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Moderne Wärmeerzeugung – umweltfreundlich und effizient · Prinzip der Nachhaltigkeit mehr und...
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
Prof. Dr.-Ing.Martin Müller
Esslinger Energie-Gespräche
Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
Verfügbare Technologienund Auswahlkriterien
Prof. Dr.-Ing. Martin Müller
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
Prof. Dr.-Ing.Martin Müller
Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
Verfügbare Technologienund Auswahlkriterien
• Kinet: Kompetenz für nachhaltige Energietechnik.• Hintergrund: So kann es nicht weitergehen.• Handlungsmöglichkeiten: Einflussnahme ist möglich.• Optionen: Es gibt nicht nur einen Weg.• Konkret: Beheizung von Wohnräumen• Beispiel: Solarthermie
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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kinet - Nachhaltigkeit in der EnergietechnikEine Entwicklung wird als nachhaltig bezeichnet, wenn sie "den Bedürfnissen der heutigen Generation entspricht, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen". Im Bereich der Energienutzung ist es für die Zukunftssicherung der Weltbevölkerung existenziell notwendig, das Prinzip der Nachhaltigkeit mehr und mehr umzusetzen. kinet bildet mit seinen Mitgliedern ein Netzwerk, das dieses Prinzip fallweise und als Gesamtkonzept umsetzt.
kinet: Was ist das?
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Hintergrund –
Es kann nicht so weitergehen
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Quelle: BMU
Hintergrund: Struktur des Energieverbrauches
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Hintergrund: Weltweite Krisen
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Quelle: Kugler, Phlippen: Energietechnik
Hintergrund: Energie und Wohlstand
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Hintergrund: Rohölpreise
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Quelle: tecson.de
Hintergrund: Rohölpreise
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Quelle: tecson.de
Hintergrund: Heizölpreise
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Handlungsmöglichkeiten –
Einflussnahme ist möglich
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Quelle:BINE
Möglichkeiten: Energie und Wohlstand
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Zeitliche Entwicklung der EnergiebereitstellungSTROMERZEUGUNG – SUMME NACH SPARTEN
55.826
47.584
45.830
39.02038.629
29.890
26.32124.50523.219
25.43123.018
21.24620.37817.49218.463
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
[GW
h/a]
Wasserkraft Windenergie
Biomasse Fotovoltaik
Stromerzeugung aus:
Quelle: BMU
Möglichkeiten: Entwicklung des Energieverbrauchs
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Erneuerbare Energien ausbauen:
• Solarenergie
• Windkraft
• Biomasse
45.000.000 Liter Heizöl pro Stunde
30.000.000 Liter Heizöl
pro Stunde
Verluste bei der Energieumwandlung reduzieren:
• Wirkungsgradsteigerung
• EffizientereEinsatzstrategien
• Kraft-Wärme-Kopplung
Verluste beim Verbraucher reduzieren:
• Passivhaustechnologie
• EnergieeffizientereHaushaltsgeräte
• Energiesparlampen
• Standby-Leistung minimieren
• Verkehr
Primärenergieeinsatz
Energiesparenderes Benutzerverhalten:
• Öffentliche Verkehrsmittel
• KontrollierteWohnungslüftung
Energieflussdiagramm: Eingriffsmöglichkeiten
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Energieeinsparung
• Stand-By Stromverbrauch: Zur Versorgung von Stand-By Schaltungen werden in Deutschland zwei (von 17) Kernkraftwerke betrieben.
• Wärmedämmung: Für Raumheizwärme werden in Deutschland ca. 25 % der Primärenergie eingesetzt.
Möglichkeiten: Energieeinsparung
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Quelle: TU München
Möglichkeiten: Energieeinsparung
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Energieeffizienz
• Haushaltsgeräte: Moderne Kühlschränke benötigen 50 % weniger Energie, als vor 20 Jahren.
• Kraft-Wärme-Kopplung: Durch gemeinsame Erzeugung von Strom und Wärme sind Energienutzungsgrade von 85-90 % möglich.
Möglichkeiten: Energieeffizienz
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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10,0 MWhWärmeenergie
102 %
9,8 MWhErdgas
Brennwertkessel
9,0 MWhVerluste
15,0 MWhKohle
konvent. KW
6,0 MWhelektr.Energie
40 %
18,8 MWhErdgas
PEMFC 5 kWth 3 kWel
2,8 MWhVerluste10,0 MWh 6,0 MWh
Wärmeenergie elektr.Energie
53 % 32 %
Nutzungsgrad 85%
Brennstoffenergie 18,8 MWh/a
Nutzungsgrad 64%
Brennstoffenergie 24,8 MWh/a
5,2 t CO2/a 7,9 t CO2/a
Möglichkeiten: Energieeffizienz
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Erneuerbare Energien• Photovoltaik: Durch das „Erneuerbare Energien
Gesetz (EEG)“ ist die Vergütung von Strom aus Photovoltaik-Anlagen so hoch, dass sich deren Einbau wirtschaftlich lohnt.
• Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung sind technisch ausgereift.
• Holz (Stückholz, Pellets, Holz-Hackschnitzel) bietet die Möglichkeit, Sonnenenergie im Winter zu nutzen.
• Wärmepumpen nutzen Energie besonders effektiv.
Möglichkeiten: Erneuerbare Energien
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Quelle:Energie&Management
Möglichkeiten: Erneuerbare Energien
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Optionen –
Es gibt nicht nur einen Weg
Konventionell:Öl, Gas, elektrisch direkt, Elektrospeicher
Konventionell innovativ:Wärmepumpe, Kraft-Wärme-Kopplung
Erneuerbar monovalent:Stückholzkessel, Pelletskessel
Erneuerbar additiv:Solar, Kachelofen, Kaminofen
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Optionen: Preise von EnergieträgernPreis
Nutzenergiepreise konventionellerVersorgungsanlagen werden vomPreis der Vorratsenergien bestimmt.Vorratsenergien• werden knapp• verursachen UmweltproblemeNutzenergiepreise werdenweiter steigen.
Nutzenergiepreise bei VerwendungErneuerbarer Energien werden vonder Investition bestimmt.Investitionskosten• unterliegen Skaleneffekten
Nutzenergiepreise werdenweiter sinken.
Zeit
Öl, Gas,(Kohle),(Uran)
Sonne, Wind,(Biomasse),(Geothermie)
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Quelle: tfz.bayern.de
Optionen: Preise von Energieträgern
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Optionen: Wohnraumbeheizung
Erneuerbare Energien
Knapper werdende Vorräte führen zu steigenden Preisen
Öl, GasKohlen, UranElektr. Strom
Konventionelle Energien
Keine Nutzungs-einschränkungen, keine Nutzungskosten
Regional begrenzte Potentiale und Konversionsanlagen führen zu schwankenden Preisen und limitierter Nutzung
Charakteristik
Sonne, Wind, Geothermie, Umgebungswärme
Biomasse (Stückholz, Holzpellets, Mais, Raps), Wasserkraft
Beispiele
ohne (absehbar erreichbare) Potentialbegrenzung
mit Potentialbegrenzung
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Optionen: Gesetzgebung
Quelle: Esslinger Zeitung
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Kraftwerk
Wärmepumpe
Kohle, Gas, Uran
Umweltwärme:Luft, Erdreich,Grundwasser
Raumheizung, Warmwasser
Abwärme
El. Strom
Optionen: Wärmepumpe
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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CO2 – Allgemein
• Holz ist ein „CO2-neutraler“ Brennstoff.• Bei der Holzernte und beim Holztransport entstehen CO2-Emissionen.• Mit der Kraft-Wärme-Kopplung wird die Energienutzung maximiert.• Erdgas ist der natürliche Brennstoff, bei dessen Verbrennung die
geringste CO2 Menge entsteht (bezogen auf den Heizwert).
Optionen: Biomasse
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Konkret –
Beheizung von Wohnräumen
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Konkret: Wohnraumbeheizung
mäßig steigenddeutlich steigendEnergiepreis-entwicklung
Wenig genutzte Objekte
StandardlösungTyp. Anwendung
3,01,2Primärenergiefaktor
sehr teuerteuerEnergiegeringer bis mittelmittelInvestition
Elektrischer StromÖl, GasEinsatzenergieKonventionell
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Konkret: Wohnraumbeheizung
Niedertemperatur-Wärme-verteilsystem
mäßig steigendsehr teuerhoch
1,2
Elektr. Strom
Luft-Wärmepumpe
Elektr. StromErdgas, (HEL)Konventionelle Einsatzenergie
mäßig steigenddeutlich steigend
Energiepreis-entwicklung
gute Bohrbedingungen, Niedertemperatur-Wärmeverteilsystem
Objekte mit ganzjährigem Wärmebedarf
Typ. Anwendung
1,01,2Primärenergie-faktor
sehr teuerteuerEnergiesehr hochsehr hochInvestition
Erdreich/ Grundwasser-Wärmepumpe
BHKWKonventionell innovativ
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Konkret: Wohnraumbeheizung
höher als bei konventionellen Brennstoffen
sehr hochLagerplatzgeringgewaltigArbeitsaufwandmäßig steigendstabilEnergiepreisentwicklung
Alternative zu konventionellen Systemen
Landwirtschaftliche Standardlösung
Typ. Anwendung
teurergünstigEnergiehochhochInvestition
Pellets-HeizkesselStückholz-Heizkessel
Erneuerbar monovalent
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Konkret: Wohnraumbeheizung
0 ... 50 %5 ... 20 %Einsparung konvent. Energie
neinknappWirtschaftlichkeit
gering ... hochkeinLagerplatzgering ... hochkeinArbeitsaufwandmäßig steigendstabilEnergiepreisentwicklung
WohnqualitätImmer, wenn Dachausrichtung SW ... SO und Wärmeverteilsystem
Typ. Anwendung
günstigkostenlosEnergie
(mittel) ... sehr hochmittelInvestition
Kachelofen, Kaminofen
SolarthermieErneuerbar additiv
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
Prof. Dr.-Ing.Martin Müller
Wärmekosten
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
GasSola
r
Scheit
holz
Pellets Gas
Solar
Scheit
holz
Pellets
Wär
mek
oste
n [C
t/kW
h] .
BrennstoffkostenBetriebskostenFixe Kosten
Konkret: Wohnraumbeheizung
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Wärmekosten
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
GasSola
r
Scheit
holz
Pellets Gas
Solar
Scheit
holz
Pellets
Wär
mek
oste
n [C
t/kW
h] .
BrennstoffkostenBetriebskostenFixe Kosten
Konkret: Wohnraumbeheizung
![Page 36: Moderne Wärmeerzeugung – umweltfreundlich und effizient · Prinzip der Nachhaltigkeit mehr und mehr umzusetzen. kinetbildet mit seinen Mitgliedern ein Netzwerk, das dieses Prinzip](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040311/5d5535e888c993f4768b64a7/html5/thumbnails/36.jpg)
Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
Prof. Dr.-Ing.Martin Müller
Wärmekosten
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
GasSola
r
Scheit
holz
Pellets Gas
Solar
Scheit
holz
Pellets
Wär
mek
oste
n [C
t/kW
h] .
BrennstoffkostenBetriebskostenFixe Kosten
heute in 10 Jahren
Konkret: Wohnraumbeheizung
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Entwicklung Wärmepreis
0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
Jahr
Wär
mep
reis
[Ct/k
Wh]
.
Öl/Gas
Konkret: Wohnraumbeheizung
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
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Entwicklung Wärmepreis
0,0010,00
20,0030,00
40,0050,00
60,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19
Jahr
Wär
mep
reis
[Ct/k
Wh]
.
Öl/GasWärmepumpeSolarStückholzPellets
Konkret: Wohnraumbeheizung
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Beispiel –
Solarthermie für dieWarmwasserbereitung
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
Prof. Dr.-Ing.Martin Müller
Konkret: Eigene Solaranlage zur Warmwasserbereitung
Thermosiphon-Solaranlage, 3,6 m² Kollektorfläche, 160 l Speicher, 1987
Energieverbrauch Elektroboiler: 1700 kWh/a, 19 Pf/kWh: 323,00 DM/aEnergiekostenersparnis (erwartete solare Deckungsrate: 50 %): 161,50 DM/aInvestition Solaranlage: 4500,- DMSteuerersparnis: 1125,- DMNettoinvestition: 3375,- DM
Statische Amortisationszeit: 20,9 a
Geldanlage bei Zinssatz 3,5 %/a: 237,47 DM/aVerlust: 75,97 DM/a bzw. 6,33 DM/Monat
Energiekostenersparnis bei Strompreissteigerung 3,5 %/a: 4567,- DMGewinn: 1192,- DMKapitalverzinsung: 1,2 %/a
Nicht berücksichtigt: neuer Elektroboiler
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
Prof. Dr.-Ing.Martin Müller
Kurz gefasst: Heizung und Warmwasser
• Verschiedene Techniken und eingesetzte Energien sind möglich.
• Es gibt nicht den für alle Situationen gültigen „Königsweg“.
• Energiedienstleistungen werden im Durchschnitt größere Preissteigerungen erfahren, als die Inflationsrate vorgibt.
• Einsparungen beim Nutzenergie-Verbrauch sind am wirksamsten.
• National muss ein „Energiemix“ aufrecht erhalten bleiben.
• Die erneuerbaren Energien werden eine größere Rolle spielen müssen.
• Der Wärmesektor wird zunehmend als wirksames Handlungsfeld erkannt.
• Auch im Privathaushalt können erneuerbare Energien „additiv“ oder „ausschließlich“ eingesetzt werden.
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Was wir heute tun,entscheidet,wie die Welt morgen aussieht.Pasternak
Prof. Dr.-Ing.Martin Müller
Kompetenz- undInnovationszentrumNachhaltige Energie-Technik e.V. Esslingen a.N.
Energieversorgung- globale Trends und lokale Auswirkungen -
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Moderne Wärmeerzeugung –umweltfreundlich und effizient
Prof. Dr.-Ing.Martin Müller