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11
Energiesparpotentiale in Bayern
Theorie und Praxis
www.ffe.de
2
Gliederung
1. Einleitung
2. Stromerzeugung und Energieverbrauch (in D und BY)
3. Fallbeispiele: Einsparung durch Gebäudesanierung
Einsparung durch Anlagenoptimerung
Einsparung durch Substitution fossiler Energieträger
4. Ausblick: Elektromobilität
33
Einleitung
Folgen erhöhter CO2-Emissionen
4
Auswirkungen des Klimawandels
Bild:
Furgg Gletscher
Quelle:
Gletscherarchiv
5
Auswirkungen des Klimawandels
Die Arktis könnte bereits in 30 Jahren im Sommer weitgehend eisfrei sein
Aufnahmen von September 1973 und September 2003:
Quelle: NASA
6
Anstieg des Meeresspiegels
Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs auf Bangladesh:
Quelle:
UNEP / GRID (www.grida.no)
7
Globale Temperatur korreliert mit dem CO2-Gehalt
Daten aus Eisbohrkernen, Angaben in ppm (parts per million)
CO2-Gehalt ist heute auf dem höchsten Stand seit mind. 650.000 Jahren
Quelle: Petit et al: Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core,
Antarctica, Nature 399, 429-436(3 June 1999)
8
Erhöhter CO2-Gehalt korreliert mit der Entwicklung des anthropogenen CO2-Ausstoßes
Entwicklung der CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen:
CO2-Emissionen 2007: 8,5 Gt C
Hinzu kommen: 1,5 Gt C aus veränderter Landnutzung
9
Entwicklung der weltweiten CO2-Emissionen 1990 – 2007
Energiebedingte CO2-Emissionen ausgewählter Länder und Regionen
in Mt CO2 1990 2007
WELT 22.682 30.892
NORDAMERIKA 1) 6.214 7.640
USA 5.461 6.575
ASIEN und OZEANIEN 5.646 12.020
China 2.452 6.389
Japan 1.179 1.393
EUROPÄISCHE OECD - Länder 3.731 4.615
Deutschland 1.029 861
Frankreich 416 421
Großbritannien 625 590
Italien 440 493
Spanien 238 398
Niederlande 219 265
ÜBRIGES EUROPA 4.976 2.865
Frühere SU 3.907 2.553
MITTLERER OSTEN 728 1.573
SÜDAMERIKA 712 1.159
AFRIKA 675 1.020
1) einschließlich Mexiko
Quellen: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, BP
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
10
CO2-Emissionen in Deutschland, nach Energieträgern
Energiebedingte CO2-Emissionen in Deutschland nach Energieträgern
1990 – 2008
in Mt CO2 1990 2008
feste Brennstoffe 1)
514,7 313,6
flüssige Brennstoffe 2)
310,8 252,7
gasförmige Brennstoffe 3)
114,9 164,5
Sonstige 4)
7,7 17,5
Insgesamt 948,1 748,3
1) Einschließlich Kokerei-, Stadt- und Brenngase
2) Einschließlich Flüssig- und Raffineriegas; ohne Flugtreibstoffverbrauch für den internationalen Luftverkehr (80 % des gesamten im Inland vertankten Treibstoffverbrauchs im Luftverkehr)
3) Erdgas, Erdölgas und Grubengas
4) Einschließlich statistische Differenzen.
Quellen: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung, Umweltbundesamt
Hinweis: Differenzen zu den Werten in den anderen Tabellen aufgrund unterschiedlicher methodischer Berechnungsverfahren und Emissionsfaktoren.
1111
Stromerzeugung und Energieverbrauch
in Deutschland und Bayern
12
Energiebilanz in Deutschland 2007
Quellen:
Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen
BDEW-Projektgruppe Nutzenergiebilanzen
IfE / TU München
Gesamte Nutzenergie:
4.402 PJ (31,3 %)
13
Struktur der Stromerzeugung in Deutschland 2008
Struktur der Stromerzeugung in Deutschland 2008, Gesamt: 639 TWhel
Bruttostromerzeugung = inkl. Eigenverbrauch der Kraftwerke
Einsatz von Energieträgern 2007: 5.490 PJ = 1.525 TWh
CO2-Emissionen zur Bereitstellung
einer kWh Strom aus verschiedenen
Energieträgern, für 2007
Strom aus:
(für 2007)
Spez. CO2-
Emissionen
in g/kWhnetto
ohne Vorkette
Steinkohle 965
Braunkohle 1.163
Übrige 320
Heizöl 656
Erdgas 452
Wasser-/Windkraft --
Kernenergie --
Insgesamt 576
Quellen:
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, Energiestatistiken
Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen
14
Emissionen für die Erzeugung 1kWh Strom:
576 g CO2 entsprechen…
einem Volumen von 0,3 m³ bei Normaldruck bzw. 300 Litern
(Dichte CO2 = 1,98 kg / m³ bei 0°C und 1.013 hPa)
4,4 km Autofahren
bei einem Verbrauch von 4,9 l Diesel bzw. 5,5 l Benzin /100km
→ bei Einhalten der EU-Vorgabe von 130 gCO2/km für Neuwagen
(CO2-Emissionen Diesel: 2,65 kg/l , Benzin: 2,36 kg/l)
6,7 km Autofahren mit einem Elektrofahrzeug (Verbrauch: 15 kWh/100km)
3 Minuten Betrieb eines Durchlauferhitzers (20 kW)
30 Minuten Betrieb eines Heizlüfters (2 kW)
16,7 Stunden Licht aus einer 60 W Glühbirne
91 Stunden Licht aus einer 11 W Energiesparlampe
Im Jahr 2008 liegt der Wert für 1 kWh
bereits nur noch bei 558 g CO2
15
Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien (Deutschland)
Anstieg der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland bis 2020:
Quelle:
FfE Veröffentlichung in der BWK Jubiläumsausgabe: „Das Integrierte Energie- und Klimaprogramm“.
2007: Photovoltaik 3,5 TWh Windenergie 39,5 TWh
Biomasse 19,5 TWh Wasserkraft 20,7 TWh
16
Entwicklung des Endenergieverbrauchs in Bayern
1. Ö
lkri
se 1
973 2
. Ö
lkri
se 1
979
Gesamt 2007:
1.265 PJ
17
Struktur des Primärenergieeinsatzes in Bayern 2007
Primärenergieverbrauch in TJ in TWh in %
Steinkohle 59.600 16,6 3,0%
Braunkohle 6.585 1,8 0,3%
Mineralöle 767.342 213,2 38,8%
Gase 366.545 101,8 18,5%
Kernenergie 552.843 153,6 28,0%
Erneuerbare Energieträger 206.331 57,3 10,4%
Sonstige Energieträger 18.609 5,2 0,9%
Insgesamt 1.977.855 549,4 100,0%
davon
Quelle:
StMWIVT: Energiebilanz Bayern 2007
* inkl. Sonnenenergie
und Windkraft
Endenergieverbrauch 2007:
1.265 PJ
Primärenergieverbrauch 2007:
1.978 PJ
18
Stromerzeugung in Bayern 2007
Nettostromerzeugung in Bayern, 2007
Gesamt: 84,4 TWh
Davon erneuerbare Energien:
19,0 TWh (= 22,5 %)
Quelle:
Bayerisches Landesamt für Statistik und Datenverarbeitung:
Pressemitteilung „Stromerzeugung in Bayern 2007“
Ø CO2-Emissionen:
110 g/kWhel
Quelle:
VBEW: „Strom für Bayern 2008“
davon
19
Prognose nach Energiezukunft 2050 - Szenarien
Szenario 1 - Referenz:
Weiterhin moderates und stabiles Wachstum
Energieeffizienz erhöht sich entsprechend der Historie
Zunehmende Komfortansprüche in der Bevölkerung
Szenario 2 - Erhöhte Technikeffizienz:
Bei Neuanschaffung oder Ersatz von Anlagen wird immer die beste verfügbare Technik
eingesetzt
Sukzessive Gebäudesanierung
Ausbau der Nah- und Fernwärme, verstärkter Einsatz von Solarthermie
Alternative Antriebskonzepte setzen sich schnell durch
20
Prognose Energieverbrauch Bayern bis 2030
Entwicklung des Endenergieverbrauchs in Bayern – Gesamt 2007: 1.265 PJ
Prognose nach FfE-Studie „Energiezukunft 2050“
Szenario 1: Szenario 2:
Szenario 1 aus "Energiezukunft 2050" für Bayern
in PJ 2007 2010 2015 2020 2025 2030
Stromverbrauch o. Verkehr 275 282 289 294 298 305
Endenergieverbrauch im Verkehr 449 464 462 459 459 456
EEV für Wärme1 541 535 526 516 507 495
1) einschl. sonstiger Verbrauch
Szenario 2 aus "Energiezukunft 2050" für Bayern
in PJ 2007 2010 2015 2020 2025 2030
Stromverbrauch o. Verkehr 275 278 276 273 271 269
Endenergieverbrauch im Verkehr 449 454 434 410 394 375
EEV für Wärme1 541 530 512 495 478 463
1) einschl. sonstiger VerbrauchGesamt 2030: Szenario 1: 1.256 PJ
Szenario 2: 1.107 PJ
21
Rationeller Energieeinsatz
Vermeiden unnötigen Verbrauchs- Leerlaufzeiten vermeiden
- Temperatur- und Druckniveaus absenken
- bedarfsabhängige Beleuchtung
- technische Mängel beseitigen
Senken des spezifischen Energieverbrauchs- Mechanische statt thermischer Trocknung
- Wärmedämmung von Öfen und Raumumschließungsflächen
- Induktive bzw. Kondensatorfelderwärmung
Verbessern der Wirkungs- und Nutzungsgrade- Brennereinstellung optimieren
- Brennwerttechnik nutzen
- zweckmäßige Auslegung von Antrieben
- Kraft-Wärme-Kopplung
Energierückgewinnung- Verbrennungsluft- und Gutsvorwärmung aus Rauchgas
- mechanische Wohnungslüftung
- Wärmepumpe zur Abwärmenutzung
Nutzung regenerativer Energien- Wasser-, Windkraftwerke
- Geothermie, Wärmepumpen
- Biomassesysteme
- solarthermische Erwärmung von Brauch- und Prozesswasser
- Photovoltaische Stromerzeugung
Geringer Aufwand
Hoher Aufwand
2222
Einsparpotential durch die Sanierung der Gebäude-hülle und der technischen Gebäudeausrüstung
Fallbeispiel: St. Ottilien
23
Ergebnisse der Thermographischen Analyse
24
Energieoptimierung Kloster St. Ottilien:Temperaturmessung im Exerzitienhaus
Exhaus Kessel 2
0
50
100
150
200
250
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
00:0
0
01:0
0
02:0
0
03:0
0
04:0
0
05:0
0
06:0
0
07:0
0
08:0
0
09:0
0
10:0
0
11:0
0
12:0
0
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0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
T-Vorlauf T-Abgas_Kessel 3 T-Abgas_Kessel 2
25
Lastgang Heizung Exerzitienhaus
Exhaus Kessel 2+3
0
100
200
300
400
500
600
700
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00
00
:00
01
:00
02
:00
03
:00
04
:00
05
:00
06
:00
07
:00
08
:00
09
:00
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
Stunden
kW
Leistung Kessel 2 Leistung Kessel 3
Summe Leistung 60 Per. Gleitender Durchschnitt (Summe Leistung)
26
Energieoptimierung Kloster St. Ottilien: Ermittelte Einsparpotenziale
Abschalten des zweiten Heizkessels in den drei Heizzentralen:
2006: ca. 127.000 EUR
2007 (incl. August): ca. 60.000 EUR
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 100 200 300 400 500
Leistungsbedarf in kW
Wir
ku
ng
sg
rad
de
r W
ärm
e-
erz
eu
gu
ng
im
Klo
ste
r in
%
Nur kleinerer Kessel inBetriebBeide Kessel in Betrieb
Abschaltung des
zweiten Heizkessels
27
Lastgang Dampf in Schule und Gästehaus
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
21.05.
Mo
22.05.
Di
23.05.
Mi
24.05.
Do
25.05.
Fr
26.05.
Sa
27.05.
So
28.05.
Mo
29.05.
Di
30.05.
Mi
31.05.
Do
01.06.
Fr
02.06.
Sa
03.06.
So
Heiz
ölv
erb
rau
ch
in
kW
Gästehaus
Schule
PfingstferienWochenende Wochenende
Dampfkessel
Großküche
28
Dampfbedarf in Schule und Gästehausauf 1 Jahr hochgerechnet
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Dampf Schule Dampf Gästehaus
MW
h H
EL
pro
Ja
hr
Dampfabnahme
Bereitschaft/Verluste
68%
23%
Dampfbedarf von 7:00 bis 16:00 Uhr an Schultagen
Bereitschaftsverluste ca. 13 kW
Abschaltung bei Leerlauf spart 94 MWh/a
Jährliche Kostenersparnis: 4.650 € *
Schule:Dampfbedarf von 8:00 bis 22:00 Uhr jeden Tag
Bereitschaftsverluste ca. 4 kW
Geringe Einsparung durch Nachtabschaltung
möglich
Gästehaus:
* bei HEL-Preis
von 50 ct/l
2929
Einsparpotential durch Optimierung der Anlagenregelung
Fallbeispiele:
Heizen und Kühlen eines Verwaltungsgebäudes
Drucklufterzeugung in der Industrie
30
Jahresdauerlinie: Heizen eines Verwaltungsgebäudes
Dauerlinie des Energiebedarfs
-2.000 kWh
-1.000 kWh
0 kWh
1.000 kWh
2.000 kWh
3.000 kWh
4.000 kWh
0 50 100 150 200 250 300
Tage
En
erg
ieb
ed
arf
pro
Tag
-5 °C
0°C
+5 °C
+10 °C
+15 °C
+20 °C
+25 °C
Tem
pe
ratu
r
Kühlung
Heizung
mittlere Tagesaußentemperatur
31
Regelung Heizen vs. Kühlen
Tagesverlauf des Energiebedarfs am 21.06.2005
0 kW
25 kW
50 kW
75 kW
100 kW
125 kW
150 kW
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Zeit
Leis
tun
g
+5 °C
+10 °C
+15 °C
+20 °C
+25 °C
+30 °C
+35 °C
Tem
pe
ratu
r
Kühlung
Heizung
Temperatur
32
Regelung Heizen vs. Kühlen
Tagesverlauf des Energiebedarfs am 04.04.2005
0 kW
25 kW
50 kW
75 kW
100 kW
125 kW
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00
Zeit
Leis
tun
g
0°C
+5 °C
+10 °C
+15 °C
+20 °C
+25 °C
Tem
pe
ratu
r
Heizung
Kühlung
Temperatur
33
Leistungsaufnahme eines Druckluftkompressors
3434
Einsparpotential durch die Substitution fossiler Energieträger
Fallbeispiel:
Einsatz solarthermischer Energieerzeugung im Wohngebäude
35
Ermittlung des solarthermischen Potentials in Bayern
Einflussgrößen
Gebäudebestand in Bayern (EFH, ZFH)
Kesselsterberate bis 2020, Modernisierungsbedarf
Zubau an Einfamilienhäusern in Bayern
Annahmen
In Bayern findet § 3 (2) Verwendung (Nutzungspflicht bei bereits errichteten
Gebäuden).
Die bisher durch erneuerbare Energien erzeugte Wärme wird nicht
berücksichtigt.
ZFH sind EFH im spezifischen Verbrauch gleichgestellt.
Es wird nur die Energie zur Raumwärme- und Warmwassererzeugung
betrachtet, da Solarthermie nur in diesen Bereichen eingesetzt werden kann.
36
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Monat
so
lare
r E
rtra
g u
nd
Gesam
tverb
rau
ch
in
kW
h
Ertrag GHZU Ertrag HZU Ertrag WW Gesamtverbrauch
©FfE SeV-0001 Beurteilung des EEW_00046
Einsparung durch die Solarthermie (Heizperiode 2003)
Reduktion des Gesamtverbrauchs durch Solarthermie:
WW: Warmwasserbereitungs-Anlage
HZU: Heizungsunterstützungs-Anlage
GHZU: Große Heizungsunterstützungs-Anlage
37
Potential der Solarthermie in der Raumwärme- und Warmwasserbereitstellung
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Jahr
ern
eu
erb
are
Bed
arf
sd
ecku
ng WW HZU GHZU Vorgabe IEKP
©FfE SeV-0001 Beurteilung des EEW_00054
Bedarfsdeckung aus erneuerbaren Energien, Gesamtbestand Bayern
Annahmen: Gut gedämmtes Gebäude nach EnEV 2007
Moderne Heizungsanlage (Fußbodenheizung)
38
Zusammenfassung für die solarthermische Energienutzung
Das Ziel, 14 % der Wärmebereitstellung aus EE mit Solarthermie zu bestreiten,
lässt sich in Bayern nur theoretisch realisieren (HZU).
Legt man der Betrachtung jedoch die bereits im Jahr 2005 in Bayern erzeugte
Energie zu Grunde (11,9 % EE), dann ist das Ziel von 14 % bis zum Jahr 2020
leicht zu realisieren.
Reduktion um bis zu 1.750 kgCO2/a bei einer Heizungsunterstützungsanlage
Reduktion um bis zu 700 kgCO2/a bei solarer Warmwasserbereitung
Wirtschaftliche Vorteile durch eine Solaranlage bieten sich nur bei Gaspreisen
über 0,10 €/kWh
39
CO2-Einsparung durch die Wärmepumpe (Heizperiode 2003)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Monate
Em
iss
ion
en
in
kg
CO
2
Referenz
Emissionen WP
Emissionen WP+WW
Emissionen WP+HZU
©FfE SeV-0001 Beurteilung des EEW_00051
CO2-Emissionen im Referenzgebäude (EFH)
Referenz: EFH mit GasbrennwertkesselWP: Wärmepumpe
WW: Warmwasserbereitungs-Anlage
HZU: Heizungsunterstützungs-Anlage
40
Potenzial der Wärmepumpe in der Raumwärme- und Warmwasserbereitstellung bei Kesseltausch
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Jahr
ern
eu
erb
are
Bed
arf
sd
ecku
ng
WP
WP+WW
WP+HZU
Vorgabe IEKP
©FfE SeV-0001 Beurteilung des EEW_00058
Bedarfsdeckung aus erneuerbaren Energien, Gesamtbestand Bayern
Annahmen: Gut gedämmtes Gebäude nach EnEV 2007
41
Zusammenfassung für die Energienutzung aus Umweltwärme
Das Ziel, 14 % der Wärmebereitstellung aus EE mit Wärmepumpen zu
bestreiten, lässt sich in Bayern realisieren. Voraussetzung ist die Umrüstung der
vorhandenen Heizsysteme (Radiator) auf Niedertemperatursysteme
(Fussboden-, Wandheizung) und eine energetische Sanierung der
Gebäudehülle (Wärmedämmung, Fenstertausch)
Über eine Erdsondenwärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 4,2 können
bis zu 2.200 kgCO2/a vermieden werden (Strom D-Mix 558 gCO2/kWhel in 2008).
Die Kombination mit einer solaren Warmwasserbereitung erhöht die CO2
Reduktion auf 2.600 kg/a
Wirtschaftliche Vorteile durch eine Wärmepumpe ergeben sich erst bei hohen
Gaspreisen. Der Wert ist abhängig vom Energiebedarf des Gebäudes.
4242
Elektromobilität
Einsparpotential im Verkehrssektor
43
Spezifischer Energieverbrauch aktueller Fahrzeugtypen in der Nutzungsphase
Energieverbrauch für die Nutzung verschiedener Antriebsarten
End- und Primärenergieverbrauch pro 100 km (ohne KEA Herstellung)
Quellen:
Herstellerangaben, FfE-Zahlen, eigene Berechnungen
Antrieb Diesel
Hybrid
(Benzin)
Wasserstoff +
Brennstoffzelle
(H2-BZ)
100 %
Elektro
(ESF)
Referenz BMW 118d1) Toyota Prius III
MB B-Klasse
F-Cell Mini E
Leistung
105 kW
(143 PS)
100 kW
(136 PS)
100 kW
(136 PS)
150 kW
(204 PS)
Einheit
l / 100 km 4,5 4,0
(Diesel-Äqu.)
2,9 -
kWh / 100 km 45,1 35,7 29,1 15,0
1,12 1,16 1,72 3) 2,7
PE-Verbrauch kWh / 100 km 50,5 41,4 50,1 40,5
1) Mit Start-Stop-Automatik
2) Herstellerangaben (EU kombiniert)3) Aus Dampfreformierung
Verbrauch 2)
(Endenergie)
Primärenergie (PE) -
Faktor
0
10
20
30
40
50
60
Diesel Hybrid H2-BZ ESF
44
Spezifischer Energieverbrauch aktueller Fahrzeugtypen
Quellen:
Herstellerangaben, FfE-Zahlen, eigene Berechnungen
45
CO2-Emissionen (g/km) aktueller Fahrzeugtypen
Quellen:
Herstellerangaben, FfE-Zahlen, eigene Berechnungen
46
Fazit
Bei deutschem Strommix sind Elektrofahrzeuge in der Nutzungsphase energetisch
vorteilhaft
Durch den Akku bedingt ist der Herstellstellungsaufwand jedoch höher als bei
konventionellen Antrieben
→ Energetisch besonders sinnvoll bei hohen Fahrleistungen im Kurz- und
Mittelstreckenverkehr (z.B. Pendler)
Elektrofahrzeuge ermöglichen die Nutzung regenerativer Energien
Elektrofahrzeuge können als Speicher für fluktuierende Energien dienen
Weitgehende CO2-Neutralität in der
Nutzungsphase ist möglich
Vehicle to Grid Konzept
47
Zusammenfassung
Der Endenergieverbrauch in Bayern wird in den kommenden 20 Jahren leicht
zurückgehen, die Emissionen können aufgrund von Effizienzsteigerungen und
regenerativen Energien stark sinken.
Emissionen für die Stromerzeugung gehen derzeit leicht zurück, können aber
aufgrund des Kernenergieausstiegs mittelfristig wieder ansteigen.
Rationeller Energieeinsatz hat in allen Anwendungsbereichen großes Potenzial.
Fossile Energieträger können z.B. durch Wärmepumpen oder solarthermische
Anlagen in erheblichem Umfang substituiert werden.
Die Elektromobilität wird zu lärmfreien Zonen in Stadtzentren und verbesserter
Luftqualität führen.
4848
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch
Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.Am Blütenanger 7180995 München
www.ffe.de