Energiesysteme: regenerativ und dezentral: Strategien für die Energiewende
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Springer Vieweg
[2016]
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| Umfang: | XII, 210 Seiten Illustrationen, Diagramme |
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|---|---|
| adam_text | 1 Energiesituation und Herausforderungen................................... 1
1.1 Historische Voraussetzungen und Entwicklungstendenzen................. 1
1.2 Sicherheit der Ressourcen........................................... 3
1.3 Entwicklung des Primärenergiebedarfs................................ 4
1.4 Bevölkerungsentwicklung.......................................... 5
1.5 Energiebedarf nach Regionen........................................... 7
1.6 Fossile Reichweite bei Gleich Verteilung und Effizienz................ 9
1.7 Potenzialgrenzen: The Point of no Return............................. 10
1.8 Langfristige Energieperspektive in Deutschland....................... 13
1.9 Langfristige Energieperspektive in Österreich........................ 14
Literatur................................................................. 15
2 Grundlagen der dezentralen nachhaltigen Energieversorgung................. 17
2.1 Historischer Rückblick auf die elektrische Energieversorgung......... 17
2.2 Entwicklungsperioden des elektrischen Energiesystems............... 19
2.3 Supergrid als zentrale Orientierung.................................. 23
2.4 Microgrid als dezentrale Orientierung........................... 24
2.5 Strukturen der zentralen Elektrizitätsversorgung..................... 25
2.6 Strukturen der dezentrale Energieversorgung......................... 29
2.6.1 Definition der dezentralen Energieversorgung................ 29
2.6.2 Energieautarkie............................................. 29
2.6.3 Leistungsautarkie............................................. 29
2.6.4 Eigenschaften der neuen dezentralen Energieversorgung......... 30
2.6.5 Langfristige Anforderungen bei der dezentralen
Energieversorgung........................................... 32
2.7 Energiewirtschaft der Erzeugungsanlagen............................ 34
2.8 Energiewirtschaft des Energiesystems............................... 36
Literatur................................................................ 39
41
42
45
47
47
50
52
56
58
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105
Windenergie.......................................................
3.1 Windenergiepotenzial und Anlagencharakteristik...............
3.2 Energiewirtschaft der Windenergie............................
3.3 Zukünftige Erfordernisse zur Netzintegration der Windenergie.
3.3.1 Das Flächengesetz der dezentralen Windenergie.........
3.3.2 Investitions- und Kostenrechnung bei Windenergieanlagen
3.3.3 Änderung der Netztarife durch Windintegration.........
3.4 Windenergie für Großstädte...................................
Literatur.........................................................
Photo voltaik.....................................................
4.1 Solares Dargebot.............................................
»
4.2 Strahlungsabsorption durch geneigte Flächen..................
4.3 Gebäudeintegrierte Solarenergie..............................
4.4 Entwicklung der gebäudeintegrierten Fotovoltaik bis 2050.....
4.5 Energiewirtschaft der Photovoltaik...........................
4.5.1 Volle Nutzung der PV ohne Rückspeisung.................
4.5.2 PV-Nutzung mit Rückspeisung...........................
Literatur..........................................................
Bilanzierung und Ausgleichsenergie................................
5.1 Eigenschaften der regenerativen Energiequellen...............
5.2 Regenerativer Erzeugungsmix..................................
5.3 Bereitstellung von Ausgleichsenergie.........................
5.4 Speicher und deren Einsatzmöglichkeiten......................
5.4.1 Speichertechnologien zur Bilanzierung.................
5.4.2 Pumpspeicher..........................................
5.4.3 Stationäre Batteriespeicher...........................
5.4.4 Mobile Speicher von Elektrofahrzeugen.................
5.5 Flexible thermische Kraftwerke................................
5.6 Dezentrales Energiemanagement................................
5.7 Power-to-Gas und Gas-to-Power................................
Literatur.........................................................
Netzdienstleistungen in der dezentralen Energieversorgung.........
6.1 Aufgaben der Netzdienstleistungen und der Netzregelung.......
6.2 Kinetik der Schwungmassen....................................
6.3 Primärregelung...............................................
6.4 Sekundärregelung.............................................
6.5 Regelungsaufgaben bei Erzeugungsszenarien bis 2050...........
6.6 Primärregelung mit Windenergie und Photovoltaik..............
6.7 Netzdienstleistungen durch Windenergieanlagen................
6.8 Netzdienstleistungen durch Photovoltaik-Anlagen..............
6.9 Anforderungen an die Netzregelung mit Batteriespeichern............ 107
6.10 Einfluss von dezentralen Systemen auf das Engpassmanagement......... 108
Literatur................................................................ 109
7 Strukturierung der dezentralen Versorgung................................ 111
7.1 Dezentrale Kleinzelle versus dezentrales Kollektiv................. 111
7.2 Dezentrales Energiesystem........................................... 117
7.2.1 Dezentrale Energieversorgungsstruktur........................ 117
7.2.2 Einfamilienhaus............................................. 119
7.2.3 Gebäude ..................................................... 122
7.2.4 Industrie und Gewerbe, Handel, Dienstleistungen.............. 122
7.2.5 Niederspannungsnetz.......................................... 123
7.2.6 Mittelspannungsnetz: Dörfer und Städte mit WEA............... 125
7.2.7 Windintegration in Hoch- und Höchstspannungsnetze............ 126
Literatur................................................................ 128
8 Rahmenbedingungen und Strategien der nachhaltigen Entwicklung........... 129
8.1 Rahmenbedingungen der nachhaltigen Entwicklung in Europa............ 129
8.2 Langfristszenarien der Elektrizitätserzeugung in Deutschland........ 133
8.3 Langfristszenarien der Elektrizitätserzeugung in Österreich......... 136
8.4 Speichereinsatz zur Bilanzierung der regenerativen Erzeugung........ 138
8.5 Strategien für die nachhaltige Entwicklung........................ 141
8.6 Speichertechnologien und deren Wirtschaftlichkeit................... 144
8.6.1 Pumpspeicher................................................. 144
8.6.2 Batteriespeicher............................................. 145
8.6.3 Vergleich der Speichertechnologien........................... 146
8.7 Energieaustausch zwischen Regionen.................................. 147
Literatur................................................................ 150
9 Organisation und Marktmodell der dezentralen Energieversorgung.......... 151
9.1 Organisation des Elektrizitätsmarktes vor der Liberalisierung....... 151
9.2 Organisation der heutigen Energieversorgung......................... 153
9.2.1 Marktmodell eines freien Endkunden........................... 155
9.2.2 Markmodell eines Netzbetreibers.............................. 156
9.2.3 Marktmodell der Elektrizitätsversorgung...................... 158
9.3 Neue Ansätze für die dezentrale Energieversorgung................... 158
9.4 Neue Marktmodelle der dezentralen Niederspannungsnetze.............. 160
9.4.1 Marktmodell für Einfamilienhäuser............................ 162
9.4.2 Marktmodell für Siedlungsgebäude............................. 162
9.4.3 Marktmodell für Siedlungen................................... 164
9.5 Neue Geschäftsmodelle für die dezentrale Energieversorgung.......... 166
Literatur................................................................ 167
10 Dezentrale Entwicklungspotenziale und -konzepte............................ 169
10.1 Heutige Fördermodelle der regenerativen Energie...................... 170
10.2 Vom passiven Konsumernetz zum aktiven Prosumemetz.................. 171
10.3 Die Entwicklung des Bankwesens als Vergleichsmodell.................. 172
10.4 Neue Geschäftsmodelle der dezentral organisierten Energieversorgung. 173
10.4.1 Investormodelle für die regenerative Erzeugung............. 173
10.4.2 Contractingmodelle beim Endkunden zur Effizienzsteigerung ... 174
10.4.3 Virtuelle Kraftwerke und Energiedirektvermarktung........... 178
10.5 Energie-Automatisierung.............................................. 179
Literatur............................................................ 183
11 Energieeffizienz in der Endanwendung....................................... 185
11.1 Bedeutung der Energieeffizienz....................................... 185
11.2 Effizienzpotenziale bei der mechanischen Energie.................... 188
11.3 Effizienzpotenziale bei der Raumwärme................................ 191
11.4 Effizienzpotenziale bei Warmwasser................................... 192
11.5 Effizienzpotenziale bei der Beleuchtung.............................. 192
11.6 Effizienzpotenziale bis 2050....................................... 193
Literatur.............................................................. 194
12 Nachhaltige Energieversorgung für Industrie und Gewerbe.................... 195
12.1 Endenergiebedarf des industriellen Sektors........................... 195
12.2 Prozess wärme im industriellen Sektor und ihre Bereitstellung........ 197
12.3 Möglichkeiten zur Bereitstellung von elektrischer Prozesswärme....... 201
12.4 Verfahrensübersicht der Elektrothermie............................. 203
12.5 Geschäftsmodelle der Industrie für die regenerative Prozesswärme.... 205
Literatur.................................................................. 205
Sachwortverzeichnis............................................................. 207
In diesem Buch sind die langfristigen Strategien der Energiewende beleuchtet und
die Möglichkeiten einer fairen, bezahlbaren und vor allem sicheren Energiever-
sorgung werden analysiert. Die gewachsenen Strukturen einer zentralen Ener-
gieversorgung und die Anforderungen eines vorwiegend auf regenerativer Erzeu-
gung basierten Systems sind dargestellt - sowohl hinsichtlich der Strukturen, der
Bilanzierung und Netzdienstleistungen als auch der für unterschiedliche Akteure
interessanten Marktmodelle.
Unter den Erzeugungstechnologien stehen die Windenergie und die Photovoltaik
im Vordergrund. Das Konzept des Buches zielt auf eine gesamtheitliche Betrachtung
von Potenzialen, Infrastrukturkosten, energetischen Bilanzierungs- und Regelungs-
verfahren sowie der Speicherung und der Umweltauswirkungen ab.
Der Inhalt
• Microgrid als dezentrale Orientierung
• Energiewirtschaft der Erzeugungsanlagen und des Energiesystems
• Änderungen der Netztarife durch Windintegration
• Windenergie für Großstädte
• Gebäudeintegrierte Solarenergie
• Speicher und deren Einsatzmöglichkeiten
• Primärregelung mit Windenergie und Photovoltaik
• Netzdienstleistungen durch Windenergie und durch Photovoltaikanlagen
• Neue Marktmodelle der dezentralen Niederspannungsnetze
• Contractingmodelle beim Endkunden zur Effizienzsteigerung
• Nachhaltige Energieversorgung für Industrie und Gewerbe
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