Systemanalyse I

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Bewertung der Energieversorgung mit leitungsgebundenen gasförmigen Brennstoffen im Vergleich zu anderen Energieträgern

Ziel des Vorhabens war die Analyse und Bewertung der Effizienz von Nutzungsketten verschiedener Energieträger und deren Auswirkungen auf den Klimaschutz. Auf der Basis der Ergebnisse wurden Handlungsempfehlungen für eine effiziente Reduzierung von CO₂-Emissionen mittels Substitution fossiler Energieträger durch regenerative Energieträger erarbeitet.

Projektziele

• Ermittlung der Energieeffizienz und der CO₂-Emissionen zentraler und dezentraler Prozessketten der Energieversorgung
• Bestimmung des Energiebedarfs in privaten Haushalten und deren Veränderungen durch Neubau oder Sanierung im Bestand
• Vergleich von Energieeffizienz und Treibhausgas-Emissionen der untersuchten Prozessketten
• Zusammenstellung von Handlungsempfehlungen

Um die Systeme vergleichen und bewerten zu können, wurden Brennstoffnutzungsgrade, der daraus resultierende Primärenergiebedarf und die fossilen CO₂-Emissionen berechnet. Die Strom- und Wärmeerzeugung bzw. deren kombinierte Erzeugung aus den gängigen Brennstoffen Steinkohle, Braunkohle, Erdgas, Holz und Biogas wurden, inklusive ihrer Aufwendungen auf dem Weg von der Quelle bis zum Endverbraucher,  ökologisch und energetisch betrachtet. Bei Biomasse/Biogas sind es die Aufwendungenfür Anbau und Ernte, bei den fossilen Energieträgern die Aufwendungen für die  Förderung und bei allen gleichermaßen Aufwendungen für Aufbereitung, Umwandlungsowie Transport bis zum Endverbraucher. Die regenerativen Energien wie z. B. Biogas weisen die geringsten fossilen CO₂-Emissionen auf. Deutlich besser als der deutsche Strommix schneidet die Energieversorgung mit Erdgas ab, wobei sich die Vorteile von Erdgas vor allem bei dezentraler KWK und modernen GuD-Anlagen zeigen. Danach folgt der deutsche Strommix und den Abschluss mit den höchsten spezifischen CO₂-Emissionen bilden Stein- und Braunkohle. Beim Vergleich der fossilen CO₂-Emissionen wird deutlich, dass die regenerativen Energiequellen und die Kraft-Wärme-Kopplung ein großes CO₂-Minderungspotenzial aufweisen, selbst die Nutzung von Erdgas in GuD-Kraftwerken bewirkt eine deutliche CO₂-Absenkung gegenüber der Kohle um bis zu 50 Prozent.

Die Nutzung von Überschussenergie aus Windkraft über den Pfad der Wasserstoffherstellung und gegebenenfalls Methanisierung mit nachgeschalteter Einspeisung in das Erdgasnetz und anschließender Verstromung weist ebenfalls hohe Gesamtenergienutzungsgrade und zusätzliche Emissionsreduktionspotenziale auf. 

Die Analyse der dezentralen Energieversorgung erlaubt auch eine Aussage über die Energieeffizienz der dezentralen Technologien in der Gebäudeenergieversorgung. Um den Vergleich der Technologien durchführen sowie die Effizienz ihres Einsatzes beurteilen zu können, sind der Einsatzort und seine Rahmenbedingungen von wesentlicher Bedeutung. Deshalb wurden parallel die Entwicklung des Energiebedarfs und dessen Struktur in der häuslichen Energieversorgung untersucht. Dazu wurden der Hausbestand in Ein-, Mehrfamilien- und Hochhäuser unterschiedlichen Baualters unterteilt und deren Energieverbrauch identifiziert. Das Ergebnis ist eine Bewertung des Nutzungsgrades einer Energieversorgungskette in Bezug auf das versorgte Objekt.

Durch den Einsatz innovativer Technologien wie Wärmepumpen- und KWK-Anlagen können der Primärenergiebedarf und damit die CO₂-Emissionen im Bestandsbau im zweistelligen Prozentbereich gegenüber der Erdgas-Niedertemperaturheizung reduziert werden. Insbesondere gilt, dass gasmotorisch betriebene KWK-Anlagen  sowie Hochtemperatur-Brennstoffzellen zukünftig eine Alternative zur bisherigen Technik darstellen. Der Pelletkessel kann durch den nachwachsenden Rohstoff Holz zwar die höchsten CO₂-Emissionsminderungen aufweisen, hat aber die geringste Gesamtenergieeffizienz.