Das Exergiekonzept als Analysemethode am Beispiel Deutschlands

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1 W I S S E N T E C H N I K L E I D E N S C H A F T Das Exergiekonzept als Analysemethode am Beispiel Deutschlands 13. Symposion Energieinnovation 13. Feb. 2014, TU Graz Marco Lindner, Udo Bachhiesl Institut für Elektrizitätswirtschaft und Energieinnovation Technische Universität Graz!

2 2/20 Inhalt Motivation Exergie Methodik Ergebnisse Interpretation

3 3/20 Motivation Solarthermie Energie Fernwärme T RW =20 C Elektrizität Optimum? Erdöl Energie Kohle

4 4/20 Exergie Definition Die Exergie ist Energie, die sich unter Mitwirkung einer vorgegebenen Umgebung in jede andere Energieform vollständig umwandeln lässt. Anergie ist Energie, die sich nicht in Exergie umwandeln lässt. Energie = Exergie + Anergie (Baehr, Thermodynamik Grundlagen und tech. Anwendungen)

5 5/20 Exergie Beispiel: Energieträger 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Energie Exergie 10% 0%

6 6/20 Motivation Energie Exergie Solarthermie 239 kwh Fernwärme 229 kwh T RW =20 C Elektrizität Optimum? Erdöl 1069 kwh Energie Exergie 45 kwh Kohle 1070 kwh T U =6 C

7 7/20 Exergie Bedeutung Quantität (Energie) ist nicht gleich Qualität (Exergie) Exergie ist die gewinnbare Arbeit gegenüber der Umgebung Anergie ist mit der Umgebung im Gleichgewicht und kann keine Arbeit verrichten Exergie ist keine Erhaltungsgröße Jede Energieumwandlung geht mit Exergieverlusten Abwertung der Energie einher. Das Resultat ist meistens Mittel-/Niedertemperaturwärme am falschen Ort

8 8/20 Exergiebilanz Beispiel: Raumwärmeversorgung ζ Erdgas Boiler = 4,3% ζ Wärmepumpe = 18,1% ζ Fernwärme = 19,7% T U = 6,7 C, T RW = 20 C

9 9/20 Methodik 1/4 1. Zusammenführen und Erweitern der bestehenden Energiebilanzen Konsistenzprüfung Erweiterung durch Nutzenergiemodell Anpassung an internationale Standards

10 10/20 2. Bestimmen der exergetischen Faktoren Thermomechanische und chemische Exergie der eingesetzten Energieträger Methodik 2/4 Thermochemische Daten der Prozessabströme Referenzdaten zur Umgebungsmodellbildung

11 11/20 3. Erstellen des Exergieflussbildes Anwendung der exergetischen Faktoren Methodik 3/4 Berechnung der Exergie- Zerstörungen und Exergie- Effizienzen

12 12/20 4. Analyse der Ergebnisse Prozessanalysen Evaluieren von Verbesserungsmöglichkeiten Methodik 4/4

13 13/20 Ergebnis Energieflussbild Primärenergieaufkommen PJ Nutzenergie 5258 PJ η Gesamt = 38% Umwandlungsverluste 3067 PJ Anwendungsverluste 3632 PJ

14 14/20 Ergebnis Exergieflussbild Primärexergieaufkommen PJ Nutzexergie 2682 PJ ζ Gesamt = 18% Umwandlungsverluste 299 PJ Exergie-Zerstörung bei der Umwandlung 3433 PJ Anwendungsverluste 1584 PJ Zerstörung bei der Anwendung 4678 PJ

15 15/20 Ergebnis Detail: Umwandlungen Energie Exergie ηumwandlung = 47% ζumwandlung = 38% Ex-Verluste: 4,2% Ex-Zerstörung: 57,2%

16 16/20 Ergebnis Detail: Nutzanwendungen 8894 PJ Energie η Anwendung = 59% 8938 PJ Exergie ζ Anwendung = 30% Ex-Verluste: 18,7% Deutschland Ex-Zerstörung: 2011, PJ 52,3%

17 17/20 Interpretation Die Exergie-Analyse verfeinert die konventionelle Energie-Analyse Aufzeigen von falschem Energieträgereinsatz sowie Potentialen zur Kaskadierung Ergebnisse exergetischer Optimierungen sind zugleich energetisch optimiert Die Exergie-Analyse bietet einen direkten Vergleich verschiedenster Technologien Kumulative Exergie-Analyse für verkettete Prozesse Berücksichtigung der tatsächlich benötigten Qualität der Nutzenergie Optimale Energieträger und Umwandlungsverfahren Exergoökonomische Analysen Exergie als Indikator für Umweltbeeinträchtigungen

18 18/20 Rückblick Österr. Energiebericht 1956 Energieflußbild Technische Arbeitsfähigkeit Wertflußbild

19 19/20 Ausblick Ideales Exergieflußbild Annahmen Strom aus erneuerbaren Energien Kraftwerksprozesse (GuD, KWK, keine Heizwerke) Elektromobilität Wärmedämmung, Wärmepumpen Beleuchtung Ergebnisse Steigerung der Exergieeffizienz Deutschlands von 18% auf 32% Reduktion des Primärenergieeinsatzes um 37,8% Reduktion des Einsatzes fossiler Brennstoffe um 39,4% Ausblick Bedeutung elektrischer Energie wird steigen Herausforderung Umsetzung

20 20/20 W I S S E N T E C H N I K L E I D E N S C H A F T Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!

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