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2019 | Book

Systemeffizienz bei regenerativer Stromerzeugung

Strategien für effiziente Energieversorgung bis 2050

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About this book

In diesem Buch wird eine genauere Analyse auf der Basis von viertelstündlichen Zeitreihen des Dargebots von Windenergie und Photovoltaik durchgeführt. Die Endnutzung einschließlich Elektromobilität wird ebenfalls mit detaillierteren Zeitreihen der Lastprofile für Sommer und Winter und dabei jeweils für Wochentage und Wochenenden dargestellt.

Die anschließende Analyse klärt, ob die regenerativen Potenziale ausreichen, wie die optimalen Erzeugungsszenarien und Infrastrukturen der Zukunft aussehen können, wie es um die Leistbarkeit und die Umweltverträglichkeit steht.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Kurzfassung des Buches: Regenerative Systemeffizienz
Zusammenfassung
Dieses Kapitel ist eine Kurzfassung des Buches und stellt die wesentlichen Ergebnisse zusammen. Die Hintergründe und ausführlichen Analysen können in den entsprechenden Kapiteln nachgelesen werden.
Günther Brauner
Kapitel 2. Energiebedarf, Potenziale und Ressourcen
Zusammenfassung
Der Energiebedarf wird im Folgenden für Österreich, Deutschland und die Europäische Union der 28 Länder (EU-28) vergleichend untersucht. Tab. 2.1 zeigt die Kennwerte dieser Länder im Jahr 2016. Der Elektrizitätsanteil am Netto-Endenergiebedarf liegt in der Größenordnung von 20 bis 24 %. Im unteren Bereich der Tabelle ist die Aufteilung des gesamten Endenergiebedarfs auf die einzelnen Sektoren dargestellt. Es zeigt sich, dass alle europäischen Länder im Mittel ähnliche Bedarfsstrukturen aufweisen.
Günther Brauner
Kapitel 3. Energiewirtschaft der Effizienz
Zusammenfassung
Die Kosten für Elektrizität in der Endanwendung im Haushalt, in der Industrie oder im Gewerbe beim Übergang zu einer überwiegend regenerativen Elektrizitätsversorgung sind von großer Bedeutung für die Leistbarkeit im Haushalt bzw. für die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie und des Gewerbes.
Günther Brauner
Kapitel 4. Effizienz und Suffizienz
Zusammenfassung
Die Energieeffizienz bezeichnet das Verhältnis von vorgegebenem Nutzen zu dem dazu notwendigen Energieaufwand. Effizienz wird vorwiegend auf Erzeugungsanlagen beziehungsweise auf Anlagen oder Geräte zur Endnutzung von Energie bezogen. Aus der Sicht des Gesamtsystems ist es zweckmäßig, auch die Infrastrukturen der Übertragungs- und Verteilungsnetze sowie die Energiespeicher in die Betrachtung der Effizienz einzubeziehen. Weiterhin kann eine Einbeziehung der Kopplung der Sektoren von Wärme und Gasversorgung mit dem Elektrizitätssystem eine ganzheitlichere Betrachtung der Energieeffizienz ermöglichen. Dies wird als Systemeffizienz bezeichnet. Die Energieeffizienz stellt daher ein sehr komplexes Arbeitsgebiet in der Forschung, Entwicklung und Umsetzung dar. Entsprechend vielseitig sind die Definitionen der Energieeffizienz.
Günther Brauner
Kapitel 5. Effizienz von Speichertechnologien
Zusammenfassung
Die fossile Energieversorgung aus thermischen Kraftwerken erfolgte nach einem Kraftwerkseinsatzplan entsprechend der Netzlast. Speicher waren nur in geringem Ausmaß notwendig. Insbesondere für die wenig flexiblen thermischen Kraftwerke wie Kernkraft- und Braunkohlekraftwerken wurden Erzeugungsprofile mit geringen Leistungsänderungen gefahren. Bei niedrigem Energiebedarf in der Nacht konnte die Überschussleistung der Kraftwerke in Pumpspeichern aufgenommen werden und als Spitzenlast zur Mittags- und Abendzeit des folgenden Tages zurückgespeist werden. Die Pumpspeicher waren zu diesem Zweck als Kurzzeitspeicher für Speicherzeiten von wenigen Stunden ausgelegt.
Günther Brauner
Kapitel 6. Effizienz von Netzen
Zusammenfassung
Die elektrischen Netze dienen zur Übertragung und Verteilung von Elektrizität. Sie bestehen aus den folgenden Komponenten:
  • Freileitungen,
  • Kabel,
  • Transformatoren,
  • Schaltanlagen.
Günther Brauner
Kapitel 7. Effizienz der dezentralen Energieversorgung
Zusammenfassung
Durch die Integration von regenerativen Energiequellen in die Verteilnetze werden diese von passiven zu aktiven Netzen. Die Kunden konvertieren von passiven Verbrauchern zu Produzenten und Konsumenten, sogenannten Prosumern. Da die regenerativen Energiequellen zur Bereitstellung des Endenergiebedarfs große Leistungen bei niedrigen Volllaststunden aufweisen, kann die ungeplante Integration der regenerativen Energie zu einem signifikanten Netzausbau verbunden mit niedriger Nutzungsdauer führen und damit zu ineffizienten Netzen.
Günther Brauner
Kapitel 8. Effizienz der Gebäude und Heizungsbedarf
Zusammenfassung
Die Gebäude werden unterteilt in Wohngebäude (WG) und Nichtwohngebäude (NWG). Die Wohngebäude bestehen aus Ein- und Zweifamilienhäusern (EZFH) sowie Mehrfamilienhäusern (MFH). Ein- und Zweifamilienhäuser befinden sich überwiegend in ländlichen Regionen, in Kleinstädten und in den Randlagen der Großstädte. Im Stadtkern dominieren Mehrfamilienhäuser.
Günther Brauner
Kapitel 9. Effizienz der Mobilität
Zusammenfassung
Der Sektor Verkehr hatte in Deutschland im Jahr 2015 einen Anteil von 29,5 % am gesamten Endenergiebedarf. Der Schienenverkehr hat daran einen Anteil von nur 2,5 %, der Luftverkehr 13 % und die Binnenschifffahrt von unter 1 %. Der Straßenverkehr ist mit 84 % überwiegend für den Energiebedarf des Verkehrssektors verantwortlich.
Günther Brauner
Kapitel 10. Effizienz durch Sektorenkopplung
Zusammenfassung
In der regenerativen Energieversorgung überwiegen Energiequellen, deren Eigenschaften in der Umwandlung von volatiler Umweltenergie in Elektrizität bestehen. Das ungleiche Dargebot führt zu Perioden mit hoher Übererzeugung und solchen mit längerem Erzeugungsmangel. Die kurzfristige Speicherung der Elektrizität mittels Pumpspeichern und stationären oder mobilen Akkumulatoren kann nur teilweise in ausreichendem Potenzial bei guter Wirtschaftlichkeit bereitgestellt werden.
Günther Brauner
Kapitel 11. Handlungsoptionen
Zusammenfassung
Effiziente Gebäude mit niedrigem Heizungsenergiebedarf stellen Entwicklungsziele in der EU dar. Die Gebäude sollten neben einem geringen Heizungsenergiebedarf auch für eine suffiziente Nutzung mit angemessener Wohnfläche je Bewohner ausgelegt werden. Die Notwendigkeit zu starkem Ausbau einer in das Gebäude integrierten Photovoltaik wird in Zukunft die meisten Gebäude betreffen.
Günther Brauner
Metadata
Title
Systemeffizienz bei regenerativer Stromerzeugung
Author
Prof. Dr. Günther Brauner
Copyright Year
2019
Electronic ISBN
978-3-658-24854-3
Print ISBN
978-3-658-24853-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-24854-3