04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik
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Item Open Access Entwicklung und Anwendung eines Integrated Assessment Modellinstrumentariums für die Analyse nachhaltiger Entwicklungen der Energieversorgung in Deutschland : Schlussbericht(2004) Fahl, Ulrich; Bickel, Peter; Blesl, Markus; Droste-Franke, Bert; Ellersdorfer, Ingo; Rehrl, Tobias; Remme, Uwe; Rout, Ullash Kumar; Voß, AlfredZiel des Forschungsvorhabens ist es, ein Integrated Assessment Modellinstrumentarium zu entwickeln und für die Analyse nachhaltiger Entwicklungen der Energieversorgung in Deutschland im globalen und europäischen Kontext anzuwenden. Das Modellinstrumentarium setzt sich aus vier Bausteinen zusammen. Zur Beurteilung der ressourcenbezogenen Effekte der globalen wie regionalen Nachfrage nach Primärenergieträgern ist das neu entwickelte Ressourcenmodell LOPEX an das Allgemeine Gleichgewichtsmodell NEWAGE-World gekoppelt worden. Auf der Basis der mit NEWAGE ermittelten weltweiten regionalisierten Nachfragen nach Energieträgern werden mit LOPEX Produktions- und Abbaupfade sowie Preispfade für die Energieträger Erdöl, Erdgas und Steinkohle abgeschätzt. Zum anderen wird durch die Anbindung des Umwelt Wirkungsmodells EcoSense an das europäische Energiesystemmodell TIMES-ES, das Deutschland und seine Nachbarstaaten hinsichtlich der gesamten Energieflüsse von den Energiedienstleistungen bis zur Primärenergiebereitstellung und die dabei entstehenden Emissionen erfasst, eine effiziente und zuverlässige Bewertung von Emissionsminderungsstrategien unter Berücksichtigung externer Effekte und Nachhaltigkeitsindikatoren auf europäischer Ebene ermöglicht.Item Open Access Bestandsanalyse der Kraft-Wärme-Kopplung in der Bundesrepublik Deutschland : Endbericht ; Gutachten im Auftrag des Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie(2001) Blesl, Markus; Fahl, Ulrich; Voß, AlfredMit der Verabschiedung des Energiewirtschaftsgesetzes und der Liberalisierung des Strommarktes haben sich die Wettbewerbsbedingungen für die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) grundlegend geändert. Gleichzeitig wird in Deutschland eine weitere Reduktion der energiebedingten CO2-Emissionen angestrebt. In diesem Zusammenhang wird von einem weiteren Ausbau der KWK ein wesentlicher Zielerreichungsbeitrag erwartet. Als mögliches Förderinstrument zum KWK-Ausbau wird insbesondere ein Quoten-(handels-)modell für Strom aus KWK-Anlagen diskutiert. Damit wird es notwendig, Zertifizierungskritierien festzulegen, die die Einbeziehung der unterschiedlichen KWK-Techniken regeln, sowohl im Anlagenbestand als auch beim Neubau. Im Zusammenhang mit der angestrebten CO2-Minderung sind somit für den KWK-Anlagenbestand, der alleine im Rahmen des Gutachtens betrachtet wird, insbesondere dessen Einordnung hinsichtlich der damit verbundenen Energieeinsparung und CO2-Minderung sowie hinsichtlich der Wettbewerbsfähigkeit im liberalisierten Strommarkt von Interesse. Diese drei Themenblöcke stehen damit auch im Zentrum des vorliegenden Gutachtens. Auf der Basis der IER-Kraftwerks-Bestands-Datenbank (Abschnitt 2) und den darin erfassten Typen von KWK-Anlagen (Abschnitt 3) wird für die Situation im Jahr 1999 die KWK-Stromerzeugung ermittelt (Abschnitt 4). Darauf aufbauend erfolgt eine Auswertung des Betriebs des KWK-Anlagenbestandes im Jahr 1999 hinsichtlich Energieeffizienz (Abschnitt 5), den damit verbundenen CO2-Emissionseinsparungen (Abschnitt 6) und der Wettbewerbsfähigkeit der bestehenden KWK-Anlagen im liberalisierten Strommarkt (Abschnitt 7).Item Open Access Global resources and energy trade : an overview for coal, natural gas, oil and uranium(2007) Remme, Uwe; Blesl, Markus; Fahl, UlrichDespite efforts to improve energy effi-ciency and increase the usage of re-newable energy carriers, fossil fuels and nuclear energy will continue to be im-portant sources of global energy supply for the coming decades. Present global oil and gas supply is characterized by a concentration of production in a few world areas, mainly the Middle East and the Former Soviet Union, and a transport from these regions to the industrialized countries. Depletion of conventional reserves, especially oil, in combination with a surge for energy in emerging economies, as China and India, how-ever, is expected to change this picture in the future: unconventional resources in other world regions may be exploited to cover the surge energy demand, infrastructure for energy transport along new routes may have to be established. To provide a data base for such ques-tions, this report gives an overview of the current global resource situation for coal, natural gas, oil and uranium. In the first part, an assessment of the con-ventional and unconventional reserves and resources as well as their supply costs is given for the different regions of the world. The second part describes the current energy trade infrastructure between world regions and estimates the costs for existing and new trade links between these regions.Item Open Access Räumlich hoch aufgelöste Modellierung leitungsgebundener Energieversorgungssysteme zur Deckung des Niedertemperaturwärmebedarfs(2002) Blesl, Markus; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)Flächenmodelle bieten einen methodischen Ansatz für die räumlich hoch aufgelöste Modellierung des Aufbaus, des Ausbaus und der Verdichtung bestehender Nah-/Fernwärmenetze. Durch die Verknüpfung der geographischen Informationen der Netzflußmodelle mit dem prozeßanalytischen Aspekt von Energiesystemmodellen ist eine hinreichende Beschreibung der Realität im Modell möglich. Bei der mathematischen Modellbeschreibung wurde sowohl die Fixkostenproblematik als auch die leistungsabhängige Kostendegression leitungsgebundener Versorgungssysteme und Energieerzeugungsanlagen berücksichtigt. Hierfür wurde einerseits die gemischt ganzzahligen Optimierung und andererseits die separable Optimierung in die Modellformulierung integriert. Da Flächenmodelle als Mehrperiodenmodelle konzipiert sind, können Veränderungen der Energiepreise, des Wärmebedarfs, der Energietechnik und der politischen Rahmenbedingungen berücksichtigt werden. Durch die Optimierung von Flächenmodellen kann das wirtschaftliche Potential der unterschiedlichen Wärmeversorgungssysteme gebietsspezifisch bestimmt werden. Ergebnisse der Modellrechnung können z. B. dazu verwendet werden, straßenabschnittsscharf geeignete Objekte für die Verdichtung oder geeignete Randobjektgruppen für den peripheren Ausbau von Fernwärmenetzen zu bestimmen. Untersuchungen exemplarischer Nah- und Fernwärmeversorgungsfälle anhand einer modifizierten Siedlungstypmethode haben gezeigt, daß auch unter den heutigen Rahmen- und Randbedingungen wirtschaftliche Potentiale für den Ausbau der Nah-/Fernwärmeversorgung existieren. Die Größe dieser Potentiale werden von einer Reihe von Hemmnissen beeinflußt. Hierbei spielt der Erschließungszeitpunkt und -zeitraum, der Anschlußgrad und die Reduktion des Wärmeverbrauchs eine entscheidende Rolle. Werden für die Wärmeerzeugung KWK-Anlagen eingesetzt, so sind die erzielbare Stromerlöse ein weiterer wesentlicher Einflußfaktor.Item Open Access Energieverbrauchsprognose für Bayern : CO2-Vermeidungskosten; Ergänzung des Gutachtens; erstellt im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Verkehr und Technologie(2001) Blesl, Markus; Fahl, Ulrich; Voß, AlfredAufbauend auf den Ministerratsbeschluß vom 14. Juli 1998, wonach der Standortsicherungsplan für Wärmekraftwerke anläßlich der anstehenden Fortschreibung des Landesentwicklungsprogramms Bayern (LEP) überarbeitet und dem Landtag zur Zustimmung vorgelegt werden sollte, hatte das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Verkehr und Technologie an das Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart die Erstellung eines Gutachtens „Energieverbrauchsprognose für Bayern“ in Auftrag gegeben. Das Gutachten wurde im Mai 2000 fertiggestellt. In dem Basisszenario des Gutachtens ergibt sich, dass die energiebedingten CO2-Emissionen in Bayern im Jahr 2005 mit 84,4 Mio. t wieder nahezu das selbe Emissionsniveau wie im Jahr 1990 (84,5 Mio. t) erreichen. Danach ergibt sich dann im Basisszenario eine Verminderung der energiebedingten CO2-Emissionen um ca. 1,7 % gegenüber 1990 bis zum Jahr 2010 auf dann 83,0 Mio. t. Zwischenzeitlich wurde das Klimaschutzkonzept der bayerischen Staatsregierung vorgestellt, in dem das bayerische Klimaschutzziel wie folgt formuliert ist: Es wird eine Verminderung der Gesamt-CO2-Emissionen in Bayern von derzeit (1997) rund 90 Mio. t bis zum Jahr 2010 auf einen Wert von 80 Mio. t pro Jahr angestrebt. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, wie die Deckungslücke in Höhe von rund 3 Mio. t CO2 geschlossen werden kann, die sich aus einem Vergleich des bayerischen Klimaschutzziels mit dem Ergebnis des Basisszenarios der Energieverbrauchsprognose für das Jahr 2010 ergibt. In diesem Zusammenhang nehmen in der energiepolitischen Diskussion Maßnahmen für eine verstärkte Nutzung der erneuerbaren Energiequellen eine breiten Raum ein. Unabhängig von dem letztendlich notwendigen Umfang der CO2-Minderung kommt bei der Formulierung von energiepolitischen Strategien und Konzepten zur Erreichung einer klimaverträglichen Energieversorgung der Differenzierung zwischen dem technisch Möglichen, dem wirtschaftlich Machbaren und dem ökologisch Effizienten eine besondere Bedeutung zu. Rein technisch gesehen stehen uns zumindest auf längere Sicht sehr weitgehende CO2-Minderungsmöglichkeiten zur Verfügung. Aber nicht alles was technisch machbar ist, ist auch wirtschaftlich darstellbar und schon gar nicht effizient im Sinne der Nutzung knapper verfügbaren Ressourcen zur Vermeidung von Klimaveränderungen. In Anbetracht der begrenzten Ressourcen bzw. Aufwendungen, die zur Minderung der CO2-Emissionen zur Verfügung stehen und um möglichst schnell wirksam werdende Minderungen zu erreichen, kommt Kosten-Nutzen-Überlegungen eine besondere Bedeutung zu, auch um die Volkswirtschaft angesichts der gewaltigen Umstrukturierungsaufgabe der Energieversorgung nicht unvertretbar zu belasten. Dieser Grundgedanke ist auch bei der Einordnung der Möglichkeiten und Grenzen der verstärkten Nutzung der erneuerbaren Energiequellen zur CO2-Minderung in Bayern zu befolgen. Vor diesem Hintergrund ist es Ziel des Ergänzungsgutachtens, die aus einer volkswirtschaftlichen Perspektive für den heutigen Stand der Technik ermittelten CO2-Vermeidungskosten einer verstärkten Nutzung erneuerbarer Energiequellen in Bayern denjenigen gegenüber zu stellen, die sich bei Maßnahmen beim baulichen Wärmeschutz bzw. bei der Heiztechnik ergeben. Damit werden grundlegende Informationen für eine Einordnung und Bewertung der betrachteten CO2-Minderungsmaßnahmen bereitgestellt.Item Open Access Kraft-Wärme-Kopplung im Wärmemarkt Deutschlands und Europas : eine Energiesystem- und Technikanalyse(2014) Blesl, Markus; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)Im Wärmemarkt stehen seit Jahren unterschiedlichste Wärmeversorgungstechnologien auf Basis fossiler und erneuerbarer Energieträger, sowie Strom und Fernwärme untereinander als auch mit Einsparoptionen im Wettbewerb. Ein Großteil des Endenergieverbrauchs in Deutschland und der EU27 wird heute und zukünftig für die Deckung der Wärmenachfrage aufgewendet. Der Wärmemarkt steht damit im Fokus energiepolitischer und –wirtschaftlicher Fragestellungen. Ziel der Ausführungen ist es, mögliche Einflussfaktoren auf den Wärmemarkt in Deutschland und Europa zu analysieren. Die Auswirkungen hinsichtlich der Struktur der eingesetzten Energieträger und Technologien bis zum Jahr 2050 werden untersucht. Ein Schwerpunkt wird hierbei auf die Untersuchung der Rolle der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und Fernwärme gelegt. Die Bewertung der KWK und Fernwärme und deren Vergleich zur getrennten Erzeugung hängen von der gewählten Versorgungsaufgabe ab. Entsprechend werden unterschiedliche Rangfolgen gekoppelter und ungekoppelter Wärmeversorgungstechnologien bei einer Analyse mit Hilfe von CO2-Vermeidungskosten, der ganzheitlichen Bilanzierung und einer para-metrisierten Versorgungsaufgabe ermittelt. Für die Beurteilung der energetischen, umweltseitigen und kostenseitigen Implikationen un-terschiedlicher Versorgungssysteme im Wärmemarkt wird eine detaillierte länderspezifische Untersuchung mittels einer Energiesystemanalyse durchgeführt. Hierfür wird das paneuropäi-sche Energiesystemmodell TIMES PanEU entwickelt, in welchem sowohl länderspezifische und sektoral differenzierte Versorgungstechnologien des Wärmemarktes als auch die beste-henden Versorgungsstrukturen modelliert sind. Die Entwicklung der Wärmenachfrage auf Nutzenergieebene wird basierend auf Simulationsergebnissen vorgegeben. So reduziert sich beispielsweise der spezifische Wärmebedarf des Gebäudebestandes in Deutschland bis zum Jahr 2050, trotz regulatorischer Vorgaben z. B. hinsichtlich des Gebäudestandards sowie de-ren Fortschreibung, aufgrund der aktuellen energetischen Sanierungszyklen und -quoten le-diglich auf Neubaustandard des Jahres 2007. Die Ergebnisse der Szenarienanalysen mit dem Energiesystemmodell TIMES PanEU zeigen, dass fossile Energieträger in wesentlich größerem Maße als Elektrowärmeanwendungen und der Einsatz von erneuerbaren Energien im Wärmemarkt von politischen Vorgaben (z.B. einem Treibhausgasminderungsziel) beeinflusst werden. Die Rolle der Fernwärme wird in erheblicher Weise dadurch bestimmt, ob diese quasi CO2-frei erzeugt werden kann. Optionen hierfür bestehen in Form von KWK-Anlagen auf Basis fossiler Energieträger mit CO2-Abscheidung und Speicherung, auf Basis von Geothermie oder Biomasse sowie durch Wärmepumpen und Solarthermie. Das technische und wirtschaftliche Potenzial dieser Erzeugungsoptionen ist ein limitierender Faktor für den Ausbau der Fern- und Nahwärmeversorgung in Deutschland.Item Open Access Energieprognose Bayern 2030(2007) Fahl, Ulrich; Rühle, Bastian; Blesl, Markus; Ellersdorfer, Ingo; Eltrop, Ludger; Harlinghausen, Diana-Claudia; Küster, Robert; Rehrl, Tobias; Remme, Uwe; Voß, AlfredIm Gutachten „Energieprognose Bayern 2030“ wird untersucht, wie sich die erfolgten Veränderungen der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen auf die Entwicklung von Energieversorgung und -anwendung in Bayern auswirken und welche Folgen dies wiederum auf die Entwicklung der energiebezogenen Emissionen haben wird. Damit sollen Daten und Analysen vorgelegt werden, die eine belastbare Basis für die Ausgestaltung der energiepolitischen Rahmenbedingungen in Bayern darstellen, die sich an den Zielen einer sicheren, wirtschaftlichen, umwelt- und nachweltverträglichen, d. h. dem Leitbild der „nachhaltigen Entwicklung“ entsprechenden Energieversorgung orientiert, so dass sowohl die ökonomischen als auch die ökologischen Anforderungen an die Energieversorgung bestmöglich erfüllt werden können.Item Open Access Einbindung des ECOLOG-Modells "E3Net" und Integration neuer methodischer Ansätze in das IKARUS-Instrumentarium (ECOLOG II)(1998) Schaumann, Peter; Blesl, Markus; Böhringer, C.; Fahl, Ulrich; Kühner, R.; Läge, E.; Molt, S.; Schlenzig, Christoph; Stuible, Achim; Voß, AlfredZiel des Forschungsvorhabens „Einbindung des ECOLOG-Modells ‘E³Net’ und Integration neuer methodischer Ansätze in das IKARUS-Instrumentarium (ECOLOG II)' war es, veschiedene Modellbildungsansätze und Werkzeuge für die energiewirtschaftliche Analyse zu einem Instrumentarium zusammenzufügen. Dazu wurde auf die Projekte IKARUS „Instrumente für Klimagasreduktionsstrategien' und ECOLOG „Entwicklung eines Computermodells mit linearer Optimierung zur Abbildung eines regionalisierten Energiesystems am Beispiel Gesamtdeutschlands' aufgebaut. Das Projekt ECOLOG II umfaßt Weiterentwicklungen in den folgenden sechs Aufgabenbereichen: (1) Integration von E³Net in das IKARUS-Instrumentarium; (2) Nichtlineare Modellansätze für E³Net; (3) Makroökonomische Erweiterung von E³Net; (4) Entwicklung und Anwendung eines multisektoralen Energiewirtschaftsmodells NEWAGE; (5) Entwicklung eines Simulationsansatzes für Energiesystemmodelle PlaNet; (6) Erweiterung der Analysemöglichkeiten von NetWork. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden eine Kopplung der FIZ-Technik-Datenbank an die Datenbank NetWork, eine Verbindung der FIZ-LP-Datenbank mit NetWork, eine Überführung des IKARUS-LP-Datensatzes in eine Fallstudie für das optimierende Energiesystemmodell E³Net, ein optimierendes Energiesystemmodell mit preiselastischer Nachfrage E³Micro, ein Gleichgewichtsmodell NEWAGE, das prototypisch ein prozeßtechnisches Energieversorgungsmodell in ein übergeordnetes gesamtwirtschaftliches Modell integriert, ein Simulationsmodell PlaNet sowie ein Netzwerkdesigner und -analyst (NDA) realisiert und durch exemplarische Fallstudien, die im Kontext des IKARUS-Instrumentariums stehen, getestet.Item Open Access Entwicklungsstand und Perspektiven der Elektromobilität : Endbericht(2009) Blesl, Markus; Bruchof, David; Hartmann, Niklas; Özdemir, Enver Doruk; Fahl, Ulrich; Eltrop, Ludger; Voß, AlfredIm Rahmen dieser Studie wird untersucht, inwiefern die verschiedenen denkbaren Antriebsvarianten aus dem Bereich der Elektromobilität einen ökonomisch und ökologisch sinnvollen Beitrag zur Senkung der Erdölabhängigkeit und zur Reduzierung der Emissionen des Verkehrssektors leisten können. Die Studie beginnt zunächst mit einer technischen Beschreibung der verschiedenen Varianten elektrischer und hybrid-elektrischer Fahrzeugantriebe im PKW-Bereich. Anschließend folgt eine Analyse der derzeitigen spezifischen Kosten einzelner Antriebskomponenten, sowie des jeweiligen mittel- bis langfristigen Potenzials zur Kostenreduktion. Auf Basis dieser Ergebnisse werden die Mobilitätskosten der einzelnen elektromobilen Antriebsalternativen für verschiedene Nutzerprofile und Fahrzeugklassen ermittelt und durch den Vergleich mit konventionellen Referenzfahrzeugen bewertet. Des Weiteren werden auch die heutigen und zukünftigen Emissionen der einzelnen Antriebsalternativen im Fahrbetrieb (Tank-to-Wheel) und bei der Kraftstoffherstellung (Well-to-Tank) sowie die resultierenden CO2-Vermeidungskosten in Relation zum Referenzfahrzeug für verschiedene Nutzerprofile verglichen. Weitere Aspekte der Elektromobilität, die im Rahmen dieser Studie diskutiert werden, sind Infrastrukturanforderungen, die sich bei der Nutzung von Strom und Wasserstoff als Kraftstoff im PKW-Verkehr ergeben, sowie die Potenziale der Nutzung Batterie betriebener Elektrofahrzeuge zu Lastmanagement und Primärregelung.Item Open Access Strategien und Technologien einer pluralistischen Fern- und Nahwärmeversorgung in einem liberalisierten Energiemarkt unter besonderer Berücksichtigung der Kraft-Wärme-Kopplung und regenerativer Energien : Kurztitel: Pluralistische Wärmeversorgung ; AGFW-Hauptstudie - erster Bearbeitungsabschnitt. Band 2, Teil 1: Wärmeversorgung des Gebäudebestandes. Teil 2: Technologieentwicklung und -bewertung(2001) Neuffer, Hans; Witterhold, Franz-Georg; Pfaffenberger, Wolfgang; Gregorzewski, Armin; Schulz, Wolfgang; Blesl, Markus; Fahl, Ulrich; Voß, Alfred; Jochem, Eberhard; Mannsbart, Wilhelm; Radgen, Peter; Schmid, Christiane; Dribbisch, Marcus; Sager, Jörg; Sander, Thomas; Zschernig, Joachim; Carter, James M.; Mauch, Wolfgang; David, R.; Dötsch, Christian; Fahlenkamp, Hans; Hölder, DanielZweiter Band der AGFW-Hauptstudie mit dem Kurztitel "Pluralistische Wärmeversorgung". Teil 1 "Wärmeversorgung des Gebäudebestandes" gliedert sich in den Hauptabschnitt A "Ökologischer und ökonomischer Vergleich verschiedener CO2-Minderungsmaßnahmen anhand unterschiedlicher Versorgungsaufgaben" und in den Hauptteil B "Grundlagen der gebäudescharfen Modellierung von Siedlungsstrukturen - Weiterentwicklung von Energisystemmodellen". Diese Abschnitte wurden maßgeblich vom Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart bearbeitet. Teil 2 "Technologieentwicklung und -bewertung" wurde maßgeblich vom Institut für Energietechnik der Technischen Universität Dresden bearbeitet.