Anna-Elisabeth Wollstein-Lehmkuhl - Wärmeversorgungssysteme mit saisonalen Wärmespeichern

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Wärmeversorgungssysteme mit saisonalen Wärmespeichern: краткое содержание, описание и аннотация

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Der Einsatz von erneuerbaren Energien im Wärmesektor gewinnt im Zuge der Energiewende
zunehmend an Bedeutung. Jedoch erschwert die starke Volatilität nachhaltiger Energieträger eine versorgungssichere Wärmebereitstellung. Der Einsatz von saisonalen Wärmespeichern kann Schwankungen teilweise ausgleichen. Die Entkopplung von Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch ermöglicht eine dezentrale und nachhaltige Wärmeversorgung mit erneuerbaren Energien. Die vorliegende Arbeit wählt einen interdisziplinären Ansatz zur Bewertung eines dezentralen solarthermisch betriebenen saisonalen Wärmespeichers zur Wärmeversorgung von Wohngebäuden. Die Einflüsse von ökonomischen, sozialen und ökologischen Parametern auf die Marktfähigkeit saisonaler Behälterwärmespeicher wurden untersucht.

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Auf der Weltklimakonferenz 2011 in Cancún wurde eine Begrenzung des weltweiten Temperaturanstieges auf 2 °C politisch angestrebt, um die Auswirkungen des Klimawandels auf einen verträglichen Rahmen zu begrenzen. Dies würde eine Reduktion der Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2050 um 80 % bis 90 % pro Kopf im Vergleich zum Jahr 1990 bedeuten. Für Industrie- und Schwellenländer können sich durch die ambitionierten Ziele Schwierigkeiten hinsichtlich des wirtschaftlichen Wachstums ergeben. Vor diesem Hintergrund wird das „2 °C – Ziel“ immer wieder kritisch beurteilt.18

Die Weltklimakonferenzen finden jährlich statt, um wie auf der Klimarahmenkonvention vereinbart gemeinsam die Ziele voranzutreiben und dessen Erreichung zu überprüfen.19 Im Rahmen dessen konnte auf der Weltklimakonferenz 2015 in Paris ein neues Klimaschutzabkommen erarbeitet werden. Dieses sieht eine völkerrechtliche Verpflichtung aller Staaten zu nationalem Klimaschutz vor. Die Reduktion der Erderwärmung auf mindestens 2 °C wurde bestätigt und auf 1,5 °C verschärft. Gleichzeitig sollen Maßnahmen für die Dekarbonisierung der Wirtschaft ergriffen werden. Im Sinne dessen muss der Klimaschutz flexibilisiert werden.20

2.1.2 Nationale politische Instrumente

Auf nationaler Ebene begann die Energiepolitik in der Bundesrepublik Deutschland (BRD) bedeutend früher als im internationalen Raum. Ab den 1970er Jahren rückten die Themen der Energie- und Umweltpolitik verstärkt in den Vordergrund.1 1971 wurde das erste Umweltprogramm beschlossen, welches drei Kernpunkte beinhaltet:2

1 Das Verursacherprinzip : Dem Verursacher werden die Kosten von Umweltbelastungen zugeschrieben.

2 Das Vorsorgeprinzip : Es wird eine vorausschauende Umweltplanung angestrebt, welche die zukünftige Entwicklung einbeziehen muss.

3 Das Kooperationsprinzip : Die Verantwortlichkeit für den Umweltschutz liegt bei allen betroffenen Akteuren.3

Daneben wurde im Jahr 1973 das erste Energieprogramm beschlossen, welches erstmalig energiepolitische Ziele festschrieb. Dabei lag ein besonderer Fokus auf der unsicheren Situation hinsichtlich der Versorgungssicherheit. Diese wurde geprägt durch die weltpolitischen Unruhen. Die Themen Kohle, Kernenergie und Energiesparen wurden in der BRD aufgegriffen.4

Diese Entwicklung wurde im Jahr 1977 mit der Einführung des Energieeinsparungsgesetzes und der Wärmeschutzverordnung fortgesetzt. Erstmals wurde der Fokus gezielt auf das Einsparen von Energie gesetzt.5 Mit einigen Novellierungen und Anpassungen an die internationalen und europäischen Abkommen in den 1990er Jahren blieben diese Ziele bis zum Jahr 2000 bestehen.

Seit dem Jahr 2000 sind verstärkt gesetzliche und politische Regelungen im Bereich der Energie- und Klimaschutzpolitik zu verzeichnen. So wurde in diesem Jahr das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erlassen, welches die Förderung von erneuerbaren Energien unterstützen sollte.6 Dabei liegt der Fokus auf der Stromerzeugung.7 In der Folge des EEG kann ein starker Anstieg bei dem Ausbau von Windkraftanlagen, Biomasseheizkraftwerken sowie Photovoltaikanlagen verzeichnet werden.8 Das EEG wurde in den vergangenen Jahren mehrfach novelliert und somit an Randbedingungen wie beispielsweise fortgeschriebenen europäischen Energiegesetzen angepasst.9 Der Fokus der Novellierung im Jahr 2017 lag auf den Ausschreibungsvergütungen und dem Netzausbau im Stromsektor.10

Eine ökologische Steuerreform11 wurde für den zusätzlichen Ausbau und die Nutzung von erneuerbaren Energien umgesetzt. Diese sollte eine „Lenkungswirkung in Richtung Umweltschutz“ erzielen.12 Der Anreiz zum Energiesparen mit dieser Steuerreform sollte nicht im Sinne einer CO 2-Steuer, sondern als Besteuerung von Energie erfolgen, zum Beispiel auf fossile Brennstoffe.13

Die Forderungen zur Reduktion der Treibhausgasemissionen wurden in der BRD im Jahr 2000 mit den Nationalen Klimaschutzprogramm umgesetzt.14 Zu diesem Zeitpunkt wurden verschiedene Maßnahmen für die Umsetzung der internationalen Zielsetzungen festgelegt, die auch den Wärmesektor betrafen. Dazu gehört das Marktanreizprogramm (MAP), welches Technologien zur Wärmeerzeugung aus regenerativen Energien fördert.15 Darüber hinaus wurde im Jahr 2009 mit der Einführung des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) ein Instrument institutionalisiert, welches den Einsatz von erneuerbaren Energien zur Wärmeversorgung von Neubauten verpflichtend vorschreibt.16 Dieses Gesetz wurde in den vergangenen Jahren ebenfalls novelliert.

Im Jahr 2001 wurden das Energieeinsparungsgesetz und die Wärmeschutzverordnung zur Energieeinsparverordnung (EnEV) verbunden.17 Durch diese Verordnung, welche in den folgenden Jahren immer wieder novelliert wurde und somit an die energetischen Standards angepasst werden konnte, wurden die Gebäudeeffizienz und das Gebäude als ganzheitliches Konzept inklusive der Anlagentechnik festgesetzt. Ziel der EnEV ist den Energieverbrauch der Gebäude durch geeignete Maßnahmen zu reduzieren.

Vor dem Hintergrund, dass die BRD seit Beginn der klimaschutzpolitischen Bestrebungen international eine „Vorreiterrolle“ eingenommen hat, wurden 2007 das integrierte Energie- und Klimaprogramm überarbeitet.18 Die Zielvorgaben sind in Tabelle 2-1 dargestellt. Es ergeben sich zum Teil drastische Einsparungsziele, zum Beispiel für die Treibhausgasemissionen oder den Primärenergieverbrauch im Gebäudebereich. Gleichzeitig soll der Zuwachs an erneuerbaren Energien hoch sein.

Ziele 2011 2020 2030 2040 2050
Absenkung Treibhausgasemissionen (ggü. 1990) - 27 % - 40 % - 55 % - 70 % - 80 %
Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoenergieverbrauch 10 % 18 % 30 % 45 % 60 %
Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch 16 % 35 % 50 % 65 % 80 %
Absenkung Primärenergieverbrauch (ggü. 2008) - 6 % - 20 % - 50 %
Absenkung Stromverbrauch (ggü. 2008) - 10 % - 25 %
Absenkung Endenergieverbrauch Verkehrsbereich (ggü. 2008) - 10 % - 40 %
Absenkung Wärmebedarf Gebäudebereich (ggü. 2008) - 20 %
Absenkung Primärenergiebedarf Gebäudebereich (ggü. 2008) - 80 %
Leistung der Offshore-Windenergie 25 GW
Zahl der Elektrofahrzeuge 1 Mio. 6 Mio.
Anlagen zur CO 2-Abtrennung und -speicherung 2

Tabelle 2-1:

Übersicht klimapolitische Ziele Deutschland19

Insbesondere durch die Globalisierung müssen europäische und deutsche Klima- und Energiepolitik gemeinsam gedacht werden. Die Ziele werden international vorgegeben und müssen in nationales Recht umgewandelt werden.20

Neben den hier vorgestellten Maßnahmen und gesetzlichen Regelungen finden sich auf nationaler Ebene noch viele weitere Vorschriften und Gesetze, welche die Energiepolitik tangieren.21

Grundsätzlich lässt sich festhalten, dass die Energiepolitik in der BRD auf drei Säulen fußt:22

Wirtschaftlichkeit,

Versorgungssicherheit,

Umweltverträglichkeit.

Im Rahmen des Klimaschutzabkommens von Paris im Jahr 2015 wurde in der BRD der Klimaschutzplan 2050 entwickelt. Die international festgelegten Ziele wurden damit auf nationaler Ebene weitergeführt und ratifiziert.23 Dies betrifft unter anderem die Treibhausgasneutralität bis 2050.24 Diese Maßnahmen zeigen das Bestreben einer fortwährenden Erneuerung der klimaschutz- und energiepolitischen Maßgaben der BRD.

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