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

13:0

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