Energie-konzepte Eventkalender & Aktuelles 60 Jahre Laser-Technologie 100 Jahre VDE-Zeichen - Technik in Bayern
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NACHRICHTEN AUS TECHNIK, NATURWISSENSCHAFT UND WIRTSCHAFT
04/2020 JUL/AUG
Das Regionalmagazin für und
Energie-
konzepte
Eventkalender & Aktuelles
60 Jahre Laser-Technologie
100 Jahre VDE-Zeichen
EDITORIAL
i t e n d
b e g l e Corona: Chance
s
www.ep-group.de
e r u f e l o r oder Risiko für die
Jetzt bewerben! B a c h
u m B e r Energiewende?
z M a s t Prof. Dr. Wolfgang Rehm
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VDE-AK Energietechnik
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iese Nachricht war erfreulich: Die Weltpolitik reagierte in der
ä nng
Die Internationale Energie- Corona krise bis auf wenige krasse
tu d i e agentur nannte für das Jahr Ausnahmen absolut vernünftig, die
r e S 2020 bis Ende April einen Rückgang Inkubationszeit liegt ja auch nur bei
Unse Technik
des weltweiten Primärenergiebedarfs ca. 14 Tagen. Die Reaktionen auf eine
um 6 % und der CO2-Emissionen um Maßnahme können also spätestens
s t e r 8 %. Gleichzeitig prognostiziert der nach einigen Wochen gesehen und
Cl u b i l i t ät IWF für 2020 einen Rückgang der es kann passend nachgesteuert wer-
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ktro echnik r-
Weltwirtschaftsleistung um 3 %. den. Der Klimawandel hat ganz ande-
E l e Hier wird deutlich: Wirtschaftsleis re Zeiträume, die „Schwungmasse“
c h e lor r z e u gt e n ieu tung und Energiebedarf, der über- ist deshalb auch um Größenordnun-
u nse re bra nc h e n
B a r Fa h tsin g wiegend aus fossilen Energieträgern gen höher. Dass es bei einem „weiter
e l o h a f gedeckt wird, sind miteinander ver- so wie bisher“ nach Corona aber zu
Bach or Wirtsc
Maschinenbau Medizintechnik
knüpft. Die Erdölpreise drehten auf- deutlich drastischeren Folgen kom-
el
Fahrzeugtechnik Mechatronik
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grund der sinkenden Nachfrage zeit- men und es ebenfalls um Leben
B a c h n t ä t u
me mobilit
weilig in den negativen Bereich, Erd- und Tod gehen wird, erkennen die Elektrotechnik Schiffbau
a g e öl wurde quasi als Abfallprodukt Verantwortlichen, und damit ist nicht
Man Elektro ierung
IT & Kommunikation Anlagenbau
mit einer Entsorgungsgebühr beauf- nur die Politik gemeint, sondern jeder
er fiz ur Luft- & Raumfahrt
Mast ugelektri singenie
schlagt. Ist das der sinnvolle Um- Einzelne in der Zivilgesellschaft, erst
gang mit einer endlichen Ressource, ganz hinten knapp unter dem Hori-
a h r ze s c h aft die eigentlich zum Verbrennen viel zont – und damit genügend weit weg i h r e ng ine e ring -
F W irt zu schade ist oder, anders gefragt, vom jetzt. u nd it-partne r in baye rn
e r
Mast sierung
steckt in dieser weltweiten Krise Die weltweite Pandemie hat die
sed
Heilbronn
a auch die Chance, jetzt, und vielleicht Überdrehzahl von Weltwirtschaft und Göppingen
al i on B Stuttgart
Digit Simulati
noch rechtzeitig, umzusteuern? Energiebedarf deutlich gebremst, Mannheim Neu-Ulm
Diese Chance hängt wie so häufig jetzt wäre also die Zeit, an Alternativen
er
Mast ering
von den Kosten ab, sind doch inno- zu arbeiten, die einen langfristigen
vative Ideen zu einer nachhaltigen Bestand haben. Nürnberg
g i n e Energieversorgung in den allermeis Ob es also eine Chance gibt für den
E n
r:
ten Fällen deutlich teurere Alterna- weiteren massiven Umbau auf eine Ingolstadt
u n te tiven zu konventionellen Lösungen. nachhaltige, ressourcenschonende ep Technische Dokumentation
en S ie Wenn man die Rettungsschirme, die Energieversorgung, möchte ich mit München
find
aktuell und richtigerweise von der einem Zitat aus Johann Wolfgang Friedrichshafen Ulm Augsburg
Politik aufgespannt werden, zusam- von Goethes Faust beantworten: „Die
d e
ep Niederlassung
menaddiert, stellt sich natürlich die Botschaft hör ich wohl, allein mir
-in .
Competence Center
Frage, woher die nicht minder hohen fehlt der Glaube.“
w
ep Technische Dokumentation
a
Summen zum weltweiten Umbau der
w. i Energieversorgung auf nachhaltige Herzliche Grüße
ww
bzw. erneuerbare Energien kommen und bleiben Sie
sollen. gesund!
engineering people.
Technik in Bayern 04/2020 3 supporting experts.
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INHALT
Dolmetscherin?
Energiekonzepte HOCHSCHULE UND FORSCHUNG
Das Thema Energie ist ein Dauerthema und aktuell wie
nie zuvor. Die Schwierigkeit, neue Stromleitungen durch-
zusetzen, hat zu einem Umdenken beim Konzeptansatz Neues Messfahrzeug geht ultrafeinen Partikeln auf die Spur 28
geführt: Energie soll nach Möglichkeit dort erzeugt wer- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
den, wo sie auch gebraucht wird. Dieser „zellulare Ansatz“
wird von Bürgerinitiativen, privaten Organisationen, aber Die Software ENOS spart Energie und verbessert die CO2-Bilanz33
Jörg Bentz und Petra Wiese, Hochschule München
zunehmend auch von klassischen Versorgern anvisiert.
Forschen trotz und wegen Corona 41
Fraunhofer EMFT
60 Jahre Laser-Technologie 44
Alexander Knebel, Deutsche Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse
AKTUELLES
VDI BG Ingolstadt: Der virtuelle 10. Tag der Elektromobilität 22
VDI BV München: VDI Tag + Hochschulwettbewerb ADC 23
VDE: 100 Jahre VDE-Zeichen 24
VDI BV München: VDI Preis 2020 25
VDE/VDI AK Informationstechnik München: SD-WAN 26
VDI BV München: Predictive Maintenance 27
Foto: Christine Kandlbinder/Bayernwerk
VDE Youngnet München: Virtueller Stammtisch 29
VDI AK Produktion u. Logistik Bayern Nordost: Zukunftsmuseum 30
VDI BV Bayern Nordost: Einlösung Theodor von Cramer-Klett Preis 32
Industriedenkmal Radom Raisting: Hüllenriss durch Sturm „Bianca“ 34
VDI Frauen im Ingenieurberuf München: Cradle to cradle 36
Weiterentwicklung des 110-Kilovolt-Hochspannungsnetzes
VDI LV Bayern und Augsburger Bezirksverein: VDI Forum 2020 37
VDI: Telefonische Karriereberatung für Ingenieure 38
SCHWERPUNKT
RUBRIKEN
Zelluläre Strukturen im zukünftigen Stromsystem 06
Ulrich Wagner Veranstaltungskalender39 Qualifikation
Buchbesprechungen47
Flower.Power:
Ausstellungstipp49 Spezialisierung
Die Zukunft der Energielandschaft in Bayern 09
Andreas Kießling und Alexander Jäger Impressum49
Cartoon50 by-suche.bdue.de
Faktencheck Energiewende Deutschland 12 Vorschau50
Harald K. Rapp
Für hohe Gleichzeitigkeiten ist das Netz nicht
ausgelegt14
Interview mit Detlef Fischer
VDI Landesverband Bayern
S. 18
Klimabilanz von Elektrofahrzeugbatterien 16 VDI Bezirksverein München, Ober- und Niederbayern e.V.
Anika Regett und Wolfgang Mauch Westendstr. 199, D-80686 München
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Kälte- und Wärmeversorgung 18 VDI Bezirksverein Bayern Nordost e.V. Unsere Fachliste Technik
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4 Technik in Bayern 04/2020 Technik in Bayern 04/2020 5
service@bdue.de
SCHWERPUNKT SCHWERPUNKT
Überblick
Zelluläre Strukturen im
zukünftigen Stromsystem
D
ie Ziele der Bundesregierung zum und Transport waren dank der mono- höher als früher, sowohl bei der Vorhersage
Klimaschutz sind äußerst ambitio- polistischen Strukturen redundant vor- der Verbraucherlast – insbesondere bei
niert: 45 % erneuerbare Energien handen, verbunden mit einem Höchst- steigenden Anteilen von Wärmepumpen,
in der Stromerzeugung bis 2025, Ab- maß an Versorgungssicherheit. Elektrofahrzeugen und elektrifzierten In-
schaltung der Kernenergie im Jahr 2022, dustrieprozessen – als auch der wetterab-
Quelle: Simon Köppl, M.Sc., Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.
Minderung der CO2-Emissionen um 55 % Was ändert sich? hängigen regenerativen Stromerzeugung.
bis 2030 sowie Senkung des Primären- Wie sehen die Wege von der bisherigen Die Versorgungssicherheit wird nunmehr
ergieverbrauchs um 50 % gegenüber 2008. in die zukünftige Stromwelt aus? Tech- nicht mehr nur von wenigen zentralen
Derzeit nähert sich der Anteil der erneuer- nologische Fortschritte in allen Bereichen Einrichtungen gewährleistet, sondern die
baren Energien im Stromsektor bereits der von der Erzeugung bis hin zur Anwendung Aufgaben sind dezentral im System ver-
40 %-Marke, während er im Wärmesektor werden weiter benötigt, insbesondere teilt. Zum einen mindert das die Abhän-
mit 14 % und im Verkehrssektor mit 6 % Techniken zur verbesserten Integration gigkeit und Vulnerabilität großer Anlagen
noch deutlich darunterliegt und nur sehr von erneuerbaren Energien. Die Digitali- (Kraftwerke, Hochspannungsleitungen),
langsam zunimmt. Bei all diesen Verän- sierung der Energiewirtschaft muss end- zum anderen verlagern sich dadurch
derungen kommt der Zuverlässigkeit des lich anlaufen, insbesondere muss der mögliche Risiken hin zur sicheren Verfüg-
Stromsystems eine zunehmende Bedeu- Smart Meter Roll out endlich Fahrt auf- barkeit von Gasnetzen (für BHKW) oder
tung zu. Schließlich hängen alle anthro- nehmen. Schließlich werden durch die das Internet.
pogenen und technischen Vorgänge und zunehmende Digitalisierung neue techni-
Prozesse direkt oder indirekt von der zu- sche Anwendungen wie Bidirektionales Vom Abnehmer zum Verbraucher,
verlässigen Verfügbarkeit elektrischer En- Laden von Elektrofahrzeugen und inno- zum Kunden, zum Partner
ergie ab. Der folgende Beitrag wirft einen vative Geschäftsmodelle und Handels- Im letzten Jahrhundert wurden die Strom-
Blick auf die anstehenden Veränderungen mechanismen möglich. Hier könnte die verbraucher als „Strom-Abnehmer“ be-
und die damit verbundenen Herausfor- Blockchain-Plattform als enabler für zen- zeichnet und vom Energieversorgungs-
derungen. trale, manipulationssichere und trans- unternehmen aus Großkraftwerken belie-
parente Netzwerke eine wichtige Rolle fert. Mit der Liberalisierung des Energie- kopplung würde im Sinne einer zuneh- Zelluläre Strukturen bilden sich aus z. B. Das Ausbalancieren von flexibler Last
Historie spielen, z. B. für peer-to-peer-Handel mit sektors wurde aus dem Abnehmer der menden Elektrifizierung des Verkehrs und dörflichen Gemeinden, Quartieren oder und fluktuierender Erzeugung muss von
Über Jahrzehnte wurde das Stromsystem Strom, also eine Art ebay für privaten „Kunde“. Immer mehr Kunden oder Con- Wärmebereichs vorangetrieben. Damit Stadtteilen, mit unterschiedlichen Nutzern unten, also vom Verbraucher, erfolgen.
sukzessive auf Grundlage großer Kraft- Handel mit Strom und Flexibilität. sumer entwickelten sich zum Prosumer wird aus dem früheren Stromverbraucher vom Privathaushalt über Gewerbe bis hin
werksblöcke möglichst in Verbraucher- Eine wesentliche Rahmenbedingung ist mit Netzeinspeisung, das gilt für private endgültig ein wichtiger „Partner“ der EVU. zu Industriebetrieben. Energiezellen bzw. Microgrids haben
nähe ausgebaut. Dazu haben sich ent- der zunehmende Bedarf an Flexibilität auf Haushalte, Gewerbe- oder Industrie- nicht die Energieautarkie zum Ziel, das
sprechende Transport- und Verteilnetz- der Verbraucherseite (Lastmanagement), betriebe, die einen Teil ihres verbrauchten Zellulär und dezentral Der wichtigste Mehrwert von Energiezel- würde Synergieeffekte zwischen den
strukturen entwickelt, ausgelegt auf als Kompensation für die zunehmende Stroms selbst erzeugen. Welche Rolle kommt im zukünftigen Ener len sind die Zellfunktionen im obenste- Zellen blockieren und zur Überdimen-
zentrale Erzeugung mit kurzen Transport- Fluktuation der Stromerzeugung. Die ver- giesystem den dezentralen Techniken henden Bild. Dazu gehören netzdienliche sionierung der Infrastrukturen führen.
wegen. Nach 1998 hat die Liberalisierung bleibenden konventionellen Kraftwerke Im Rahmen der Energiewende verändert und zellulären Strukturen zu? Der VDE Flexibilität, regionale Energieprodukte,
der europäischen Strommärkte die Erzeu- werden nicht in der Lage sein, diese Er- sich das Bild weiter: Aus dem Prosumer hat dies in einer Studie im Jahr 2015 um- Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch Derzeit laufen mehrere interessante Pro-
gungs- und Transportstrukturen erheblich zeugungsschwankungen alleine auszu- wird der Flexumer. Durch die Integration fassend untersucht. Grundsätzlich haben innerhalb der Zelle, aber auch eine mög- jekte, um diese Ansätze in der Praxis um-
beeinflusst, mit den erforderlichen tech- gleichen, schon gar nicht im Falle negati- in das digitale Energiesystem kann der dezentrale Anlagen den Vorteil, maßge- licherweise höhere Akzeptanz für die zusetzen und zu erproben.
nischen Anpassungen. Zudem hat sich ver Residuallasten. Flexumer aktiv am Energiemarkt teilneh- schneidert auf die Bedürfnisse der Ver- Erfassung und Auswertung persönlicher Bei dem Projekt C/sells in Bayern, Baden-
der Bedarf an elektrischer Energie über Das alles läuft auf einen Paradigmen- men und seine Flexibilitätsoptionen hoch- braucher ausgelegt zu sein (z. B. Kraft-Wär- Energiedaten, die den Bilanzkreis des Württemberg und Hessen ist das Ziel der
die Jahrzehnte kontinuierlich erhöht. wechsel in der Stromwelt zu: „Verbrauch automatisiert vermarkten. Damit stehen me-Kopplung), das Potenzial für erneuer- Microgrid´s nicht verlassen. Aufbau und die Erprobung einer Flexi-
Im bisherigen Stromsystem herrscht(e) orientiert sich an der Erzeugung“. Die Flexibilitäten in der Anwendung und in bare Energien zu erhöhen (z. B. Solar- bilitäts-Plattform, auf der Stromkunden
das Prinzip „Erzeugung folgt Verbrauch“. Unsicherheiten der Prognosen von Erzeu- der zentralen Erzeugung für netzdienliche thermie, Biomasse etc.) und weniger Zwei wichtige Erkenntnisse werden zu- mit und ohne Eigenerzeugung ihre Flexi-
Die benötigten Ressourcen für Erzeugung gern und Händlern sind dabei deutlich Zwecke zur Verfügung und die Sektoren- Transportverluste zu verursachen. sammenfassend genannt: bilitäten handeln können.
6 Technik in Bayern 04/2020 Technik in Bayern 04/2020 7
SCHWERPUNKT SCHWERPUNKT
Flower.Power: Die Zukunft der
Energielandschaft in Bayern
Quelle: Sebastian Dirk Lumpp, M.Sc., Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik | TU München
I
n Bayern bündeln sich Hauptfragen Stromerzeugungswende wird zur echten Netz zu reagieren. Voraussetzung dafür
einer dezentralen Energiewende: 2010 Energiewende ist eine zunehmende Vernetzung und Di-
war jede zehnte PV-Anlage weltweit Die Energiewende wird die Art der Strom- gitalisierung. Dadurch können die Zustän-
im Netz des Bayernwerks installiert – erzeugung, des Stromverbrauchs und de der Elektrizitätsnetze in Echtzeit gemo-
heute speisen bereits über 285.000 So- der Stromspeicherung in Bayern signi- nitort und Engpässe durch Flexibilitäts-
laranlagen dorthin ein. Gleichzeitig gehen fikant verändern. Sind aktuell noch mehr einsatz effizient bewirtschaftet werden.
mit dem Kernenergieausstieg historisch als 11.000 MW an konventioneller Kraft-
prägende Großkraftwerke vom Netz. Die werksleistung am Netz, so wird deren Zweite Phase der Energiewende rückt
Dezentralisierung der Energielandschaft installierte Leistung um nahezu 40 % bis Verteilnetz weiter in den Fokus
in Bayern ist damit schneller und radikaler 2030 sinken und die Stromproduktion von In dieser nächsten Phase wird das Strom-
als in vielen anderen Ländern. Auch in der der volatilen Erzeugung aus erneuerbaren netz sinnbildlich „vom Kopf auf die Füße“
nächsten Phase der Energiewende mit Quellen dominiert. Daneben ist mit ei- gestellt. Denn im traditionellen Denk-
neuen elektrischen Verbrauchern stehen ner stärkeren Elektrifizierung des Mo- muster der Energietechnik beginnt das
die Verteilnetze im Mittelpunkt. bilitäts- und Wärmesektors zu rechnen. Stromsystem im Höchstspannungsnetz
Für das Jahr 2030 gehen wir von ca. 2 und endet im Niederspannungsnetz. Das
In einer Studie hat sich das Bayernwerk Mio. E-PKW und 660.000 Wärmepumpen war bisher auch richtig. Die Energiewen-
zusammen mit E-Bridge Consulting mit aus. Kleinspeicher nehmen deutlich zu de verändert dieses Paradigma jedoch
der Zukunft dieser Energielandschaft (ca. 380.000 in 2030). Diese neuen An- grundlegend: Schon heute sind mehr als
beschäftigt und das Stromsystem konse- wendungen haben das Potenzial, flexibel 18.000 MW EE-Anlagen ans bayerische
quent „von unten nach oben“ analysiert. auf die Anforderungen von Markt und Verteilnetz angeschlossen. Bis 2030
Ein Modellversuch mit 50 Probanden Energiesystems, sondern einen Paradig- besteht die Herausforderung, und auch
startet gerade in Altdorf bei Landshut. menwechsel in vielerlei Hinsicht. die Chance, die Wirtschaft gesteuert so
Das Projekt RegHEE erforscht und ent- zu stützen, dass klima- und ressourcen-
wickelt einen peer-to-peer-Energiemarkt Zelluläre anstelle von zentralen Struk- schonende Maßnahmen und Techniken
basierend auf dezentralen Erzeugungs- turen sind ein Lösungsansatz von meh- bevorzugt gefördert werden.
und Speichereinheiten mittels einer reren zur Stärkung der erneuerbaren Er-
Blockchain-Plattform, die gleichzeitig den zeugung, der Last-Flexibilisierung und für Prof. Dr.-Ing. Ulrich Wagner
gehandelten Strom kennzeichnet. Das neue Geschäftsmodelle. Dabei ist zu be- Lehrstuhl für Energiewirtschaft und
Ziel ist eine verbesserte Integration er- achten, dass mit dezentralen Energiesys Anwendungstechnik, TU München, und
neuerbarer Energie in das Stromnetz und temen keine regionale Autarkie erreicht Forschungsstelle f. Energiewirtschaft e.V.
alternative Vermarktungsmechanismen, werden kann (und soll).
Foto: Tim Mueller-Zitzke – stock.adobe.com
insbesondere nach dem Wegfall des EEG.
Eine konstant hohe Versorgungssicher-
Ausblick heit des Stromsystems ist – neben den
Es ist viel erreicht worden in den ver- Kosten – fundamentale Voraussetzung Quellen
gangenen Jahren, die nächsten Etappen für die Akzeptanz der bevorstehenden
• VDE: www.vde.com/de
werden noch herausfordernder als die zu- großen Anstrengungen und Investitionen.
• FfE e.V.: www.ffe.de
rückliegenden. Es handelt sich nicht um Mit Blick auf die durch die Corona-Krise • TU München: www.ei.tum.de/ewk/
eine lineare Weiterentwicklung unseres extrem angespannte wirtschaftliche Lage
8 Technik in Bayern 04/2020 Technik in Bayern 04/2020 9
SCHWERPUNKT SCHWERPUNKT
zeigen unsere Berechnungen – ohne Einwohner) im Jahr 2017 noch in Sum- strukturiert: Ein Lastzentrum in der Mitte
Berücksichtigung zusätzlicher „Game me 3 TWh elektrische Energie mehr ver- („Blütenkelch“) ist von einer ländlichen
Changer“ wie außerhalb der EEG-Förde- braucht als erzeugt wurde, wird die Ener- Struktur mit Erzeugungsüberschuss
rung errichtete PV-Großanlagen – einen giebilanz 2030 mit 8,8 TWh Überschuss („Blütenblätter“) umgeben. Daraus ergibt
Anstieg auf ca. 31.000 MW. Damit wird an elektrischer Energie für Bayern posi- sich die Flower.Power-Frage: Wie weit
der Strom künftig in vielen Stunden des tiv. Anders verhält es sich bei Großkraft- können die Blütenblätter den Blütenkelch
Jahres in den Spannungsebenen er- werken und Industrie: Während konven- mit Strom versorgen? Das Ergebnis:
Fotos: Fraunhofer IVV
zeugt, in denen auch die Verbraucher an- tionelle Anlagen 2017 noch mehr Strom
geschlossen sind. erzeugten als die Industrie verbrauchte 1. Bereits heute können 625 von 2.099
(+15,7 TWh), kippt dieses Verhältnis bis Gemeinden ihre Strombilanz eigen-
Ländlicher Raum wird zum „grünen 2030 (-7,4 TWh). Die Energiebilanz der ständig decken. Bis 2030 steigt diese
Kraftwerk“ Bayerns Großstädte in Bayern bleibt auf einem Anzahl deutlich um 45 % auf 915 Ge-
In Bezug auf die jährliche Strombilanz vergleichbaren Niveau (-8,3 TWh), da meinden an.
kann der Zubau an EE-Anlagen den Rück- sich ein Ausgleich zwischen vermehrter 2. Bis 2030 wird sich die Zahl der Land-
bau von Großkraftwerken bis 2030 aller- Stromerzeugung (PV) und zunehmendem kreise mit positiver Bilanz von 22 auf Abbildung 2: Energiebilanz der Landkreise in Bayern (2017, 2030)
dings nicht ganz ersetzen – zumal die Stromverbrauch (z. B. durch E-Mobilität) 43 der 71 Landkreise verdoppeln (siehe
Studie auch von einer Steigerung des abzeichnet. Abb. 2).
Strombedarfs um 11,6 TWh ausgeht. In 3.
In Bayern können kreisfreie Städte
Summe ergibt sich daher für das Jahr Bayern wird zur „energetischen durch den Erzeugungsüberschuss aus
2030 eine negative Energiebilanz in Blumenwiese“ Landkreisen versorgt werden. bedingungen nicht tatsächlich regional Netztechnische Verknüpfung: Vernet- Stromnetz von morgen, denn nur mit
Höhe von 6,2 TWh – Bayern wird also Bei den Analysen zeigt sich ein beson- verbraucht werden. Aufgrund der fehlen- zung von Einspeise- und Lastzentren einem klugen Mix aus klassischem
zum Stromimporteur. derer, für die Studie namensgebender Anforderungen an das Netz steigen den zeitlichen Synchronisierung sind die Flexibilität nutzen: Aktive Koordinie- Netzausbau und Digitalisierung ist die
Während im „ländlichen Raum“ (Gebiete Effekt. Das Versorgungsgebiet des Ein Großteil der regional erzeugten Ener- Regionen nur in ca. der Hälfte der Zeit tat- rung von Speichern und flexiblen Ver- geschilderte Energiezukunft möglich.
mit Städten und Gemeinden bis 100.000 Bayernwerks ist häufig wie eine Blume gie wird aber unter den heutigen Rahmen- sächlich eigenversorgt. Stattdessen wird brauchern der Kunden
ein hoher Anteil der erneuerbaren Stromer- Zusätzliche Speicher: Bau und Betrieb Allerdings müssen die politischen Rah-
zeugung aus Bayern hinaus exportiert und zusätzlicher netz- und systemdienlicher menbedingungen noch verbessert wer-
zu einem späteren Zeitpunkt wieder im- Speicher den: Die Regulierung muss den neuen
portiert – mit steigenden Anforderungen Gesicherte Erzeugung: Bau und Betrieb Aufgaben der Netzbetreiber angepasst
an das Netz. In der Spitze beträgt der von Kraftwerken mit einem hohen An- werden und (Verteil-)Netzbetreiber benö-
Export im Jahr 2030 ca. 15.000 MW – teil gesicherter Leistung tigen die nötigen Instrumente für einen
eine Steigerung im Vergleich zu 2017 um netzdienlichen Flexibilitätseinsatz.
75 Prozent. Auch der maximale Bezug Schlussfolgerungen Gleichzeitig benötigen auch die Kunden
steigt signifikant von 6.900 MW auf über Dem Verteilnetzbetreiber kommt im Anreize, ihre Flexibilität netzdienlich zur
11.200 MW (+62 %) an. Regional würde neuen Energiesystem zukünftig eine Verfügung zu stellen. Schließlich beruht
dies zu einem sehr hohen Netzausbau- Schlüsselrolle zu. Denn insbesondere die die Studie auf einem weiteren inten-
bedarf in Bayern führen. Nutzung von Flexibilitäten bietet signifi- siven Zuwachs an erneuerbarer Stromer-
kante Potenziale zur Optimierung des zeugung in Bayern und der Absicherung
Lösungsansatz zur optimierten Nutzung Netzausbaubedarfs, zum Ausgleich zwi- der Versorgung über KWK-Anlagen. Für
regionaler Erzeugung schen Erzeugung und Verbrauch und beide Fälle gilt, dass die Politik verläss-
Das hohe bilanzielle Potenzial zur regio- letzten Endes zur Aufrechterhaltung der liche und attraktive Rahmenbedingun-
nalen Eigenversorgung in Bayern kann Versorgungssicherheit. Auch der Bau gen schaffen muss, um eine Investition
durch eine räumliche und zeitliche Syn- zusätzlicher Speicher ist ein weiteres in solche Anlagen zu ermöglichen.
Grafiken S. 10 + S. 11: Bayernwerk
chronisierung von Einspeisungen und effektives Mittel zur Realisierung des in-
Lasten tatsächlich genutzt werden – mit novativen Flower.Power-Energiekonzepts.
positiven Effekten für das Netz und die Eine leistungsfähige Netzstruktur ist die Dr. Andreas Kießling und
Versorgungssicherheit. Konkret ergeben unabdingbare Basis. Bereits heute inves- Alexander Jäger
sich vier Optionen: tiert das Bayernwerk in das intelligente Bayernwerk
10 Technik in Bayern 04/2020 Technik in Bayern 04/2020 11
SCHWERPUNKT SCHWERPUNKT
Faktencheck
Energiewende Deutschland
Quelle: H.K. Rapp nach Daten von BMWi und UBA
R
egelmäßige und vorurteilsfreie Wissenschaftler, Ingenieure und Fachver- haben sich höchst unterschiedlich ent-
Faktenchecks helfen, die Entwick- bände kaum in die Debatte einbezogen wickelt, siehe Abbildung. Während sich
lung der Energiewende nüchtern werden. Unter den Interessengruppen beim Strom die EE-Anteile stetig erhöht
zu beobachten. Sie stellen ein Korrektiv tun sich insbesondere Bürgerinitiativen haben, blieben sie bei Wärme und Ver-
zu den zahllosen Publikationen von Orga- hervor, die für sich in Anspruch nehmen, kehr unverändert niedrig. Speicher und
nisationen und Autoren dar, die mit der dass ihre lokalen Anliegen zugleich die die Sektorenkopplung könnten Abhilfe
Energiewende wirtschaftliche Interessen Anliegen aller übrigen sein müssten: Das schaffen.
verbinden. Diese sind zwar legitim, ver- NIMBY-Syndrom (Not In My Back Yard)
zerren aber die Objektivität der Darlegun- feiert bei jeder Gelegenheit fröhliche Zeitreihen als Analysewerkzeuge
gen für ein Publikum, das sich mangels Wiederkehr. Technische Unkenntnis der Seit über 10 Jahren analysieren Wissen-
Fachkenntnis meist kein eigenes Urteil Energieversorgung, insbesondere der schaftler historische Zeitreihen von Sonne, Erneuerbare Energien der Verbrauchssektoren Strom, Wärme und Verkehr
bilden kann. Stromversorgung mit ihren strengen Ge- Wind und Verbrauch in Europa. Daraus
setzmäßigkeiten, ist leider eine Konstante folgten Modelle der Stromerzeugung aus
Folgende Ereignisse haben zuletzt die vieler Diskussionen. EE-Kraftwerken sowie der Bedarf von Die fluktuierenden Stromquellen PV und beträgt in der BRD ca. 50 GWh mit einer enorm wachsende Verbrauch der Rechen-
deutsche Energiewende beeinflusst: Der abrupte Beschluss zur Abschaltung Backup-Kraftwerken. Ferner lässt sich ein Wind bedrohen ab einem Anteil von etwa Leistung bis 7 GW. Eine zukünftige Spei- zentren bei.
Die Ergebnisse der Kohlekommission der Atomkraftwerke bis 2022 war der auf 100 % iRES (intermittent Renewable 40 % am gesamten Nettostromverbrauch chermöglichkeit bietet die Wasserstoff-
und das Kohle-Ausstiegsgesetz politischen Situation geschuldet. Leider Energy Sources) hochgerechnetes Kraft- die Netzstabilität. Im Jahr 2019 erreichte wirtschaft mit Power-to-Gas und zusätz- Fazit
Die Ernüchterung vieler Akteure über fehlte ein Kompass für die Energiewende, werksmodell bestimmen [1,2]. „The Euro- ihr Anteil 33,4 %. lichen Anwendungen bei der Wärme- Das Ziel der Energiewende 2020 wurde
die geringen Fortschritte der Energie- weil die Einschränkungen der wetter- pean Network of Transmission System versorgung und beim Verkehr mit abgas- bei der Stromerzeugung pünktlich er-
wende abhängigen nicht abrufbaren Energie- Operators for Electricity“ (ENTSO-E) stellt Versorgungssicherheit freien Brennstoffzellen als Stromwandler. reicht. Das liegt an den ausschließlich
Das NIMBY-Syndrom (Not In My Back quellen Wind und Sonne für eine sichere die europaweiten Daten mit hoher zeit- Die Versorgungssicherheit beinhaltet Strom erzeugenden Quellen Photovoltaik
Yard) oder die unendliche Geschichte Stromversorgung ignoriert worden waren. licher und räumlicher Auflösung zur Ver- das Dispatch und das Redispatch unter Stromnetzstruktur und Kosten und insbesondere Windkraft. Die Ziele für
der Netzleitung Südlink Die Trivialität, dass Sonne und Wind fügung. Berücksichtigung der aktuellen Kraft- Es wird über mehrere Jahre eine Doppel- die Wärmeversorgung und für den Ver-
Die Protestdemonstrationen „gegen nichts kosten, hat die übrigen Bedingun- werkssituation, aller Betriebsmittel und struktur der Übertragungsnetze geben kehr wurden hingegen völlig verfehlt. Hier
den Klimawandel“, welche ob ihrer gen für Zuverlässigkeit und Wirtschaft- Kraftwerks- und Netzbetrieb der Wetterprognose. Größte Bedeutung müssen: ein klassisches zentrales Über- helfen nur die Sektorenkopplung und die
Emotionalität die Hilflosigkeit von lichkeit beiseite gedrängt. Da PV und Windkraft ausschließlich hat die Verhinderung eines Blackouts tragungsnetz und ein dezentrales Verteil- Wasserstoffwirtschaft. Wärmepumpen
Öffentlichkeit und Politikern beweisen Strom erzeugen, steht die Stromwirt- mit schwerwiegenden Folgen für ganze netz insbesondere auf der regionalen und und Geothermie helfen nur marginal oder
Die Wiederbelebung der Brennstoffzelle Leistungen im Stromnetz schaft als quasi neue Primärenergie für Regionen. Er drohte im Jahr 2019 dreimal örtlichen Ebene. Damit können EE-Kraft- lokal. Wasserkraft und Biomasse sind
bzw. die Wasserstoffwirtschaft. Zunächst eine einfache Betrachtung zur die Verbrauchssektoren im Vordergrund. im Juni, wobei er nur mithilfe benachbarter werke und Stromtankstellen für die Elektro- aus Umweltgründen nicht ausbaufähig.
Begründung für die Energiewende ist elektrischen Leistung der Quellen im Dem Kraftwerks- und Netzbetrieb kommt Länder und mittels Lastabwurf von Groß- mobilität eingebunden werden. Die Leis- Deutschland ist zwar in Europa mit seiner
allein die Klimabelastung. Der deutsche Stromnetz: daher eine entscheidende Bedeutung zu. verbrauchern verhindert werden konnte. tungen auf Ortsnetzebene einschließlich Energiewende weitgehend allein. Doch
Beitrag zur globalen Belastung beträgt 2 %. Der maximale Leistungsbedarf der Ver- Er muss vor allem für eine sichere Strom- Der mit dem Zuwachs der Erneuerbaren der Hausanschlussleistungen werden sich kann sich das Erreichte angesichts der
D.h. er ändert an der globalen Situation so braucher beträgt ca. 85 GW und ist seit versorgung sorgen, denn ohne Strom Energien gerne zitierte SAIDI-Index be- allerdings signifikant erhöhen. objektiv schwierigen Probleme und trotz
gut wie nichts. Dennoch sind die Industrie- Jahren fast unverändert. Ein höheres geht heute gar nichts mehr. Dazu zählen ziffert kurzfristige Unterbrechungen in Die Stromkosten werden steigen. Gründe aller Kritik im Einzelnen durchaus sehen
nationen zu Recht in der Pflicht, die Wege Angebot an Kraftwerksleistung ist nicht in jeder Regelzone bzw. in jedem Bilanz- Minuten pro Jahr und Endverbraucher. Er sind der Netzumbau und der Netzbetrieb. lassen. Es macht Mut, an den Zielen für
zur Klimaneutralität aufzuzeigen, damit nutzbar und muss billigst exportiert oder kreis die gesicherte Kraftwerksnetto- liegt in Deutschland seit Jahren unverän- Der Nutzungsausfall von Wind und Sonne die Folgejahre festzuhalten
sich andere Nationen an der globalen Auf- mittels Kraftwerksdrosselung schlicht leistung, die Schwarzstartfähigkeit und dert bei 12 bis 15 Minuten, was internatio- bei Drosselung wegen Überkapazität wird
gabe angemessen beteiligen können. entsorgt werden. D. h. die bislang instal- die Netzfrequenzhaltung entsprechend nal sehr gering ist. Allerdings ist er keine auf die Verbraucher umgelegt. Der Strom- Dr.-Ing. Harald K. Rapp
lierten Netto-Leistungen aller Kraftwerke dem europäischen Netzwerk-Code. Das Kennzahl für die Gefahr von Blackouts. preis in Deutschland ist zusammen mit
Ziel und Weg von zusammen etwa 207 GW, davon Wind Problem der Momentan-Reserve, wie Wegen der wetterabhängigen EE-Kraft- Dänemark der höchste in der EU. Dies
Die Politik in Deutschland bezüglich der und Photovoltaik mit ca. 105 GW, können sie die Schwungmassen der Synchron- werke kommt Speichern eine erhöhte schafft enorme Standortprobleme für
Erneuerbaren Energien ist, gemessen physikalisch nicht gemeinsam wirksam generatoren darstellen, ist für PV- und Bedeutung zu. Es gibt sie derzeit in Form energieintensive Industriebetriebe (Chemie, Literatur
an der schwierigen und komplexen The- werden. Das sollte auch technischen Windkraftwerke bislang nicht gelöst. Die von Akkumulatoren für Kurzzeitunter- Stahl, Aluminium). [1]
M. Greiner Aarhus School of Engineering
5-2011: „Let the weather decide“.
matik, sehr ehrgeizig. Das Ziel ist zwar Laien zu denken geben. Kraftwerks-Kaltreserve wird in Zusam- brechungen im Sekundenbereich. Pump- Auch der Stromverbrauch wird steigen.
[2]
F. Wagner VGB Power Tech 10-2017 und
unstrittig. Doch der Weg ist unklar, da Die EE-Anteile der 3 Energieverbrauchs- menarbeit mit der Bundesnetzagentur speicherkraftwerke stehen für Minuten Dazu trägt neben der „smarten“ Digitali- Physik Journal 18 (2019) Nr. 10.
sich die Interessengruppen streiten und sektoren Strom, Wärme und Verkehr organisiert. zur Verfügung. Ihre Speicherkapazität sierung mit ihrer hohen Datenflut der
12 Technik in Bayern 04/2020 Technik in Bayern 04/2020 13
SCHWERPUNKT SCHWERPUNKT
Energieversorgung
Für hohe Gleichzeitigkeiten ist
das Netz nicht ausgelegt
Interview mit Detlef Fischer, bei einem Anbieter aus Österreich, das TiB: Sind „Flextarife“ also teurer? der eigentlichen Krux dieses dezentralen
Geschäftsführer des ist aber ein reines Nischenprodukt. Es Fischer: Es gibt hier schon Ansätze. Das Energiemodells: Es ist eine wahnsinnige
gibt eine sog. marktliche Flexibilität, die führt natürlich zu Kosten beim Kunden, Materialschlacht, sowohl in administrati-
Verbandes der Bayerischen
die Stromvertriebe wollen, und die be- die er vorher nicht hatte und die auch ver Art und Weise als auch von der Hard-
Energie- und Wasserwirt- deutet, wenn z. B. viel Solarstrom produ- exorbitant hoch sein können. Eine Tech- ware-Seite. Wenn Sie beispielsweise das
schaft e.V. – VBEW. ziert wird, dass dieser auch verbraucht nikerarbeitsstunde kostet 100 Euro und Kernkraftwerk ISAR II nehmen: Hierdurch
werden soll, da der Börsenpreis niedrig wenn die Stromrechnung im Jahr durch- wurden eine Mio. Menschen mit Strom
ist und damit die Margen gut sind. Der schnittlich 1000 Euro beträgt, dann wird versorgt und man brauchte einen Span-
Technik in Bayern: Ein Stichwort bei den Netzbetreiber andererseits lehnt dieses es schnell unwirtschaftlich. nungsregler am Generator. Heute haben
zukünftigen Stromnetzen ist „Flexibilität“, Modell ab, denn das Netz ist nicht auf wir – bei geringerer Stromproduktion –
Foto: Silvia Stettmayer
die Versorgungssicherheit scheint dage- hohe Gleichzeitigkeiten ausgelegt. Er will TiB: Für zelluläre Netze wird die Steue- 500.000 PV-Anlagen, und die brauchen
gen unantastbar. Wäre es nicht sinnvoll eine Flexibilität des Kunden, die das Netz rung mit Hilfe der Blockchain Technologie ca. drei Mio. Wechselrichter und drei
hier zu differenzieren, d.h. die Sicherheit möglichst gleichmäßig auslastet. Hier diskutiert, die aber inzwischen als Ener- Mio. Spannungsregler. Das ist für alle
abzustufen und verbraucherspezifisch zu gibt es auch im Verband keinen gemein- giefresser gebrandmarkt ist. Besteht hier toll, die daran verdienen, aber es zieht ei-
bepreisen? samen Nenner. nicht die Gefahr, dass in Summe keine nen gigantischen Aufwand nach sich. Sie
Detlef Fischer: Zugegeben, einige unserer Energie gespart wird, eher im Gegenteil? können diese Rechnung auch für Block- TiB: Welche Rolle kann die Verfügbarkeit TiB: Energie ist ja viel mehr als nur Strom.
Verbandsmitglieder befürworten eine Öff- TiB: Apropos Solarstrom: Die Einspeisung Fischer: Das ist zu befürchten, denn einer heizkraftwerke anwenden. Leider wird von Batterien der e-Autos für die Netz Warum bestimmt fast ausschließlich
nung in Richtung Flexibilität. Ich persön- aus vielen kleinen Photovoltaikanlagen ist Studie zufolge liegt der Energieverbrauch dieser unglaubliche Aufwand bei der Dis- stabilisierung spielen und was muss da- der Strom die Diskussion um die neuen
lich habe eine andere Meinung, denn in un- doch ein Paradigmenwechsel. Was sind einer einzigen Blockchain-Transaktion kussion über die Hyper-Dezentralisierung für getan werden? Energiekonzepte?
serem hochindustrialisierten Land hat sich die Probleme? bei 200 kWh, und das jetzige Modell ist vergessen. Und über Reparaturen und Fischer: Die Energiediskussion fokussiert
in den letzten 30 – 40 Jahren eine Erwar- Fischer: Ich produziere selbst Photo sicher keine Lösung. Angestoßen wurde Austausch haben wir da noch gar nicht Fischer: Meiner Meinung nach, können sich meiner Meinung fast ausschließlich
tungshaltung des Konsumenten entwic- voltaik-Strom und speise diesen teilwei- diese Diskussion durch eine gravierende gesprochen. Themen wie zelluläre Netze und Smart auf den Strom, weil es hier das EEG gibt.
kelt, die ich mit „Alles ist immer und sofort se ins Netz ein. Dafür gibt es ein zertifi- Änderung: Zur Ermittlung des Stromver- Grid in privaten Haushalten nur dann Der große Bereich (Heiz-)Wärme wird
da“ umschreiben möchte. Deshalb wird ziertes, intelligentes Messsystem für die brauchs wurde früher einmal im Jahr der Ich bin der Meinung, dass wir Systeme eine Rolle spielen, wenn es die Möglich- nicht angegangen, weil Steuerförderun-
die Gesellschaft auch beim Strom nur eine Einspeisung und den Verbrauch. Leider Stromzähler abgelesen. Das schlug für mit möglichst wenig Komponenten brau- keit der Elektroautos als bidirektionaler gen für energetische Haussanierungen
bedarfsgerechte Versorgung akzeptieren funktionierte es erstmal nur bis zum den Kunden mit 12 Euro zu Buche. Wenn chen, denn auch in der Energiewende ist Speicher gibt. Der Durchbruch der Ener- zu erheblichen Steuerausfällen führen
und deshalb bin ich der Überzeugung, das Heben von Skalierungseffekten nicht giewende wird durch die Elektromobilität könnten und beim Verkehr sehe ich die
dass die Flexibilität beim Hausanschluss verboten. gelingen, da bin ich mir ganz sicher. Angst der Politik vor dem Wähler und der
aufhören sollte. Das dezentrale Strom- Auch in der Energiewende ist das Heben von Automobilindustrie.
versorgungssystem muss so gut sein,
dass es die Anforderungen eines volatilen
Skalierungseffekten nicht verboten. TiB: Was sind die Gründe, dass die „Smart
Grids“ seit Jahren diskutiert, aber nicht
TiB: Was sind die Gründe dafür, dass wir
in Deutschland europaweit die höchsten TiB: Vielen Dank für das Gespräch.
Stromerzeugungsangebots im System, realisiert werden? Strompreise haben?
z. B. über Speicher, abfängt, damit der Ver- nächsten Software-Update und eine Vor- man heute Flextarife anbietet, die alle 15 Fischer: Auf einen Nenner gebracht kann Fischer: Wir haben in Deutschland den Das Gespräch führten Fritz Münzel und
braucher möglichst wenig merkt. Das ist ort-Wartung ist teuer und aufwändig. Da- Minuten wechseln, dann sind das jährlich man sagen, Smart Grids sind für den Kardinalfehler gemacht, dass die kom- Silvia Stettmayer
meiner Meinung nach der primäre Wunsch mit wird der Spieß umgedreht, denn als 35.000 einzelne Geschäftsvorgänge, die Privatbereich zu teuer sowie in den plette Energiewende über den Strom-
des Verbrauchers. Auch beim Gas ist das Stromkunde hatte man über Jahrzehnte abgerechnet werden müssen. Das ist Steuersystemen und den Abrechnungs- preis finanziert worden ist.
früher gängige Modell der unterbrech- nichts mit seinem Stromanbieter zu tun. ein immenser administrativer Aufwand modalitäten zu komplex. Nach der Liberalisierung des Strommark- Weitere Informationen
baren Versorgung quasi abgeschafft. Als sog. Prosumer ist man für die Funk- und finanziell mit herkömmlicher Tech- An einem einzelnen „smarten“ Kühl- tes wollte man staatliche Einflüsse ei-
Der VBEW repräsentiert seit über 100 Jahren
tionalität selbst verantwortlich und man nik nicht mehr darstellbar. Darum wird schrank verdient nur die Firma Bosch, gentlich zurückdrängen. Durch die staat- mit seinen rund 400 Mitgliedsunternehmen die
TiB: Gibt es diese neuen Geschäftsmodelle muss sich auch kümmern wollen. Diese verzweifelt nach einer automatischen denn es ist sehr aufwändig, Geräte lichen Zusatzbelastungen des Stromprei- bayerische Strom-, Gas-, Fernwärme-, Wasser-
mit flexiblen Tarifen schon und wie stellt Systeme müssen stabil sein und dürfen Methode, die kleinstteilige Geschäfts- „smart ready“ zu konstruieren. Und wie ses, sprich das EEG, ist aber genau das und Abwasserwirtschaft.
sich ein Versorger zu neuen Modellen? nur wenig kosten. Da wird es noch viel vorgänge abrechnen kann, gesucht. Und gesagt, das nächste Software-update Gegenteil passiert und dadurch ist der www.vbew.de
Fischer: Ja, es gibt flexible Tarife, z. B. Ernüchterung geben. diese „Abrechnungsflut“ ist nur ein Teil kommt bestimmt. Markt kaputtgegangen.
14 Technik in Bayern 04/2020 Technik in Bayern 04/2020 15
SCHWERPUNKT SCHWERPUNKT
Ein Blick nach vorne Auswirkung des Strombedarfs und des
Emissionsfaktors von Strom in der Batte-
Klimabilanz von
riefertigung auf die Treibhausgas (THG)-
Emissionen der Batterieproduktion [3]
Elektrofahrzeugbatterien hebliche Verbesserungspotenziale durch
Energieeffizienz und Erneuerbare Energien
bestehen. Die Bewertung von Klima-
schutzmaßnahmen wie Elektrofahrzeu-
gen, die in einem zukünftigen Energie-
M
it 27 % war der Verkehrssektor „Ressourcensicht auf die Energiezukunft“, Batteriefertigung von knapp 50 kWh je system interagieren, kann somit nicht nur
im Jahr 2016 für einen Großteil das durch die Stiftung Energieforschung produzierter kWh Batteriekapazität [7] aus heutiger Sicht erfolgen, sondern soll-
der energiebedingten CO2-Emis- Baden-Württemberg und die Hans und sowie einen Emissionsfaktor von Strom te eine zukünftige Perspektive über den
sionen in Deutschland verantwortlich Klementia Langmatz Stiftung gefördert von 0,9 kg CO2-Äq./kWh. Dieser spiegelt gesamten Lebenszyklus berücksichtigen.
[1]. Vor dem Hintergrund, dass die Emis- wird, intensiv mit der Ressourcen- und den Anteil der batterieproduzierenden
sionen im Verkehr in den letzten Jahren Klimawirkung von Elektrofahrzeugbatte- Regionen nach [8] wider und wird mit ei- Anika Regett, M.Sc. und
stagnieren [1], gewinnt die Elektromobili- rien über den gesamten Lebenszyklus nem Anteil von knapp 50 % durch China Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch
tät für die Erreichung der Klimaziele zu- beschäftigt. Im Folgenden wird ein kurzer dominiert. Forschungsstelle für Energiewirtschaft
nehmend an Bedeutung. Jedoch werden Überblick über mögliche Potenziale in der Es zeigt sich, dass der Strombedarf in der (FfE) e.V.
die Vorteile von Elektrofahrzeugen im Produktion- und Nutzungsphase gegeben, Batteriefertigung (inklusive Zellen) mit
Betrieb, die sich aus der höheren Effizienz welcher auf den detaillierten Analysen in ca. 40 % einen großen Anteil an der Klima-
des Antriebsstranges ergeben, derzeit [2], [3] und [5] basiert. bilanz hat. Der spezifische Strombedarf fahrzeugen im Betrieb führt. Dies wird duktion des Emissionsfaktors von Strom Literatur
durch den Energieaufwand und den kriti- und die Emissionsintensität des verwen- anhand des in der Abbildung links darge- gemäß des Dynamis-Startszenarios [10] [1] Pichlmaier,S.etal.:DevelopmentofApplication-
schen Rohstoffbedarf in der Batterie- Großes Verbesserungspotenzial durch deten Stroms hängen jedoch stark von stellten Vergleichs von konventionellen Berücksichtigung findet. Wie das Szenario Related Emissions in the Course of the Ger-
man Energy Transition. In: IEWT 2019 11. In-
produktion geschmälert [2]. Energieeffizienz und Erneuerbare Ener- dem Maßstab und der Energieversorgung Verbrennungsfahrzeugen und batterie- einer Anschaffung im Jahr 2030 zeigt,
ternationale Energiewirtschaftstagung. Wien:
Wie in [3] aufgezeigt, wird die Klimabilanz gien in der Produktion der Produktionsanlage ab. Somit lässt elektrischen Fahrzeugen der Kompakt- ist zukünftig mit einer weiteren Verbesse- TU Wien, 2019.
von Batterien derzeit kontrovers disku- Unter Berücksichtigung der in [3] und dem sich, wie in der Abbildung rechts darge- klasse deutlich. rung der Klimabilanz zu rechnen. Zudem [2] Regett, A. et al.: Environmental Impact of
Electric Vehicles: Potential of the Circular
tiert. Ausgelöst wurde die Debatte durch dazugehörigen Begleitdokument doku- stellt, der CO2-Fußabdruck der Batterie- Unter Annahme der in [5] dokumentier- kann der Vorteil des Elektrofahrzeugs, Economy. In: Der Antrieb von morgen 2019 (S.
die Metastudie eines schwedischen In- mentierten Annahmen und Daten ergeben produktion mit einer zunehmenden Be- ten Eingangsdaten und Rahmenbedin- wie in [5] aufgezeigt, durch ein optimier- 121-140). Wiesbaden: Springer Vieweg, 2019.
[3] Regett, A. et al.: Klimabilanz von Elektrofahr-
stituts [4]. Dieser folgte eine Vielzahl an sich für die Batterieproduktion energiebe- reitstellung des Stroms aus Erneuerbaren gungen, schneidet das Elektrofahrzeug tes Lademanagement weiter verstärkt
zeugen – Ein Plädoyer für mehr Sachlichkeit.
Studien und Artikeln, welche je nach An- dingte Treibhausgas (THG)-Emissionen Energien um fast die Hälfte reduzieren. (Batteriekapazität: 35,8 kWh) in allen werden. München: Forschungsstelle für Energiewirt-
nahmen und Rahmenbedingungen zum in Höhe von 106 kg CO2-Äq. je kWh pro- Weiterhin zeigt diese Sensitivitätsana- gezeigten Fällen nach weniger als fünf schaft e.V., 2018.
[4] Romare, M.; Dahllöf, L.: The Life Cycle Energy
Teil zu gegensätzlichen Ergebnissen duzierter Batteriekapazität. Dieser Wert lyse, dass die Klimabilanz der Batterie Jahren besser ab als das Benzin- bzw. Fazit Consumption and Greenhouse Gas Emissi-
kommen. Um für mehr Sachlichkeit in der gilt für ein Lithium-Ionen-Batteriesystem wesentlich schlechter ausfällt, wenn der Dieselfahrzeug. Diesen Ergebnissen liegt Zur Erreichung der Klimaziele stellen ons from Lithium-Ion Batteries – A Study with
Diskussion zu sorgen, hat sich die FfE mit einer Nickel-Mangan-Kobalt (NMC)- Strombedarf von Pilotanlagen angesetzt eine Jahresfahrleistung von 13 257 km Elektrofahrzeuge einen wichtigen Bau- Focus on Current Technology and Batteries
for light-duty vehicles. Stockholm: IVL Swe-
München im Rahmen des Projekts Kathode [6], einen Strombedarf für die wird und nicht, wie in der vorliegenden nach [9] zugrunde. Weiterhin gilt es zu be- stein im zukünftigen Energiesystem dar. dish Environmental Research Institute, 2017.
Analyse, auf aktuellere Daten für industri- achten, dass die dargestellten zehn Jahre Aufgrund des Ressourcen- und Energie- [5] Fattler, S.; Regett, A.: Environmental Impact of
Electric Vehicles: Influence of Intelligent Char-
Benziner elle Anlagen zurückgegriffen wird. Diese den Mindestanforderungen nach [8] ent- bedarfs der Batterie ist der CO2-Fußab- ging Strategies. In: Grid Integration of Electric
25
Diesel
Elektrofahrzeug (DE 2020 konstant)
Ergebnisse verdeutlichen, dass zukünftig sprechen, in der Praxis jedoch von länge- druck für die Produktion eines batterie- Mobility 2019; München: Forschungsstelle für
Elektrofahrzeug (DE 2020-2029)
ein großes Potenzial zur Reduktion des ren Lebensdauern auszugehen ist. elektrischen Fahrzeugs zunächst höher Energiewirtschaft e. V., 2019.
Elektrofahrzeug (DE 2030-2039) [6] BatPac Version 3.1. Lemont: Argonne Natio-
CO2-Fußabdrucks durch Energieeffizienz als der eines Verbrennungsfahrzeugs. nal Laboratory (ANL), 2017.
20
Treibhausgasemissionen in t CO -Äq.
und den Einsatz Erneuerbarer Energien in Die Analyse verdeutlicht zudem, dass Dieser Mehraufwand wird jedoch bereits [7] Dai, Q. et al.: Update of Life Cycle Analysis
2
of Lithiumion Batteries in the GREET Model.
der Batterieproduktion besteht. sich die sogenannte Amortisationsdauer nach wenigen Jahren durch die größere
15 Lemont: Argonne National Laboratory (ANL),
erheblich nach vorne verschiebt, wenn die Effizienz des Elektrofahrzeugs im Be- 2017.
Die Transformation des Energiesystems zukünftige Verbesserung des Emissions- trieb ausgeglichen. Ab diesem Zeitpunkt [8] Thielmann, A. et al.: Energiespeicher-Roadmap
10 (Update 2017) – Hochenergie-Batterien 2030+
führt zu einer zunehmenden Verbesse- faktors von Strom über die Betriebszeit führt der Vorteil des Elektrofahrzeugs in und Perspektiven zukünftiger Batterietech-
rung der Klimabilanz berücksichtigt wird. So reduziert sich die der Nutzungsphase mit jedem weiteren nologien. Karlsruhe: Fraunhofer-Institut für
System- und Innovationsforschung ISI, 2017.
5
Und auch in der Nutzungsphase müs- Amortisationsdauer des Elektrofahrzeu- gefahrenen Kilometer zu einer Verbesse-
Bildquellen: FfE
[9] Kurzbericht – Verkehr in Kilometern, Jahr 2017.
sen zukünftige Entwicklungen in die Be- ges beispielsweise von 3,3 auf 2,9 Jahre rung der relativen Klimabilanz gegenüber Flensburg: Kraftfahrt-Bundesamt, 2018.
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
wertung der Klimabilanz einfließen, da im Vergleich zu einem Benziner, wenn der einem Diesel- oder Benzinfahrzeug. [10] Böing, F.; Regett, A. (2019). Hourly CO2 Emis-
sion Factors and Marginal Costs of Energy
Betriebsjahr beispielsweise der zunehmende Ausbau Strommix aus dem Jahr 2020 nicht als Carriers in Future Multi-Energy Systems. En-
Klimawirksamkeit von Verbrennungs- und batterieelektrischen Fahrzeugen der Erneuerbarer Energien zu einer weiteren über die Betriebsdauer konstant ange- Der Blick nach vorne zeigt, dass sowohl ergies, 12(12), 2260, 2019.
Kompaktklasse in Abhängigkeit des Betriebsjahres und des geladenen Stroms [5] Verbesserung des Vorteils von Elektro- setzt wird, sondern stattdessen die Re- in der Produktion als auch im Betrieb er-
16 Technik in Bayern 04/2020 Technik in Bayern 04/2020 17
SCHWERPUNKT
Neue Energieversorgung an der Universität Bayreuth
Gesamtenergiekonzept für die
innovative Kälte- und Wärme-
versorgung
D
ie Energieversorgung der Uni- förderten Gesamtenergiekonzepts vom Als Ergebnis aus dem integrierten
versität Bayreuth wird durch die IfE vollumfänglich analysiert. Gesamtenergiekonzept wurde eine zwei-
örtlichen Stadtwerke derzeit kom- Die Grundlage für das Energiekonzept stufige Vorgehensweise ermittelt:
plett umgebaut und unter anderem auch bildet die Analyse des weitläufigen Netz- Bild 1: Das im Jahr 2019
umgesetzte Erdgas-Block-
ein innovatives KWK-System umgesetzt. systems für die Wärme- und Kälteversor- 1. U
mbau und Modernisierung
heizkraftwerk in der WKZ
Grundlage für den zukunftsweisenden gung. Das Gelände der Universität Bay- der WKZ SÜD Süd mit 450 kW elektrischer
Umbau der gesamten Wärme- und Kälte- reuth wird aus zwei Wärme-Kälte-Zentralen Als wirtschaftlichste Variante wurden in Leistung
erzeugung war ein integrales Gesamt- (WKZ Nord und WKZ Süd) versorgt, die der WKZ Süd zwei neue Erdgas-Block-
energiekonzept, welches von den Stadt- die Stadtwerke Bayreuth betreiben. Die heizkraftwerke mit einer elektrischen
werken Bayreuth und dem Institut für En- Versorgung des Universitätsgeländes Leistung von je 450 kW, ein Erdgaskessel tungsbereich von 1 bis 10 MW liegen. Der Universitätsgeländes. Dieses iKWKS setzt und Kälteversorgung der Universität Bay-
ergietechnik IfE GmbH an der Ostbayeri- wird über drei verschiedene Temperatur- sowie eine Power-to-Heat-Anlage umge- innovative Wärmeerzeuger muss dabei sich aus einem Erdgas-Blockheizkraft- reuth wird als Grundlage genutzt, um
schen Technischen Hochschule Amberg- stufen in unterschiedlichen Netzsträngen setzt. Diese Aggregate sind auch für die eine Jahresarbeitszahl von mindestens werk mit einer elektrischen Leistung von übergeordnet eine Steuer- und Regel-
Weiden mit einer Förderung durch das sichergestellt. Die beiden Wärmenetze Notversorgung des ökologisch botani- 1,25 erreichen. Als innovativer Wärme- 3,3 MW und einer thermischen Leistung strategie zu entwickeln. Hierbei muss zu-
bayerische Wirtschaftsministerium aus- werden bei 50°C bzw. 90°C Vorlauftem- schen Gartens ausgelegt und bis zum No- erzeuger können z. B. Solarthermie-Anlagen von 3,1 MW, einer Hochtemperatur-Luft- sätzlich berücksichtigt werden, dass die
gearbeitet wurde. Nach Abschluss der peratur betrieben. Wobei letzteres haupt- vember 2019 umgesetzt worden. Diese oder Wärmepumpen verwendet werden. Wasser-Wärmepumpe im Leistungsbe- Vorgaben für die Förderung des iKWKS
Umbauarbeiten im Jahr 2022 wird die sächlich in den Wintermonaten betrieben Maßnahme wurde von der Fachzeitschrift Des Weiteren muss ein elektrischer Wär- reich von ca. 1,3 MWth und den bereits eingehalten werden. Eingebunden in die-
Energieversorgung gegenüber dem Stand wird. Der jährliche Gesamtwärmebedarf Energie & Management als BHKW des meerzeuger für die flexible Fahrweise des bestehenden Elektrodenkesseln zusam- ses System werden die drei vorhandenen
vor dem Energiekonzept jährlich rund dieser beiden Wärmenetze liegt bei rund Monats Februar 2020 ausgezeichnet. iKWK-Systems vorhanden sein. Die Kom- men. Zur Abdeckung kurzzeitiger Spitzen Pufferspeicher mit einem Volumen von
4.200 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr ein- 27.000 MWh. Die Kälteversorgung erfolgt ponenten eines iKWKS müssen laut den im Wärmbedarf werden die bestehenden je 800 m³. Je ein Pufferspeicher wird für
sparen und somit einen erheblichen Bei- bei einer Temperatur von 6°C mit einem 2. Erweiterung der WKZ Nord Förderbedingungen übergeordnet gesteuert Erdgaskessel weiterhin verwendet. eines der drei Netze genutzt. Der Strom-
trag zum Klimaschutz leisten. jährlichen Kältebedarf von rund 6.000 In der WKZ Nord wird, als wirtschaftlichste und geregelt werden können. Durch diese handel an der Börse sowie die Regel-
MWh. Bisher wurde der Energiebedarf Variante, ein innovatives KWK-System gemeinsame Steuerung kann die Strom- Intelligente Wärme- und energiebereitstellung sollen ebenfalls
Gesamtenergiekonzept hauptsächlich mit Erdgaskesseln und zusätzlich zu den Kältemaschinen und und Wärmenutzung bedarfsgerecht gere- Kälteerzeugung mit iKWKS in das System integriert werden und
Um eine ökologische und ökonomische Kompressionskältemaschinen gedeckt. den Erdgaskesseln umgesetzt. Der vor- gelt werden. Aufbauend auf das iKWKS soll für die Wär- Zusatzerlöse generieren. Die Komponen-
Energieversorgung der Universität Bay- Zusätzlich waren in der WKZ Süd zwei handene Elektrodenkessel wird in das Um eine Zuschlagszahlung für ein iKWK- me- und Kälteversorgung des gesamten ten werden so ausgelegt, dass Sie für
reuth zu sichern, wurde die Wärme- und ältere Blockheizkraftwerke installiert, die iKWKS integriert und zukünftig weiter System zu erhalten, muss erfolgreich an Geländes im Rahmen eines Forschungs- die Regelenergievermarktung genutzt
Kälteversorgung im Rahmen eines vom aber nur für die Notversorgung des öko- betrieben. Die Erweiterung der WKZ einem Ausschreibungsverfahren teilge- projektes der Stadtwerke Bayreuth und werden können. Zukünftige vergütete
bayerischen Wirtschaftsministerium ge- logisch botanischen Gartens eingesetzt Nord ist aktuell in der Umsetzung und nommen werden. Die maximale Zu- des Instituts für Energietechnik IfE GmbH Systemdienstleistungen für die Stadtwerke
wurden. soll in der ersten Jahreshälfte 2021 ab- schlagsdauer liegt bei max. 45.000 Voll- an der Ostbayerischen Technischen Hoch- sollen in das System integriert werden.
Aufbauend auf die Datenerfassung und geschlossen werden. benutzungsstunden. Je Kalenderjahr wird schule Amberg-Weiden sowie dem Stein-
Auswertung wurde geprüft, in welcher der Zuschlag jedoch nur für max. 3.500 beis-Transferzentrum ATEV Bayreuth ein Als Regelkomponenten eingebunden wer-
Form hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopp- Das iKWK-System Vollbenutzungsstunden gezahlt, was die System entwickelt werden, mit dem alle den in dieses System alle Komponenten
lung oder andere innovative und klima- Ein innovatives KWK-System sind laut ge- bedarfsgerechte und flexible Fahrweise Komponenten in einer systemdienlichen des iKWKS (Blockheizkraftwerk, Wärme-
schonende Technologien eingesetzt wer- setzlicher Definition energieeffiziente und des iKWKS unterstützen soll. Fahrweise optimiert werden. pumpe und Elektrodenkessel), sowie die
den können. Die Dimensionierung der ver- treibhausarme Systeme, in denen KWK- Den Hauptbestandteil des neuen Ver- Durch diese systemdienliche Fahrweise vorhandenen Blockheizkraftwerke und
Fotos: Stadtwerke Bayreuth
schiedenen Energieversorgungsvarianten Anlagen mit innovativen erneuerbaren sorgungssystems an der Universität soll Strom marktorientiert produziert wer- die Erdgaskessel.
wurde an den ermittelten Energiebedarf Wärmeerzeugern kombiniert werden. Das Bayreuth bildet ein solches innovatives den, aber auch für Lastschwankungen
angepasst. Für die Bewertung der Wirt- System erzeugt bedarfsgerecht KWK- KWK-System (iKWKS) das nach den Be- im Stadtwerkenetz genutzt und netzsta- Matthias Koppmann, M.Eng.
schaftlichkeit wurde für alle Energieversor- Strom und Wärme sowie Wärme aus er- dingungen des KWK-Gesetzes aufge- bilisierend eingesetzt werden. Das reale Institut für Energietechnik IfE GmbH
Auf dem Gelände der WKZ Nord wird das gungsvarianten eine Vollkostenrechnung neuerbaren Energien. Die hocheffiziente baut und betrieben wird. Die Umsetzung Betriebsverhalten des innovativen KWK- Ostbayerische Technische Hochschule
iKWK-System umgesetzt durchgeführt. KWK-Anlage muss im elektrischen Leis- in Bayreuth erfolgt in der WKZ Nord des Systems als Teil der gesamten Wärme- Amberg-Weiden
18 Technik in Bayern 04/2020 Technik in Bayern 04/2020 19Sie können auch lesen
