Grundlagen Energie - Unics.uni-hannover.de

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Technischer Ausbau und

Ressourcensparendes Bauen II

Themen zur

Vorlesung

04.

November

2004

von

Udo Scherer

Energieressourcen fossil

Energieumwandlung

Energieverbrauch

Energiedienstleistung

Energieeffizienz

Energiebedarf

Energie regenerativ

Nachhaltigkeit

Folie 1

TA II, 4.11.04


Technischer Ausbau und

Ressourcensparendes Bauen II

Energieressourcen fossil

Folie 2

TA II, 4.11.04


Erdzeitalter und Entstehung des Lebens

(Quelle: Wanderndes Museum Uni Kiel)

Folie 3

TA II, 4.11.04


Die weltweite pro Kopf-Verteilung des Energieverbrauchs an fossilen Energieträgern 1997

Nicht berücksichtigt

sind hierbei dezentrale

Energiesysteme, wie

z. B. Holzfeuer zum

Kochen in

Entwicklungsländern

(bis zu 80 % Anteil im

ländlichen Bereich)

Quelle: BINE 2001

Folie 4

TA II, 4.11.04


Energiebedingte CO ²

-Emissionen 2000

Quelle: BINE Informationsdienst, August 2003

Folie 5

TA II, 4.11.04


Der Kohlenstoffkreislauf der Erde

Quelle: Lozan et al. Warnsignal Klima, Hamburg 1998

Folie 6

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Entwicklung der globalen Durchschnittstemperatur

Quelle: BINE Informationsdienst August 2003

Folie 7

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Globale Verbrauchsszenarien 1998 und 2050

Der globale Energieverbrauch wird in verschiedenen

Szenarien sehr unterschiedlich prognostiziert, je

nach dem, wie stark die Industrieländer die

technologischen Möglichkeiten eines rationelleren

Umgangs mit Energie umsetzen.

Alle Szenarien erwarten jedoch beträchtliche

Beiträge der erneuerbaren Energien Sonne, Wind,

Wasser und Biomasse.

Quelle: BINE Informationsdienst August 2003

Folie 8

TA II, 4.11.04


Globale Verbrauchsszenarien 1998 und 2050

Quelle: Shell: Szenario „Nachhaltige Entwicklung“, Faktor 4: Wuppertal Institut,

WEC: World Energy Council, Riges: Renewable-intensive global Energy Scenario, SEE: Solar Energy Economy

Folie 9

TA II, 4.11.04

Quelle: BINE Informationsdienst August 2003


Strukturelle Entwicklung der Primärenergieträger

weltweit für die Jahre 1860 bis 1995 und Ausblick

Quelle: BMBF 1997

Die Darstellung ist logarithmisch

Folie 10

TA II, 4.11.04


Technischer Ausbau und

Ressourcensparendes Bauen II

Energieumwandlung

Energieverbrauch

Folie 11

TA II, 4.11.04


Energie - Definitionen

Primärenergie

-> natürlich vorkommende Energieform

Kohle, Rohöl, Uran

Sekundärenergie

-> Umwandlung in leichter transportier- und speicherbare Form

Briketts, Heizöl, Strom

Endenergie

-> beim Verbraucher ankommende Energieform

Transport- und Verteilverluste abgerechnet

Nutzenergie

-> Licht, Wärme, mechanische Energie, Signalinformation

Folie 12

TA II, 4.11.04


Primärenergiebilanz

Die Primärenergiebilanz ist die Summe der

Gewinnung

von Energieträgern im Inland, der

Bestandsveränderungen sowie

des Außenhandelssaldos einschließlich der

Hochseebunkerungen.

Quelle: AG Energiebilanzen

Folie 13

TA II, 4.11.04


Umwandlungsbilanz

In der Umwandlungsbilanz wird der Einsatz,

der Ausstoß und der Verbrauch

an Energieträgern in den verschiedenen

Umwandlungsprozessen sowie

der Verbrauch bei der Energiegewinnung

und die Fackel- und Leitungsverluste

dargestellt.

Quelle: AG Energiebilanzen

Folie 14

TA II, 4.11.04


Endenergie

Der Endenergieverbrauch, das heißt die

Verwendung der Energieträger

nach der Umwandlung zur unmittelbaren

Erzeugung der Nutzenergie,

wird aufgeteilt nach bestimmten

Verbrauchergruppen und

Wirtschaftszweigen ausgewiesen.

Quelle: AG Energiebilanzen

Folie 15

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Wirkungsgraddefinition

Quelle: CD2 Energiewelten Verz. 058/001

Folie 16

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Einheiten der wichtigen Größenarten I

Quelle: Leitfaden Bioenergie, FNR 2000

Folie 17

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Einheiten der wichtigen Größenarten II

Quelle: Leitfaden Bioenergie, FNR 2000

Folie 18

TA II, 4.11.04


Vorsätze für Zehner-Potenzen

Folie 19

TA II, 4.11.04


Mechanische Arbeit 1 Nm

Quelle: CD2 Energiewelten Verz. 058/009

Folie 20

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Thermische Arbeit 1 Joule

Quelle: CD2 Energiewelten Verz. 058/010

Folie 21

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Elektrische Arbeit 1Ws

Quelle: CD2 Energiewelten Verz. 058/011

Folie 22

TA II, 4.11.04


Thermische Energieumwandlung

Quelle: CD2 Energiewelten Verz. 058/002

Folie 23

TA II, 4.11.04


Entwicklung des Primärenergieverbrauchs in Deutschland 1990 -

2000

Quelle: BMU, 2002 Alle Angaben in Petajoule, 1 PJ=10 15 J, 1 J = 1 Ws );

Folie 24

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Entwicklung von Wirtschaftswachstum und Primärenergieverbrauch in

Deutschland

Quelle BINE 2001

Folie 25

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Energieflussbild

Deutschland 1999

Quelle: BMWi, VDEW,

AG Energiebilanzen

Folie 26

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Verteilung des Endenergieverbrauchs in Deutschland 1999 auf

verschiedene Verbrauchergruppen

Quelle BINE 2001

Folie 27

TA II, 4.11.04


Verteilung des Endenergieverbrauchs in Deutschland 1998

insgesamt und für verschiedene Dienstleistungen.

Quelle BINE 2001

Folie 28

TA II, 4.11.04


Technischer Ausbau und

Ressourcensparendes Bauen II

Energie regenerativ

Nachhaltigkeit

Folie 29

TA II, 4.11.04


Anteil

Erneuerbarer

Energieträger

am Primärenergieverbrauch

Quelle: BINE 2001

Der 1,2%-Beitrag der Erneuerbaren zur Primärenergieversorgung in

Deutschland wird derzeit vor allem von der Biomasse, Wasserkraft und

Windenergie erbracht.

Folie 30

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Windenergie: Entwicklung der Anlagentechnik 1980 - 2002

Folie 31

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(Quelle: S.Heier, Uni Kassel)


Windgeschwindigkeitsprofil Deutschland

Abb. 2:

Verteilung der Windgeschwindigkeit in Deutschland

Linien gleicher Windgeschwindigkeit

im Nord-Süd-Querschnitt

Folie 32

TA II, 4.11.04

Quelle: BINE 2001


Solarzeit(-alter)

Quelle: BINE August 2003

Von Lehrern und Schülern konstruierte Photovoltaik-Sonnenuhr im

Schulgarten der Volksschule Hirschau in der Oberpfalz.

Maximale Leistung 2,35 kW peak

, Jahresertrag rund 2.100 kWh Strom.

Folie 33

TA II, 4.11.04


Wirkungsgrade marktrelevanter Solarzellentypen unterschiedlicher

Halbleitermaterialien

Quelle: BINE August 2003

Folie 34

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Investitionskostenverteilung netzgekoppelter PV-Anlagen

Absolutbetrag je

nach

Anlagengröße

ca. 6.500 bis

8.500 Euro pro

kW Peak

(Stand 2003)

Quelle: BINE, August 2003

Folie 35

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Thermische Solaranlagen -

Dimensionierungsfaustwerte

Quelle: BINE August 2003

Folie 36

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Technischer Ausbau und

Ressourcensparendes Bauen II

Energieeffizienz

Energiebedarf

Folie 37

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Kraft-Wärme-Kopplung

Strategie zur effizienteren Nutzung

vorhandener Energieträger

Verlustvermeidung durch Nutzung der

bei der Stromproduktion anfallenden

Wärme.

Betriebsvarianten

- stromgeführter Betrieb bei Eigennutzung und vollständiger

Abwärmenutzung

- Wärmegeführter Betrieb bei hohem Strombedarf und

begrenzter Abwärmenutzung

Folie 38

TA II, 4.11.04


Vergleich der Energieflüsse bei der reinen

Stromerzeugung mit zentraler und dezentraler Kraft-

Wärme-Kopplung

Quelle: ASUE

Folie 39

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Kraft-Wärme-Kopplung

Abgase

Erdgas

Luft

Katalysator

Abgas-

Wärmetauscher

< 120 °C

90 °C

Spitzenlastkessel

Strom-

79 °C

84 °C

82 °C

.

V = f(P)

Wärmeabnehmer

Thermostat

versorgungsnetz

Motorkühlwasser- / -öl

Wärmetauscher

.

V = f(T)

70 °C

Quelle: Köhler und Ziegler, Lollar

Folie 40

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Effizienzvergleich BHKW – getrennte

Erzeugung von Strom und Wärme

Quelle: ASUE

Folie 41

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BHKW-Modul, Schema

Abluft

Gas

Generator

Motor

400 V

Zuluft

Abgas-Rohr-WT

Kühlwasser-Platten-WT

RL HW

Abgas

VL HW

Quelle: Köhler und Ziegler, Lollar

Folie 42

TA II, 4.11.04


BHKW-Modul, Innenleben

Quelle: Köhler und Ziegler, Lollar

Folie 43

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Komplexität von Systemen

Netzersatz

Strom

Wärme

Dampf

Netzbezug

Aggregat

Kessel

KWK

BHKW

n Module

AHK

KWKK

Kälte

Kompr.

Sorption

Sorption

Quelle: Köhler und Ziegler, Lollar

Zunehmende Verknüpfung,

intelligentere Systeme

Folie 44

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1-MW-Brennwert-Container-BHKW

Waldenbuch,

Ritter Sport

Folie 45

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BHKW-Modul Kommuna-Metall

Folie 46

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Vergleich der CO ²

- Emissionen

verschiedener Energieträger [kg/kWh]

Folie 47

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Technischer Ausbau und

Ressourcensparendes Bauen II

Energiedienstleistung

Folie 48

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Energiedienstleistung

Welche Qualität erbringt der Energieeinsatz,

was ist der eigentliche Zweck, das

Bedürfnis im Hintergrund?

Kraft

Wärme

Erleichterung

Energie

Fortbewegung

Kälte

Information

Luxus

Behaglichkeit

Folie 49

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Energiedienstleistung und Primärenergieaufwand

Quelle:

BINE 2001

Eine identische Energiedienstleistung (z. B. ein Duschbad) führt, abhängig von der

eingesetzten Umwandlungstechnik, zu unterschiedlichem Primärenergieverbrauch

[E = Einheit]. Die Abbildung ist eine vereinfachte Darstellung; die Werte wurden in

Zusammenarbeit mit der Forschungsstelle für Energiewirtschaft ermittelt.

Folie 50

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Aufteilung des Stromverbrauchs der Haushalte in

Deutschland auf einzelne Dienstleistungen

Der Verbrauch von Stromheizungen

und Elektrowärmepumpen ist nicht berücksichtigt

Quelle: Idee MSE und Daten VDEW 1998).

Folie 51

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Typische Wärmeverluste eines freistehen-den Einfamilienhauses (Baujahr vor

1984)

Folie 52

TA II, 4.11.04

Quelle: BINE 2002


Effizienzsteigerung im Wohnungsbau

Folie 53

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Ende...

Vielen Dank für die

Aufmerksamkeit!

Weitere Informationen auf der Homepage der

Abteilung:

www.unics.uni-hannover.de/tarsb

Folie 54

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