Aktuelle Energieversorgung Deutschlands und Ansätze der Versorgung der Zukunft Prof. Dr. Andreas Ratka 1
Übersicht Energieversorgung in Deutschland Aktivitäten der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf» BHKW mit Nahwärmenetz» Studien- und Forschungsprojekte» AK Grüne Hochschule 2
Primärenergieverbrauch Deutschlands gesamt 4083 TWh für 1990 Gas 15,9% Stromimport 0,0% Kernenergie 10,9% Wasser Wind 0,4% sonstige Brennstoffe 1,4% Kohle 36,6% Oel 34,8% Stromimport 0,0% Kernenergie 13,0% Wasser Wind 0,6% sonstige Brennstoffe 2,2% Kohle 24,3% Gas 21,9% Oel 38,0% gesamt 3960 TWh für 1999 aus BMWA Energiedaten 2003 3
Primärenergieverbrauch Deutschlands Wasser- und Windkraft 1) 3) 1.5% andere Erneuerbare 2) 7.5% Außenhandelss aldo Strom 0.4% Sonstige 1.7% Mineralöl 34.4% Letzte Entwicklung: Kernenergie 10.9% Erdgas, Erdölgas 21.7% Braunkohle 11.1% Steinkohle 10.8% gesamt 3740 TWh für 2009 Wasserund Windkraft 1) 3) 1.45% andere Erneuerbare 2) 7.83% Außenhandels saldo Strom 0.46% Sonstige 1.92% Mineralöl 33.39% Kernenergie 10.71% aus BMWi Energiedaten 2011 Erdgas, Erdölgas 21.55% gesamt 3892 TWh für 2010 Braunkohle 10.71% Steinkohle 11.98% 4
Zentrale Frage: Wo können wir im Energieversorgungssystem ansetzen??? Oder hilft das Verbot von 100 W Glühbirnen??? 5
Struktur des Energieverbrauchs in Aufteilung nach Verbrauchern: Deutschland Endenergieverbrauch Deutschland nach Verbrauchern 2009 Gewerbe, Handel, Dienstleistung 16,2% Industrie 26,0% Haushalte 28,7% Verkehr 29,2% aus BMWi Energiedaten 2011 6
Struktur des Energieverbrauchs in Aufteilung nach Energiearten: Deutschland Endenergieverbrauch in deutschen Haushalten 2007 sonstige Prozesswärme 5,3% Warmwasser 12,0% mechanische Energie 9,6% Beleuchtung 1,8% Raumwärme 71,3% aus BMWi Energiedaten 2011 7
Struktur des Energieverbrauchs in Aufteilung nach Energiearten: Deutschland Endenergieverbrauch der deutschen Industrie 2007 mechanische Energie 23.3% Beleuchtung 1.7% Raumwärme 8.2% Warmwasser 1.0% sonstige Prozesswärme 65.9% aus BMWi Energiedaten 2011 8
Struktur des Energieverbrauchs in Aufteilung nach Energiearten: Deutschland Endenergieverbrauch im deutschen Verkehr 2007 sonstige Raumwärme Warmwasser Prozesswärme 0.5% 0.0% 0.0% Beleuchtung 0.5% mechanische Energie 99.1% aus BMWi Energiedaten 2011 9
Struktur des Energieverbrauchs in Deutschland Die großen Posten im Endenergieverbrauch:» Wärme 55,2%» Antriebsenergie im Verkehrssektor 29,2% Zum Vergleich:» Energie für Beleuchtung 2,3% 10
Hindernisse für regenerativer Energien Zunächst teilweise hohe Kosten Cent/kWh 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 6,83 Gas Wärmekosten 2008/2010 11,26 Gasheizung Bereitstellungsart 3,85 Wärme aus Biogas Zahlen von 2001 14,49 14,93 13,47 14,35 Pelettheizung Wärmepumpe mit Tiefensonde 2,24 Schwimmbadabsorber Flachkollektoren (Großanlagen), Flachkollektoren (Warmwasserbereitung) 18,26 Flachkollektoren (Heizungsunterstützung) 25,00 20,00 20,95 Stromgestehungskosten Kosten / (Cent/kWh) 15,00 10,00 11,54 9,60 5,00 3,70 3,50 3,80 0,00 Windkraft (Küste) Strom aus Biogas (minimal) PV Solarthemische Kraftwerke Art der Gewinnung GuD Kraftwerk Atomstrom 11
Kosten erneuerbarer Energien In verschiedenen Szenarien ergeben sich bei Analgenlebensdauern von 20 bzw. 40 Jahren und 4% Zins folgende Mehrkosten: Preissteigerungen: Öl, Gas: 7,5% Strom: 2,5% Mehrkosten / (EUR/kWh) 0,150 0,100 0,050 0,000-0,050-0,100-0,150 Altbausanierung kontrollierte Lüftung solar WW - Bereitung solare Heizungsunterstützung (Flachkollektoren) solare Heizungsunterstützung (Vakuumröhrenkollektoren) Sole-Wärmepumpe (Tiefensonde) Preisstand 2007 Preisstand 2007 mit Förderung mit Preissteigerung Sole-Wärmepumpe (Erdkollektor) Pelletheizung 12
Beispiele für einige Potentiale (Deutschland) jährlich ersetzbare Primärenergie / % (Verbrauch Deutschland 2008) technische Potentiale rgenerativer Energien in Deutschland 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 1,8 Wasserkraft langfristig realisierbares Nutzungspotential / % genutzt 2007 / % 1,5 Windenergie 14,9 11,5 2,9 5,1 Biomasse Fotovoltaik 15,8 19,5 7,7 0,3 0,1 0,1 Solarthermie Geothermie 71,3 gesamt Erneuerbare Energien in Zahlen - nationale und internationale Entwicklung; BMU, 2008 13
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BHKW mit Nahwärmenetz 195 kw el elektrische Leistung Stromeinspeisung ca. 360 kw th Abwärmeleistung ca. 175 kw th Nutzwärmeleistung ca. 185 kw th Abwärmeleistung Nahwärmenetz ca. 2045 kw th Nutzwärmeleistung 15
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Beispiel: Niedrigenergiehaus Energieeffizienz Energieversorgung mit erneuerbaren Energien 17
Beispiel: Niedrigenergiehaus Energieflüsse eines Gebäudes (Niedrigenergiehaus): aus Simulation einer thermischen Solaranlage unter Verwendung von TRNSYS ;Diplomarbeit; Memmel 2007 18
Beispiel: Solarspeicher 19
Beispiel: Solarspeicher Es zeigte sich, das der Verlustkoeffizient des Speichers durch die verbesserte Isolierung der Anschlüsse stark sinkt. Der Bedarf an fossiler Energie zur Speicher- Nachheizung 850 841,5 sinkt um 840 830 etwa 6%. Efoss / (kwh/a) 820 810 800 790 780 770 760 vor Optimierung 791,3 nach Optimierung 20
Beispiele: Haustür Wärmebrücken (Tür) Genauere Analyse: (T a = -3 C, T i = 20 C) Thermische Verluste 400 W Thermische Verluste bei abgeschlossener Tür nur noch 140 W Durch den undichten Türspalt eindringende Kaltluft 21
Beispiel: Kombination Wärmepumpe und Solarthermie Schematische Darstellung des untersuchten Systems: Solaranlage Gebäude Wärmepumpe Erdsonde 22
Beispiel: Kombination Wärmepumpe und Solarthermie Beim Wärmepumpenantrieb eingesparte elektrische Energie: 450 400 Die maximalen Einsparungen belaufen sich auf etwa 12% des Antriebsenergiebedarfs der Wärmepumpe. Eel,spar / (kwh/a) 350 300 250 200 150 100 50 0 Einfachabsorber Flachkollektor Vakuumröhrenkollektor Erdreich und Brauchwasser Erwärmung Brauchwasserbereitung Erdreicherwärmung 23
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AK Grüne Hochschule Ziel: Stärkung des Charakters einer ökologischen Hochschule Einsparung von Energie Einsparung von nichtenergetischen Ressourcen Maßnahmen: Aufklärungsarbeit Mitarbeit an Konzepten 25
AK Grüne Hochschule; Aufklärungsarbeit Infokampagne: 26
AK Grüne Hochschule Infokampagne: 27
AK Grüne Hochschule; Konzepte Thermische Sanierung des A-Gebäudes 28
AK Grüne Hochschule; Konzepte Thermische Sanierung des A-Gebäudes Maßnahmen Fenstersanierung (2 Scheiben Wärmeschutzverglasung) Wandsanierung (15 cm Polystyrol) Investitionsksten / EUR Jährliche Kosten für Invest / (EUR/a) Jährliche Energieeinsparung / (kwh/a) 35704 2065 16324 bzw. 8% 77804 4499 131943 bzw. 66% Energieein -sparkoste /(Cent/kWh) 12,7 3,4 Insgesamt 113508 6564 148267 bzw. 74% 4,4 29
Zusammenfassung Wärme und mechanische Energie sind Hauptverbrauchsposten. Im Wärmebereich wurden kostenarme Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz gezeigt. Aufklärungsarbeit ist ein wichtiger Arbeitspunkt. 30