Die Stadtwerke Union Nordhessen (SUN), das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) und das Institut dezentrale Energietechnologien (IdE) haben untersucht, wie die Transformation des Energieversorgungssystems in der SUN-Region (bestehend aus den drei eher ländlich geprägten Landkreisen Kassel, Schwalm-Eder und Werra-Meißner sowie der kreisfreien Stadt Kassel) gestaltet werden kann.
In einer vorangegangenen Studie (auch über diesen Verlag online erhältlich) wurden bereits Möglichkeiten zur Umstellung der Stromversorgung hin zu dezentralen, erneuerbaren Erzeugungstechnologien analysiert.
Zentrale Fragestellungen im aktuellen Projekt sind, wie auch die Wärme in Zukunft regenerativ bereitgestellt werden kann und welche Auswirkungen verschiedene Technologien zur Wärmeerzeugung auf den Wärme- und Strommarkt haben.
Hierfür wurden aufbauend auf einer Bestandsanalyse die Potenziale zur regenerativen Wärmeerzeugung ermittelt und anschließend verschiedene Entwicklungsmöglichkeiten der regionalen Wärmeerzeugung untersucht.
Inhaltsverzeichnis
1 Zusammenfassung
2 Einleitung
3 Bestandsanalyse
3.1 Methodik
3.2 Vorgehensweise und Einzelergebnisse Bottom-Up-Methode
3.2.1 Solarthermie
3.2.2 Wärmepumpen
3.2.3 Elektrische Heizsysteme
3.2.4 Blockheizkraftwerke
3.2.5 Heizkraftwerke / Heizwerke / Fernwärme
3.2.6 Dezentrale Feuerungsanlagen
3.2.7 Zusammenfassung Bottom-Up-Methode
3.3 Vorgehensweise und Ergebnisse Top-Down-Methode
3.3.1 Haushaltssektor
3.3.2 Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistung
3.3.3 Industriesektor
3.3.4 Zusammenfassung Top-Down-Methode
3.4 Vergleich der Methoden
3.5 Zusammenfassung Bestandsanalyse
4 Technologiebeschreibung
4.1 Solarthermie
4.2 Wärmepumpen
4.3 Elektrische Heizsysteme
4.4 Kraft-Wärme-Kopplung
4.5 Heizwerke
4.6 Dezentrale Feuerungsanlagen
4.7 Zusammenfassung Technologiebeschreibung
5 Potenzialanalyse
5.1 Potenziale Energieeinsparung
5.2 Potenziale Solarthermie
5.3 Potenziale Bioenergie
5.4 Potenziale EE-Überschussstrom
5.5 Zusammenfassung der Potenzialanalyse
6 Szenarien zur Entwicklung der regionalen Wärmeversorgung
6.1 Generierung der Zeitreihen
6.1.1 Windenergie
6.1.2 Solarthermie
6.1.3 Wärmelast
6.1.4 Strombedarf der Wärmepumpe
6.2 EE-Ausbauszenarien
6.2.1 Business as usual (Bau)
6.2.2 Beschleunigter Ausbau der erneuerbaren Energien
6.2.3 Maximaler Ausbau von Wärmepumpen (WPmax)
6.3 Zusammenfassung Szenarien
7 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten einer Transformation der regionalen Wärmeversorgung in der SUN-Region hin zu dezentralen, erneuerbaren Energietechnologien. Im Zentrum steht die Forschungsfrage, wie die Wärme regenerativ bereitgestellt werden kann und welche Auswirkungen verschiedene Wärmeerzeugungstechnologien auf das Strom- und Wärmesystem haben.
- Analyse des Ist-Zustands der regionalen Wärmeversorgung (Bestandsanalyse).
- Ermittlung technischer Potenziale für erneuerbare Wärmequellen (Biomasse, Solarthermie, Überschussstrom).
- Szenarienentwicklung zur zukünftigen regionalen Wärmeversorgung bis 2025.
- Untersuchung der technischen und ökonomischen Verknüpfung von Strom- und Wärmemärkten.
- Simulation von System-Szenarien, einschließlich eines maximalen Ausbaus von Wärmepumpen.
Auszug aus dem Buch
4.2 Wärmepumpen
Im Haushaltsbereich dienen Wärmepumpen der Bereitstellung von Wärme für die Gebäudebeheizung sowie der Warmwasserbereitung. Die Wärmebereitstellung erfolgt unter Nutzung von Umweltenergie als Wärmequelle. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um Erdwärme (Erdkollektoren oder Erdsonden), Luft oder Grundwasser. Die Wärmequelle dient dabei der Verdampfung eines Kältemittels im Wärmepumpenkreislauf. Das dampfförmige Kältemittel wird mit Hilfe eines elektrisch angetrieben Verdichters komprimiert, so dass Druck und Temperatur ansteigen. Im Kondensator erfolgt im nächsten Schritt die Kondensation des Kältemittels, wobei Energie an den Wasserkreislauf der Heizungsanlage abgegeben wird. Letztlich wird Kältemittel mit einem Expansionsventil entspannt und das Kältemittel erreicht wieder seinen Ausgangszustand. Folgende Abbildung zeigt den beschriebenen Kreisprozess schematisch.
Je nach Wärmequelle werden unterschiedliche Typen von Elektro-Wärmepumpen unterschieden. Für die Nutzung von Erdwärme werden Sole-Wasser-Wärmepumpen eingesetzt. Hierbei wird eine Sole als Wärmeträger genutzt, mit der die Erdwärme zum Verdampfer der Wärmepumpe transportiert wird. Kommt Grundwasser als Wärmequelle zum Einsatz, handelt es sich um eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe. Grundwasser wird aus einem sog. Saugbrunnen entnommen, die Wärme wird dem Grundwasser entzogen und über den sog. Schluckbrunnen zurückgeführt. Die dritte Variante ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Dieser Typ nutzt i. d. R. die Außenluft als Wärmequelle.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Zusammenfassung: Die Studie analysiert die Möglichkeiten zur Transformation des Energieversorgungssystems in der SUN-Region hin zu dezentralen erneuerbaren Energien und bewertet verschiedene Szenarien für die zukünftige Wärmeversorgung.
2 Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die Relevanz des Wärmesektors für die Emissionsminderungsziele und beschreibt die wachsende Bedeutung von Strom als Primärenergiequelle im Wärme- und Verkehrssektor.
3 Bestandsanalyse: Hier werden die Energieträger und Technologien der aktuellen Wärmeversorgung in der SUN-Region mittels Bottom-Up- und Top-Down-Methoden detailliert erfasst und auf Plausibilität geprüft.
4 Technologiebeschreibung: Dieses Kapitel beschreibt Funktionsweise, Einsatzgebiete und wirtschaftliche Aspekte aktueller und zukünftiger Wärmeerzeugungstechniken sowie deren Eignung zur Kopplung mit dem Strommarkt.
5 Potenzialanalyse: Hier werden die technischen Potenziale für Energieeinsparungen sowie für die Wärmeerzeugung aus Solarthermie, Bioenergie und EE-Überschussstrom ermittelt.
6 Szenarien zur Entwicklung der regionalen Wärmeversorgung: Es werden drei Szenarien für die zukünftige Wärmeversorgung der Region bis zum Jahr 2025 bzw. unter Zielvorgaben modelliert und deren Auswirkungen auf das Stromnetz analysiert.
7 Ausblick: Der Ausblick skizziert geplante weiterführende Studien, insbesondere zur Einbeziehung des Verkehrsmarktes sowie zur Umsetzung konkreter Bausteine der Energiewende in der Modellregion Nordhessen.
Schlüsselwörter
Energiewende, Nordhessen, Wärmeversorgung, Strom-Wärme-Kopplung, Erneuerbare Energien, Wärmepumpen, Solarthermie, Bestandsanalyse, Szenarienentwicklung, Potenzialanalyse, KWK, Energieeffizienz, regionale Energiepolitik, Klimaschutz, Dezentrale Erzeugung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit analysiert, wie die Wärmeversorgung in der Region Nordhessen (SUN-Region) in Zukunft vollständig aus dezentralen, erneuerbaren Energien gestaltet werden kann.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die Themenfelder umfassen die Bestandsanalyse der Wärmeerzeugung, die Bewertung technischer Potenziale für Erneuerbare Energien und die Entwicklung von Szenarien zur Transformation des regionalen Wärmemarktes.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist aufzuzeigen, wie 100 % des Wärmebedarfs der SUN-Region regenerativ gedeckt werden können und welche Auswirkungen dies auf den Strommarkt hat.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Studie nutzt einen Methodenmix aus Bottom-Up-Erhebungen (basierend auf Anlagendaten) und Top-Down-Analysen (basierend auf statistischen Skalierungsfaktoren) zur Validierung des Wärmebedarfs sowie zeitreihenbasierte Simulationsmodelle.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine Bestandsanalyse, eine Technologiebeschreibung, eine Potenzialanalyse für verschiedene regenerative Wärmequellen sowie eine Szenarienanalyse zur Entwicklung der Wärmeversorgung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Energiewende, Strom-Wärme-Kopplung, Wärmepumpen, Biomasse, Solarthermie und regionale Bestandsanalyse.
Warum ist eine Verknüpfung von Strom und Wärme wichtig für die Region?
Die Verknüpfung ermöglicht es, Stromüberschüsse aus fluktuierenden Erneuerbaren Energien (Wind/Solar) sinnvoll zu nutzen, um den Wärmebedarf zu decken und so die Gesamteffizienz des Energiesystems zu erhöhen.
Welche Rolle spielen Wärmepumpen in den Szenarien?
Wärmepumpen fungieren als Bindeglied zwischen Strom- und Wärmemarkt, wobei die Studie besonders ihre Auswirkungen auf die Spitzenlast im Stromnetz untersucht.
Was ist das Hauptergebnis der Untersuchung?
Die Studie zeigt, dass ein bilanzielle Deckung des Wärmebedarfs aus dezentralen Erneuerbaren Energien in der Region möglich ist, jedoch eine intelligente Verknüpfung der Sektoren zwingend erforderlich bleibt.
- Arbeit zitieren
- Fraunhofer IWES. Institut dezentrale Energietechnologien IdE. Stadtwerke Union Nordhessen SUN (Autor:in), 2013, Energiewende Nordhessen. Technische und ökonomische Verknüpfung des regionalen Strom- und Wärmemarktes, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/269401
