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--- grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:erneuerbare_primaerenergie_per [2022/04/06 22:47] – [Null, Netto-Null, Nahe-Null, Plus: Welches ist die beste Lösung?] wfeist
+++ grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:erneuerbare_primaerenergie_per [2024/05/04 23:10] (aktuell) – [Was ist Erneuerbare Primärenergie?] wfeist
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-======Erneuerbare Primärenergie - PER======
+======Erneuerbare Primärenergie - PEr======
-Willkommen auf der Startseite zum Thema „Erneuerbare Primärenergie“ (PER). Hier finden Sie eine Einführung in das Thema PER und weitere Artikel, die die verschiedenen Aspekte dieses Themenbereichs erläutern.
+Willkommen auf der Startseite zum Thema „Erneuerbare Primärenergie“ (PEr). Hier finden Sie eine Einführung in das Thema PEr und weitere Artikel, die die verschiedenen Aspekte dieses Themenbereichs erläutern.
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 Gegenwärtig ist unser Hauptanliegen die Reduzierung der Treibhausgase, GWP (mit dem PE in Zusammenhang steht), und der Übergang zu einer nicht fossilen Energieversorgung, der sich über mehrere Jahrzehnte erstrecken wird. Gebäude, die heute gebaut werden, werden längere Lebenszyklen haben als diese Übergangsphase zu einer nicht fossil basierten Gesellschaft, und werden auch in der Zeit nach dem Übergang genutzt werden. Während der Übergangsphase ändern sich die PE- und GWP-Faktoren und werden schließlich gegen Null tendieren, wenn wir eine Gesellschaft erreichen, die zu 100% aus erneuerbaren Energien versorgt wird. Bedeutet dies im Rückschluss, dass Gebäude, unabhängig von ihrer Bauweise, immer besser und besser werden und ihr (End-)Energieverbrauch keine Rolle spielt?
-Die oben genannten Bewertungsmethoden legen dies nahe - auch wenn das offensichtlich nicht der Fall ist. Erneuerbare Energie muss erzeugt, geliefert und oft gespeichert werden um z.B. wetterbedingte Versorgungslücken zu überbrücken. Erneuerbare Energie braucht Infrastruktur und Raum, was zu einem entscheidenden limitierenden Faktor werden wird. Wir wollen bezahlbare erneuerbare Energie für alle und für alle Anwendungen. Aus diesen Gründen muss die Energienutzung effizient sein: Energieeffizienz ist die Voraussetzung für eine effektive Versorgung mit erneuerbarer Energie. Wenn man bedenkt, dass ein Drittel des Gesamtenergieverbrauchs in den entwickelten Ländern für den Betrieb von Gebäuden benötigt wird, ist uns klar, wie wichtig dieser Sektor für den Übergang ist, und offensichtlich sind die traditionellen Bewertungsmethoden für dieses Zukunftsszenario nicht angemessen.
+Die oben genannten Bewertungsmethoden legen dies nahe - auch wenn das offensichtlich nicht der Fall ist. Erneuerbare Energie muss erzeugt, geliefert und oft gespeichert werden um z.B. wetterbedingte Versorgungslücken zu überbrücken. Erneuerbare Energie braucht Infrastruktur und Raum, was zu einem entscheidenden limitierenden Faktor werden wird. Wir wollen bezahlbare erneuerbare Energie für alle und für alle Anwendungen. Aus diesen Gründen muss die Energienutzung effizient sein: Energieeffizienz ist die Voraussetzung für eine effektive Versorgung mit erneuerbarer Energie. Fast ein [[grundlagen:analyse_zum_energieverbrauch_in_deutschland|Drittel des Gesamtenergieverbrauchs]] in den entwickelten Ländern wird für den Betrieb von Gebäuden benötigt; damit ist klar, wie wichtig dieser Sektor für den Übergang ist: Offensichtlich sind dafür die traditionellen Bewertungsmethoden nicht angemessen.
 [{{ :picopen:per_landing_de_fig_1.png?800 |**Abb.1: Bewertung der Primärenergie: Von PE zu PER**}}]
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 ====Nachhaltige Gebäude für eine nachhaltige Zukunft====
-Wenn die Energieversorgung zu 100 % erneuerbar wird, brauchen wir solche Entwürfe von Gebäuden, die diese zu integralen Bestandteilen der erneuerbaren Zukunft machen. Mit dem PER-System wurde dazu eine Bewertungsmethode entwickelt, die es erlaubt, Gebäude hinsichtlich ihrer Verträglichkeit mit einem System bei 100 % Energie aus erneuerbaren Ressourcen zu optimieren. In einem solchen Versorgungssystem werden Gebäude eine wichtige Rolle spielen, indem sie nicht nur ihren Energiebedarf reduzieren, sondern auch Flächen und Eignung für Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien bieten - das ist bei Gebäuden vor allem die Nutzung von solar erzeugtem Strom.
+Wenn die Energieversorgung zu 100 % erneuerbar wird, brauchen wir solche Entwürfe von Gebäuden, die diese zu integralen Bestandteilen der erneuerbaren Zukunft machen. Mit dem PEr-System wurde dazu eine Methode entwickelt, die es erlaubt, Gebäude hinsichtlich ihrer Verträglichkeit mit einem System mit 100 % Energie aus erneuerbaren Ressourcen zu optimieren. In einem solchen Versorgungssystem werden Gebäude eine wichtige Rolle spielen, indem sie nicht nur ihren Energiebedarf reduzieren, sondern auch Flächen und Eignung für Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien bieten - das ist bei Gebäuden vor allem die solare Stromerzeugung.
-====Null, Netto-Null, Nahe-Null, Plus: Welches ist die beste Lösung?====
+==== Null, Netto-Null, Nahe-Null, Plus: Welches ist die beste Lösung? ====
-Diese Bewertungssysteme berücksichtigen bereits die vor Ort (oder in der Nähe) erzeugten erneuerbaren Energien. Hier wird der Endenergiebedarf bzw. -verbrauch mit der Energieerzeugung bilanziert. Aber die Energienachfrage und das Angebot an erneuerbaren Energien sind nicht zeitlich synchron. Deshalb muss Energie so lange gespeichert werden, bis sie benötigt wird. Dies erzeugt Umwandlungsverluste und daher zusätzliche Energie, die berücksichtigt werden muss. Besonders problematisch sind jahreszeitlich bedingte Unterschiede zwischen Energieproduktion und Energieverbrauch: Netto-Null-Gebäude benötigen typischerweise die meiste Energie im Winter. Diese muss dann im Sommer erzeugt und für den Winter gespeichert werden. Dies erfordert nicht nur zusätzliche Energie, sondern ist auch ziemlich teuer, da ein solcher Langzeit-Speicher nur einmal pro Jahr genutzt werden kann. Daher ist es ratsam, Gebäude so effizient zu bauen, dass insbesondere der Energiebedarf in den Jahreszeiten sinkt, in denen sonst erneuerbare Energie nicht im Überfluss zu Verfügung steht.
+Klassische Bewertungssysteme berücksichtigen oft die vor Ort (oder in der Nähe) erzeugten erneuerbaren Energien. Dabei wird der Endenergiebedarf bzw. -verbrauch mit der Energieerzeugung //über das Jahr// bilanziert((sogenannte "Netto"-Nullenergie)). Aber die Energienachfrage und das Angebot an erneuerbaren Energien sind nicht immer zeitgleich. Deshalb muss Energie so lange gespeichert werden, bis sie benötigt wird. Dies führt zu Umwandlungsverlusten und benötigt daher zusätzliche Energie, die berücksichtigt werden muss. Eine besondere Herausforderung sind jahreszeitlich bedingte Unterschiede zwischen Energieproduktion und Energieverbrauch: Netto-Null-Gebäude in Europa benötigen typischerweise die meiste Energie im Winter. Diese muss dann im Sommer gewonnen und für den Winter gespeichert werden. Dies erfordert nicht nur zusätzliche Energie, sondern ist auch ziemlich teuer, da ein solcher saisonaler Speicher nur einmal pro Jahr genutzt werden kann((Die Zahl der Zyklen pro Jahr $n_a$ liegt in der Regel nur wenig über 1, meist sogar darunter, weil für strenge Winter Vorsorge-Vorräte gehalten werden müssen.)). Daher ist es ratsam, Gebäude energieeffizient zu bauen, so dass insbesondere der Energiebedarf in den Jahreszeiten sinkt, in denen sonst erneuerbare Energie nicht im Überfluss zu Verfügung steht - in unseren Breiten ist das im Winter((Interessanterweise stellt sich das Winterlückenproblem auch schon heute: Der Verbrauch an Öl und Gas ist im Winter sehr viel höher als im Sommer; müsste der hohe Winterbedarf direkt durch zeitgleiche Importe gedeckt werden, so würde das hohe Kapazitäten für die Lieferung der Energieströme erfordern. Daher speichern wir auch heute schon z.B. Erdgas in großen Gasspeichern mit rund 246 TWh/a für diesen Winterbedarf; mit fossiler Energie, insbesondere mit Erdgas, geht dies auch relativ einfach - es können z.B. alte Erdgasfelder im Sommer wiederbeladen werden; diese Speicher sind daher sogar relativ billig. Die Idee liegt nahe, diese Speicher auch künftig für das dann erneuerbare Energiesystem weiter zu nutzen - das geht sogar, ist aber an die Verwendung von Methan (oder anderen gasförmigen Kohlenwasserstoffen) gebunden. Solch ein chemischer, gasförmiger Energieträger muss aus der im Sommer im Überschuss verfügbaren erneuerbaren Elektrizität erst synthetisiert werden: An dieser Stelle kommen bedeutende Umwandlungsverluste ins Spiel - auch alle anderen saisonalen Speichermethoden haben solche, sind dazuhin aber auch noch teurer bei der Errichtung der Speicher selbst: Wie es auch gewendet wird: saisonale Speicherung anderer als fossiler Energie wird teuer. Hier ist die PEr-Methode ein Tool, mit dem der dafür erforderliche Aufwand bestimmt werden kann.)).
-[{{:picopen:per_landing_de_fig_2.png?250|**Abb. 2: Das Net-Zero-Niedrigenergiegebäude (LEH) verfügt über viel PV, sowohl auf dem Dach als auch an der Fassade. Aber es benötigt im Winter immer noch viel mehr Energie, die entweder aus nicht erneuerbaren Quellen oder aus saisonalen Speichern stammt. Dafür wird sehr viel Energie benötigt, die ebenfalls berücksichtigt werden muss. (Beispiel: ein Niedrigenergiehaus in einem kühlen, gemäßigten Klima, die gesamte Elektrizität für Heizung und Warmwasser mit Wärmepumpen und Geräten). Es ist nicht nur weit von Null entfernt, sondern wird bei so viel Energie, die saisonal gespeichert werden muss, auch sehr teuer werden.**}}][{{:picopen:per_landing_de_fig_3.png?250|**Abb. 3: Das gleiche Gebäude wie ein Passivhaus: es bleibt eine Winterlücke, aber es verbraucht in dieser Jahreszeit, in der eine Speicherung erforderlich ist, viel weniger Energie... Bei gleicher Menge an PV-Erzeugung beträgt der zusätzliche Winterbedarf nur 20 % im Vergleich zum Niedrigenergiehaus. \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ **}}][{{:picopen:per_landing_de_fig_4.png?250|**Abb. 4: Im Falle des Passivhauses kann die Anzahl der PV-Module und die entsprechende Energieproduktion einfach reduziert werden (z.B. bei mehrgeschossigen Gebäuden), ohne die "Lücke" zu stark zu beeinträchtigen. Die aus dem Speicher zu entnehmende Menge wäre immer noch gering. Dies zeigt, dass energieeffiziente Gebäude von entscheidender Bedeutung für einen effektiven Übergang zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien sind.** Übrigens: Wir empfehlen hier weiterhin, die PV-Anlage so groß zu bauen, wie das nur möglich ist: auch, weil nicht überall die Flächen zur Verfügung stehen und so Kapazität für weitere Anwendungen geschaffen wird.  \\ \\ \\ }}]
+|[{{:picopen:per_landing_de_fig_2.png?250|**Abb. 2: Das Net-Zero-Niedrigenergiegebäude (LEH) verfügt über eine große PV-Anlage, sowohl auf dem Dach als auch an der Fassade. Aber es benötigt im Winter immer noch viel Energie, die entweder aus nicht erneuerbaren Quellen oder aus saisonalen Speichern stammen muss. Um die Speicher aufzuladen wird Energie benötigt, die ebenfalls berücksichtigt werden muss. (Das Beispiel zeigt ein Niedrigenergiehaus in einem kühl-gemäßigten Klima, die gesamte Elektrizität für Heizung und Warmwasser mit Wärmepumpen und Geräten). Der Fremdenergiebedarf ist nicht nur weit von Null entfernt, sondern wird bei so großen Energiemengen, die saisonal gespeichert werden müssen, auch teuer werden. **}}]|[{{:picopen:per_landing_de_fig_3.png?250|**Abb. 3: Das gleiche Gebäude aber mit der Effizienz eines Passivhauses: es bleibt auch dann noch eine Winterlücke, aber in der Jahreszeit, für die eine Speicherung erforderlich wird, wird weit weniger Energie benötigt. Bei gleicher PV-Erzeugung beträgt der zusätzliche Winterbedarf nun nur 20 % von dem des Niedrigenergiehauses nach Abb. 2. Der zugehörige Speicher bleibt bezahlbar. ** \\  \\  \\  \\  \\  \\ }}]|[{{:picopen:per_landing_de_fig_4.png?250|**Abb. 4: Im Falle des Passivhauses könnte die Anzahl der PV-Module und die entsprechende Energieproduktion sogar reduziert werden (z.B. bei mehrgeschossigen Gebäuden), ohne die "Lücke" stark zu beeinträchtigen. Die aus dem Speicher zu entnehmende Menge wäre auch dann immer noch gering. Dies zeigt, dass energieeffiziente Gebäude den Übergang zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien erheblich erleichtern.** Übrigens: Wir empfehlen in solchen Fällen weiterhin, PV-Anlagen so groß wie möglich zu bauen, weil nicht überall solche Flächen zur Verfügung stehen und weil so Kapazität für weitere Anwendungen geschaffen wird. }}]|
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 ====Was ist Erneuerbare Primärenergie?====
-Erneuerbare Primärenergie (PER) ist die Einheit der Energie, die aus erneuerbaren Ressourcen erzeugt wird, z.B. Elektrizität, die von einer Photovoltaikanlage/Windturbine erzeugt wird, oder Wärme, die mit einer solarthermischen Anlage erzeugt wird. PER-Faktoren spiegeln die primären erneuerbaren Ressourcen wider, die zur Deckung des Endenergiebedarfs eines Gebäudes benötigt werden, einschließlich der Verteilungs- und Speicherverluste. Im Falle eines PER-Faktors von 1,5 wird ein Überschuss von 50% erneuerbarer Primärenergie benötigt, um den Endenergiebedarf des Gebäudes decken zu können. Je höher der PER-Faktor, desto höher sind die erforderlichen Ressourcen und desto wichtiger ist die Umsetzung von Effizienzmaßnahmen, um eine Kompensation aus nicht erneuerbaren Quellen zu vermeiden.
+Erneuerbare Primärenergie (PER) ist die Energiemenge, die aus erneuerbaren Ressourcen erzeugt((gemessen bei der Übergabe ins Netz, am "Kraftwerkszaun")) werden muss, um einen gegebenen Energiebedarf zu decken. Überwiegend wird das elektrische Energie sein, die von einer Photovoltaikanlage oder Windturbine erzeugt wird, oder Wärme, die mit einer solarthermischen Anlage erzeugt wird. PEr-Faktoren geben die primären erneuerbaren Ressourcen an, die zur Deckung des Endenergiebedarfs eines Gebäudes benötigt werden, einschließlich der Verteilungs- und Speicherverluste. Im Falle eines PEr-Faktors von 1,5 wird eine zusätzliche Menge von 50% erneuerbarer Primärenergie benötigt, um den Endenergiebedarf der gewünschten Anwendung decken zu können. Je höher der PER-Faktor, desto höher sind die erforderlichen Ressourcen und desto wichtiger ist die Umsetzung von Effizienzmaßnahmen, um zu vermeiden, das die verbleibenden Lücken dann doch wieder aus nicht erneuerbaren Quellen gedeckt werden((Es versteht sich von selbst, dass hohe PEr-Faktoren auch höhere Kosten für die gelieferte Energie zur Folge haben.)).
-Mit dem PER-System wird der Energieübergang zu einer 100 % Primärenergieversorgung aus erneuerbaren Ressourcen vorweggenommen. Die neue Bewertungsmethodik fördert explizit nicht den jährlichen Ausgleich von Energiebedarf vor Ort und Energieproduktion im Kontext einzelner Gebäude. Das erreichte Niveau der Energieeffizienz und die Versorgung mit erneuerbarer Energie müssen unabhängig voneinander bewertet werden. Bei einemdirekten Gegenrechnen werden wichtige Aspekte wie Energieverluste durch Speicherung und die Verfügbarkeit von Raum für die Produktion erneuerbarer Energie vernachlässigt.
+Mit dem PER-System wird der Übergang zu einer 100 % Primärenergieversorgung aus erneuerbaren Ressourcen vorweggenommen. Diese  Bewertungsmethodik fördert explizit nicht den jährlichen Ausgleich von Energiebedarf vor Ort und Energieproduktion im Kontext einzelner Gebäude - das erzeugt nämlich vermeidbaren zusätzlichen Aufwand. Das erreichte Niveau der Energieeffizienz und die Versorgung mit erneuerbarer Energie müssen aufeinander optimiert werden. Bei einem direkten Gegenrechnen nicht zeitgleich erzeugter Energie würde unterstellt, dass die Energieverluste durch Umwandlung und Speicherung Null sind.
-Im Rahmen des PER-Systems wird der Energiebedarf von Gebäuden in einem Umfeld eines ausschließlich erneuerbaren Energieversorgungsnetzes analysiert. Abhängig von der Art der Energieanwendung sowie den lokal verfügbaren erneuerbaren Energieressourcen variiert die benötigte Speicherkapazität und damit die damit verbundenen Verluste. Aus diesen Zusammenhängen werden Gewichtungsfaktoren, die sogenannten PER-Faktoren, abgeleitet und als Indikator dafür verwendet, welche Energieanwendungen am ressourcenintensivsten sind. Auf diese Weise hängen die PER-Faktoren von dem Standort des Gebäudes, der Anwendung (z.B. Heizung, Kühlung, Warmwasser oder Stromanwendungen) und dem Endenergie-Träger ab. Sie sind unabhängig vom tatsächlichen Versorgungssystem. Sie sind lokale physikalische Parameter, wie z.B. Klimadaten. In der Praxis werden sie ebenso wie die Klimadatensätze automatisch mit dem PHPP bereitgestellt.
+Im Rahmen des PEr-Systems wird der Energiebedarf von Gebäuden in einem Umfeld eines ausschließlich erneuerbaren Energieversorgungsnetzes analysiert. Abhängig von der Art der Energieanwendung sowie den lokal verfügbaren erneuerbaren Energieressourcen variieren die benötigten Speicherkapazitäten und daher die damit verbundenen Verluste. Aus einer Jahressimulation werden Gewichtungsfaktoren, die sogenannten PEr-Faktoren, abgeleitet und als Indikator dafür verwendet, welche Energieanwendungen wie ressourcenintensiv sind. Auf diese Weise hängen die PEr-Faktoren vom Standort des Gebäudes, aber insbesondere von der Anwendung (z.B. Heizung, Kühlung, Warmwasser oder Fahrstrom) und dem Endenergie-Träger ab. Sie sind aber weitgehend unabhängig vom derzeit bestehenden Versorgungssystem. Es handelt sich um regionale physikalische Parameter, wie z.B. Klimadaten. Für die Praxis werden sie ebenso wie die Klimadatensätze automatisch mit dem PHPP bereitgestellt.
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 [[grundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt|Passivhaus – das nächste Jahrzehnt.]]
+[[grundlagen:analyse_zum_energieverbrauch_in_deutschland|Einordnung der Heizung in Bezug auf den  Gesamtenergieverbrauch]]
 {{ :picopen:1_seite_per-kurzinfo_zum_download.pdf |PER – Die Bewertung für eine nachhaltige Energieversorgung - 1 Seite PER-Kurzinfo zum Download}}