehreinheit, die in zwei bis vier Stunden vermittelt wird. Im Folgenden sind die Inhalte dieser Lehreinheiten kurz umrissen, um einen Einblick in die Lehr- und Seminarveranstaltung zu geben. Konventionelle Stromerzeugung Erneuerbare Energiequellen Rationelle Energieanwendung Wirtschaftlichkeitsberechnungen Zukünftige Energiesysteme Prognosen und Szenarien Energieund Klimapolitik Externe Effekte des Energieverbrauchs Elektro- Technik (als Kern- Kompetenz) Energiemärkte Stromaussenhandel Energiestatistik Energiereserven, -ressourcen Ökonomie der natürlichen Ressourcen Abb. 1: Überblick der Vorlesung "Energiewirtschaftliche Aspekte der Energietechnik I und II"

3 3 1. Konventionelle Stromerzeugung Ausgehend von der Thermodynamik des Dampfprozesses werden die Funktionsweisen und technischen Komponenten der Stromerzeugung in fossilen Kondensationskraftwerken erklärt. Hierauf aufbauend werden die Prinzipien von Kernkraftwerken, Gasturbinenkraftwerken sowie von GuD-Kraftwerken und anderen Formen der Kraft- Wärme-Kopplung erläutert. 2. Techniken und Potentiale erneuerbarer Energiequellen Nach einem kurzen Überblick über die physikalisch möglichen Optionen zur Nutzung der Sonnenenergie werden die wichtigsten technischen Nutzungsformen wie photovoltaische und solarthermische Stromerzeugung, Windkraft-, Biomassenutzung und geothermische Stromerzeugung sowie die unterschiedlichen Arten der Wasserkraftnutzung vorgestellt. Hierzu gehören neben den technischen Ausgestaltungsmöglichkeiten dieser Anlagen auch die Hinweise zu deren Potentialen, Angebotscharakteristiken und Kosten. 3. Rationelle Energieanwendung Kurz- bis mittelfristig bietet die rationelle Energienutzung große Einsparpotentiale, und auch in einer zukünftigen solaren Energiewirtschaft ist sie unabdingbar. Die wichtigsten Einsparpotentiale in den Sektoren Haushalte, Gewerbe-Handel-Dienstleistungen sowie Industrie werden vorgestellt. Der Schwerpunkt bei den effizienten Elektrizitätsanwendungen im industriellen Bereich liegt bei elektromotorischen Anwendungen (z.b. Drucklufterzeugung) und bei elektrothermischen Anwendungen. 4. Wirtschaftlichkeitsberechnungen Diese Lehreinheit vermittelt die betriebswirtschaftlichen Grundlagen zur Bewertung energiesparender Investitionen; als wichtige Elemente der Kostenermittlung werden die kapital- und beschäftigungsfixen Kosten, die variablen Kosten, das Teil- und Vollkostenkonzept sowie die Kostenermittlung bei gekoppelten Produkten erläutert. Auf die verschiedenen Rentabilitätsrechnungen und Risikoermittlung wird ebenfalls eingegangen, wobei auf typische Fehler gerade in der Alltagspraxis kritisch hingewiesen wird. 5. Beschreibende und analytische Energiestatistik Statistiken zu energietechnischen und energiewirtschaftlichen Fakten liegen bei sehr verschiedenen Institutionen vor (z.b. Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Eurostat, OECD, Statistischen Bundesamtes, UNO und Fachstatistiken von Branchen sowie spezielle

4 4 Anfragemöglichkeiten wie z.b. Fachinformationszentrum Energie). Diese Quellen und ihre Nutzungsmöglichkeiten werden hier ebenfalls vorgestellt. Die analytische Energiestatistik, die erst in den letzten 20 Jahren entwickelt wurde, versucht die Aufklärung einzelner Einflüsse auf den Energieverbrauch anhand partieller Differentiation, so u. a. die Bereinigung statistischer Zeitreihen zum Energiebedarf von Aktivitätsniveaus, Struktureinflüsse (z.b. durch intra- und interindustriellen Strukturwandel) und Energieeffizienz-Verbesserungen. 6. Energiereserven und -ressourcen nicht erneuerbarer Energien; Ökonomie der natürlichen Ressourcen Anhand der statischen Reichweiten der bekannten Vorräte und der Ressourcen fossiler Energieträger werden die grundlegenden Kenntnisse zur Einschätzung der Verfügbarkeit dieser Energieträger vermittelt. Die Rolle der 50 %igen Ausbeutung einer Ressource (mid depletion point) bei der Energiekostenentwicklung und bei der regionalen Verteilung der bekannten Reserven (OPEC) auf die Versorgungssicherheit werden erläutert. Nach einer Einführung in die Ökonomie der natürlichen Ressourcen werden die theoretischen Konzepte auf die nicht-erneuerbaren Energiequellen und die CO 2 - Aufnahmefähigkeit der Erdatmosphäre angewandt (Themen: Ausbeutungszuschläge, Royalities, intergenerativer Ausgleich, back stop-technologien). 7. Energiemärkte Die speziellen Merkmale der deutschen Strom-, Gas-, Fernwärme-, Kohle- und Mineralölwirtschaft werden anhand der Marktformen, Kostenstrukturen und spezifischer Eigenschaften der Energieträger (Kapitalintensität, Emissionen, Handhabungsvorteile) erläutert. Unternehmensstruktur und -verflechtungen sowie die Liberalisierung bei Stromund Gasmärkten, die Strompreisbildung, Kohlesubventionen und Energiesteuern sowie die Stromeinspeisevergütung für Strom aus KWK und erneuerbaren Energiequellen sind weitere Einzelpunkte dieses Themenfeldes. 8. Stromaußenhandel Während die Netto-Stromaußenhandelsbilanz nahezu ausgeglichen ist, kann dies durch die europaweite Liberalisierung der Strommärkte, unterschiedliche Umweltstandards, aber auch besonders günstige Standorte für z.b. regenerativ erzeugten Strom zu einer deutlichen Verschiebung führen. In dieser Einheit werden die hierbei wichtigsten Einflussgrößen wie Netzkapazitäten, bestehende Lastflüsse, technische, wirtschaftliche und rechtliche Rahmenbedingungen etc. diskutiert.

5 5 9. Externe Effekte des Energieverbrauchs Zunächst erfolgt die Definition der externen Effekte bzw. der externen Kosten, die nicht in den Preisen bzw. Kosten für Energie oder Energiebereitstellung enthalten sind (z.b. forstund agrarwirtschaftliche Schäden, Korrosionsschäden, Erkrankungen der Atemwege, Unfallkosten u. a.). Die Schwierigkeit der Identifikation und insbesondere der Quantifizierung externer Kosten des Energieverbrauchs wird an einzelnen Beispielen verdeutlicht (z.b. lange, unerwartete Wirkungsketten). Die Monetarisierung der externen Effekte wird anhand der möglichen Methoden (Schadenskosten-Konzept; Vermeidungskosten-Konzept und willingness to pay/ to sell- Konzept) erläutert und mit den Überlegungen zur Ökonomik der natürlichen Ressourcen in Beziehung gesetzt, um die zeitliche Veränderung des "break even point" bei Energiepreisen "mit" und "ohne externe Kosten" zu demonstrieren. Außerdem werden die wesentlichen Gründe für die divergierenden Angaben der externen Kosten des Energieverbrauchs erläutert (z.b. Kosten für Berufsunfähigkeit und Tote, Schätzunsicherheiten). 9. Energie- und klimapolitische Maßnahmen Einleitend werden bestehende Hemmnisse und Marktunvollkommenheiten der rationellen Energieanwendung erläutert, um ein Verständnis für die Notwendigkeit energiepolitischer Maßnahmen herzustellen. Ein Schwerpunkt liegt auf technisch orientierten Maßnahmen, d.h. technische Standards und Verordnungen, freiwillige Selbstverpflichtungen von Herstellern von Massenprodukten und von Anwendern. Ein gänzlich neues Klimapolitisches Instrument stellt der Handel mit CO 2 - Emissionszertifikaten dar. Die unterschiedlichen Möglichkeiten der Erstverteilung, ihre Konsequenzen und mögliche Strategien für Unternehmen werden behandelt. 10. Energiebedarfsschätzungen und -szenarien Es werden die verschiedenen Methoden qualitativer und quantitativer Technikvorausschau in der Energiewirtschaft erläutert (z.b. Szenarienmethoden, sektorale Projektionsmethoden mittels prozess- und energiewirtschaftlicher Modelle, Optimierungsmodelle, ökonometrische Modelle oder die Delphi-Methoden) einschließlich verschiedener Methoden der Kostenvorausschätzung wie z.b. die Methode der anlegbaren Kosten oder der Lernkurven- Ansatz. Diese Vorlesungs- und Seminarinhalte werden zum Teil mit unterschiedlicher Tiefe behandelt, abhängig von der Anzahl und Themenwahl der Studenten für ihre Referate und von dem Diskussionsbedarf der Studenten zu dem jeweils behandelten Lehrinhalt.

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