Übersichtsvorträge zu den Kompetenzfeldern (B.Sc) Spezialisierungsfächern (M.Sc) Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Prof. Dr.-Ing. Kai Hufendiek
Energiesysteme/Energiewirtschaft Die nachhaltige Umgestaltung des Energiesystems: eine zentrale Herausforderung für unser Jahrhundert Pressespiegel 2
Pressespiegel Kabinett beschließt Atomausstieg bis 2022 06.06.2011 Süddeutsche Zeitung Leitungsbau: Noch 50 Milliarden Euro für das Stromnetz? 24.09.2014 Frankfurter Allgemeine Ökostrom jetzt Deutschlands wichtigste Energiequelle 01.10.2014 Welt Strompreis hat sich fast verdoppelt 09.10.2014 Handelsblatt BamS: Gabriel plant alternative Lösungen für Energiewende 12.10.2014 Süddeutsche.de 3
Anforderungen an Energiesysteme: Zieldreieck der Energiewirtschaft sicher effizient, preisgünstig, verbraucherfreundlich umweltverträglich Energiewirtschaftsgesetz (EnWG): 1 (1) Zweck des Gesetzes ist eine möglichst sichere, preisgünstige, verbraucherfreundliche, effiziente und umweltverträgliche leitungsgebundene Versorgung der Allgemeinheit mit Elektrizität und Gas. Wie kann eine nachhaltige Energieversorgung gestaltet werden? 4
Betrachtung des Gesamtsystems notwendig: Systemanalyse Energiesystem Energiewandler z.b. Kraftwerk Erzeugungssystem Netze 5
Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien Quelle: BMU 2013 6
40 35 30 Anteile erneuerbarer Energien an der Energiebereitstellung in Deutschland mind. 35,0 1) Darüber hinaus BReg Energiekonzept 2011: 50 % Reduktion Primärenergie bis 2050 bei vertretbaren Energiepreisen und Wohlstand Anteile in [%] 25 20 15 10 5 0 7,8 20,0 Anteile EE am gesamten Stromverbrauch 4,3 10,4 Anteile EE an der gesamten Wärmebereitstellung 14,0 1) 0,9 2002 2004 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Ziele: 2020 5,6 10,0 1,2) Verkehrssektor Anteile EE am gesamten Kraftstoffverbrauch (2) 4,5 12,2 18,0 1) Bruttoendenergieverbrauch 3,2 10,9 Anteile EE am gesamten Anteile EE am gesamten Endenergieverbrauch Primärenergieverbrauch (3) (Strom, Wärme, Kraftstoffe) 1) Quellen: Ziele der Bundesregierung; Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG); Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG), EU-Richtlinie 2009/28/EG; 2) Der gesamte Verbrauch an Motorkraftstoff, ohne Flugbenzin; 3) Berechnet nach Wirkungsgradmethode - Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.v. (AGEB); EE: Erneuerbare Energien; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Hintergrundbild: BMU / Brigitte Hiss; Stand: März 2012; Angaben vorläufig 7
Kernherausforderung für Energiewende: Integration fluktuierender Erneuerbarer Energien Systemanpassungen für eine bedarfsgerechte Stromversorgung : Back-up -Kapazitäten Kraftwerke mit hoher betrieblicher Flexibilität Stromspeicher zur Integration der Überschussproduktion Ertüchtigung und Ausbau der Stromübertragungs- und verteilnetze Demand Side Management zur Glättung der Residuallast 8
Netzintegration Wind - Projektion 80,000 70,000 60,000 System load Germany Systemload Germany Power wind farm Feed in Windpower Power [MW] 50,000 40,000 30,000 +70,000-4,000 20,000 10,000 0 337Mo 361Tue 385We 409Thu 433Fr 457 Sa 481 Su 505 Mo529 Hour 9
Lastnachfrage und Residuallast - Projektion Demand and residual load [GW] 100 80 60 40 20 0-20 -40-60 -80 0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 Hour [h] Bis zu 78 GW überschüssige Erzeugungsleistung aus Erneuerbaren ~ 43 TWh überschüssige Produktion (Arbeit) aus Erneuerbaren, entspricht ca. 13 % der Produktion aus Wind und Photovoltaik Benötigte Speicherkapazität ~ 6,4 TWh Demand load Residual load 10
Auswirkungen auf die Großhandelsmarktpreise heute Quelle: EEX, PointCarbon, ÜNBs, eigene Schätzung 11
Weitere Analysen zu Auswirkungen Ergebnisse von Simulationsrechnungen Auswirkungen auf den Brennstoffeinsatz Auswirkungen auf Klimagas-Emissionen Auswirkungen auf die Energiepreise Erreichung von politischen Zielen Gesamtkosten bei gegebenen Rahmenbedingungen und Annahmen zu technologischer Entwicklung Weitere Analysen Auswirkungen auf Umwelt (z. B. Immissionen) Ganzheitliche Betrachtung (z. B. Life-Cycle-Analysen) Gesellschaftliche Akzeptanz Interdependenz verschiedener Energieträger Systemanalyse muss umfassend erfolgen -> hohe Komplexität 12
Forschungsschwerpunkte am IER 13
Forschungsschwerpunkte des IER Analyse und Bewertung von Energietechniken und Energiesystemen Technologiefolgenabschätzung und Umweltanalysen Energiewirtschaftliche Systemanalysen / energie- und umweltpolitische Instrumente Entwicklung von Methoden, Modellen und entscheidungs-unterstützenden Instrumenten für den Energie- und Umweltbereich Rationelle Energieanwendung / Effiziente Energienutzung 14
Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Interne Services Administration Martin Spengler M.A. Institutsleitung Prof. Dr.- Ing. Kai Hufendiek Stellvertreter: Prof. Dr.-Ing. habil. Rainer Friedrich Lehre, Labor, Werkstatt, Bibliothek Dipl.-Päd. Erhard Haiser Dipl.-Ing. Petra Neuser Elektrizitäts- und Gasmarktanalysen (EGA) Energiewirtschaft und Systemanalyse (ESA) Systemanalyse und Erneuerbare Energien (SEE) Technologiebewertung und Umwelt (TFU) Prof. Dr.-Ing. Kai Hufendiek Dr. rer. pol. Ulrich Fahl Dr. sc. agr. Ludger Eltrop Prof. Dr.-Ing. habil. Rainer Friedrich Graduierten- und Forschungsschule Effiziente Energienutzung Stuttgart (GREES) 15
Masterstudium Technische Kybernetik Spezialisierungsfach "Energiesysteme und Energiewirtschaft" (18 LP) Kernfächer mit 6 LP Energiesysteme und effiziente Energieanwendung (Hufendiek) Vorlesung Techniken zur Rationellen Energieanwendung (Hufendiek) Übung (vorlesungsbegleitend) Planungsmethoden in der Energiewirtschaft (Hufendiek / Fahl) Vorlesung Systemtechnische Planungsmethoden i. d. Energiewirtschaft (Hufendiek, Fahl) Workshop Derzeitige und zukünftige Energieversorgung in Deutschland (Fahl) 16
Modul Energiesysteme und effiziente Energieanwendung Vorlesung und Übung: Techniken zur Rationellen Energieanwendung (SS) Dozent: Prof. Dr.-Ing. Kai Hufendiek Grundlagen der Rationellen Energieanwendung Energiesystemanalyse Verfahren zur Optimierung der Abwärmenutzung Überblick über Energieanwendungstechniken: Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen Wärmepumpen Anlagen zur Wärmerückgewinnung und Abwärmenutzung Brennstoffzellen 17
Masterstudium Technische Kybernetik Spezialisierungsfach "Energiesysteme und Energiewirtschaft" (18 LP) Ergänzungsfächer mit 6 LP Kraft-Wärme-Kopplung und Versorgungskonzepte (Blesl / Jennes) Vorlesung Kraft-Wärme-Kopplung: Anlagen und Systeme (Blesl) Vorlesung Wärmeversorgungskonzepte (Jennes) Erneuerbare Energien (Hufendiek / Eltrop) Vorlesung Grundlagen der Nutzung Erneuerbarer Energien I (Hufendiek / Eltrop) Vorlesung Grundlagen der Nutzung Erneuerbarer Energien II Biomasse (Eltrop) 18
Masterstudium Technische Kybernetik Spezialisierungsfach "Energiesysteme und Energiewirtschaft" (18 LP) Ergänzungsfächer mit 6 LP Energiemärkte und Energiepolitik (Hufendiek / Pfeiffer) Vorlesung Energiemärkte und Energiehandel (Hufendiek) Vorlesung Energiepolitik im Spannungsfeld von Wettbewerbsfähigkeit Versorgungssicherheit und Umweltschutz (Pfeiffer) Brennstoffzellentechnik (Friedrich, A.) Vorlesung Grundlagen Brennstoffzellentechnik (Friedrich, A.) Vorlesung Brennstoffzellentechnik, Technik und Systeme (Friedrich, A.) 19
Masterstudium Technische Kybernetik Spezialisierungsfach "Energiesysteme und Energiewirtschaft" (18 LP) Ergänzungsfächer mit 3 LP Strategische Unternehmensplanung (Mattis) Energiewirtschaft in Verbundsystemen (Scherer) Energie und Umwelt (Friedrich, R.) Kraftwerksabfälle (Stützle) Elektrochemische Speicherung in Batterien (Bessler) Energieeffizienz in der Industrie (Kessler/Blesl) Praktikum mit 3 LP Praktikum Energiesysteme 20
Bachelorarbeiten und Masterarbeiten am IER Energieeffizienzpotenziale durch Einsatz von Wärmeübertragertechnologien in der deutschen Industrie Improving the accuracy of health impact calculations using high resolution population data Techno-Economic Analysis of Bio-Energy in Developing Countries Energieeffizienz-Potenziale im Bereich Straßenverkehr und Logistik durch IKT-Lösungen Optionen der Fernwärmeversorgung in Baden-Württemberg zur Erreichung des Treibhausgasminderungsziels Wirtschaftliche Energieeinsparpotenziale in der Raumwärmebereitstellung industrieller Nichtwohngebäude Nutzung des Potentials abschaltbarer Lasten in Pilotbetrieben in BW 21
Beratung und Information Donnerstags: 09:30 12:00 und 15:45 16:30 Dipl.-Päd. Erhard Haiser Heßbrühlstraße 49a, Zimmer 308 oder nach Absprache: Lehre@ier.uni-stuttgart.de Industriegebiet Vaihingen/Möhringen Sprechstunden bei Prof. Dr.-Ing. Kai Hufendiek nach Vereinbarung über das IER- Sekretariat (Frau Heydorn) Tel.: 685-87800
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 23