Benutzer-Werkzeuge

Webseiten-Werkzeuge


grundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt:ermittlung_anwendungsspezifischer_per-faktoren

Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.

Link zu dieser Vergleichsansicht

Beide Seiten der vorigen RevisionVorhergehende Überarbeitung
Nächste Überarbeitung
Vorhergehende Überarbeitung
grundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt:ermittlung_anwendungsspezifischer_per-faktoren [2022/01/16 17:59] – [Heizstromverbrauch Heiz-WP] wfeistgrundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt:ermittlung_anwendungsspezifischer_per-faktoren [2022/04/07 21:05] (aktuell) – [EE-Methan] wfeist
Zeile 1: Zeile 1:
 ====== Ermittlung anwendungsspezifischer PER-Faktoren ====== ====== Ermittlung anwendungsspezifischer PER-Faktoren ======
  
-Es stellt sich heraus, dass die aufzubauende Versorgungsstruktur und deren Effizienz entscheidend von den mittleren Lastkurven der zu versorgenden Verbraucher abhängt - kurze Schwankungen im Bereich von wenigen Tagen spielen dabei letztlich eine weniger bedeutende Rolle((Anmerkung des Autors: Im Gegensatz zu der heute überwiegend geführten Diskussion ist die Kurzzeitspeicherung nicht das entscheidende Problem, da hierfür ökonomisch vertretbare Techologien in ausreichendem Maß vorhanden sind (z.B. Pumpspeicherkraftwerke), die "nur noch" in der Zahl ausgebaut werden müssten, wofür auch Standorte verfügbar wären. Hier handelt es sich um ein politisches Problem - das aber bei der vorherrschenden Stimmung doch ernst zu nehmen ist. Die sich als ebenfalls unverzichtbar herausstellende saisonale Speicherung (hier gibt es keine Standortprobleme, da die Speicher für Erdgas bereits heute in ausreichender Größe betrieben werden) erhöht demgegenüber wegen der höheren Verluste die Kosten für darauf angewiesene Anwendungen (wie z.B. die Heizung) spürbar; auch dieses Problem ist (durch verbesserte Effizienz) lösbar.)), da für deren Ausgleich die Netz-Medium-Speicher zur Verfügung stehen (z.B. Pumpspeicherkraftwerke). Anders liegt der Fall, wenn eine Anwendung einen saisonal stark schwankenden Bedarf hat, welcher z.B. über einen Zeitraum von mehreren Monaten auf Null zurückgeht, wie z.B. die Heizung. Für die mit den zugehörigen Primärstromquellen (z.B. Windkraftanlagen) erzeugte Energie gäbe es nun zunächst keine Nutzung - das ändert sich aber, wenn dieser „Überschussstrom“ der PtG-Anlage zugeführt, und daraus EE-Methan erzeugt wird. Die Bedingung für die Vollversorgung ist: \\+Es stellt sich heraus, dass die aufzubauende Versorgungsstruktur und deren Effizienz entscheidend von den mittleren Lastkurven der zu versorgenden Verbraucher abhängt - kurze Schwankungen im Bereich von wenigen Tagen spielen dabei letztlich eine weniger bedeutende Rolle((Anmerkung des Autors: Im Gegensatz zu der heute überwiegend geführten Diskussion ist die Kurzzeitspeicherung nicht das entscheidende Problem, da hierfür ökonomisch vertretbare Technologien in ausreichendem Maß vorhanden sind (z.B. Pumpspeicherkraftwerke), die "nur noch" in der Zahl ausgebaut werden müssten, wofür auch Standorte verfügbar wären. Hier handelt es sich um ein politisches Problem - das aber bei der vorherrschenden Stimmung doch ernst zu nehmen ist. Die sich als ebenfalls unverzichtbar herausstellende saisonale Speicherung (hier gibt es keine Standortprobleme, da die Speicher für Erdgas bereits heute in ausreichender Größe betrieben werden) erhöht demgegenüber wegen der höheren Verluste die Kosten für darauf angewiesene Anwendungen (wie z.B. die Heizung) spürbar; auch dieses Problem ist (durch verbesserte Effizienz) lösbar.)), da für deren Ausgleich die Netz-Medium-Speicher zur Verfügung stehen (z.B. Pumpspeicherkraftwerke). Anders liegt der Fall, wenn eine Anwendung einen saisonal stark schwankenden Bedarf hat, welcher z.B. über einen Zeitraum von mehreren Monaten auf Null zurückgeht, wie z.B. die Heizung. Für die mit den zugehörigen Primärstromquellen (z.B. Windkraftanlagen) erzeugte Energie gäbe es nun zunächst keine Nutzung - das ändert sich aber, wenn dieser „Überschussstrom“ der PtG-Anlage zugeführt, und daraus EE-Methan erzeugt wird. Die Bedingung für die Vollversorgung ist: \\
  
 PE<sub>prim</sub> = E<sub>dir</sub> + E<sub>MS</sub> / η<sub>MS</sub> + E<sub>LS</sub> / η<sub>LS</sub> + E<sub>LV</sub> \\ PE<sub>prim</sub> = E<sub>dir</sub> + E<sub>MS</sub> / η<sub>MS</sub> + E<sub>LS</sub> / η<sub>LS</sub> + E<sub>LV</sub> \\
Zeile 22: Zeile 22:
   * Strombedarf des Lüftungsgerätes   * Strombedarf des Lüftungsgerätes
  
-Bild 6 zeigt, wie der PER-Faktor für die Haushaltsstromversorgung vom dafür verwendeten Primärstrom-Mix abhängt: Bei 90 % Wind beträgt er um 1,75 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>el</sub>, bei 90% PV 1,5 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>el</sub>. Im Verlauf wird bei der hierfür "idealen Mischung" 54 % PV, 36 % Wind und 10 % Wasserkraft ein PER-Faktor von 1,39 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>el</sub>. erreicht. Mit PER<sub>HHel</sub> = 1,4 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>HHel</sub> schlagen wir für die Bewertung einen etwas auf die sichere Seite aufgerundeten Faktor vor. Dieser PER-Faktor ist vergleichsweise gering, d.h. Haushaltstrom kann sehr gut auf der Basis von erneuerbaren Primärstromerzeugern bereitgestellt werden, fast die gesamte Pufferung erfolgt über die Verbesserung der Gleichzeitigkeiten im Netz und über die Kurzzeit-Netzspeicherkapazitäten, bei denen es allerdings eines Zubaus bedarf. Bei weniger als 106 h Speicherzyklus sind die Kosten dieser Speicherung allerdings noch gering. Die Speicherkapazität für den Saisonspeicher (mit etwas mehr als zwei Zyklen, aber schlechtem Wirkungsgrad) beträgt hier nur 11 % des Bedarfs an Haushaltsstrom; das zugehörige Speichervolumen ist mit unter 62 Nm³ (Normalkubikmeter) gering, das gleiche gilt für die erforderliche Umwandlungsinfrastruktur. Diese wäre leicht komplett an den Standorten von regionalen GUD-Kraftwerken für die Rückverstromung unter zu bringen; die Verbindung mit dem unterirdischen Methan-Speicher erfolgt über das Methangas-Netz (das heutige Erdgasnetz kann hierzu weiter genutzt werden). \\+Bild 6 zeigt, wie der PER-Faktor für die Haushaltsstromversorgung vom dafür verwendeten Primärstrom-Mix abhängt: Bei 90 % Wind beträgt er um 1,75 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>el</sub>, bei 90% PV 1,5 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>el</sub>. Im Verlauf wird bei der hierfür "idealen Mischung" 54 % PV, 36 % Wind und 10 % Wasserkraft ein PER-Faktor von 1,39 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>el</sub>. erreicht. Mit PER<sub>HHel</sub> = 1,4 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>HHel</sub> schlagen wir für die Bewertung einen etwas auf die sichere Seite aufgerundeten Faktor vor((für typisches Mitteleuropäisches Klima wurde inzwischen auf Basis der heute verfügbaren Systeme ein PER von rund 1,3 für den Haushaltstrom bestimmt - etwas optimistischer als der hier ermittelte Wert. Der Unterschied liegt aber im Bereich der Genauigkeitsgrenzen, die durch Wetterschwankungen ohnehin gegeben sind.)). Dieser PER-Faktor ist vergleichsweise gering, d.h. Haushaltstrom kann sehr gut auf der Basis von erneuerbaren Primärstromerzeugern bereitgestellt werden, fast die gesamte Pufferung erfolgt über die Verbesserung der Gleichzeitigkeiten im Netz und über die Kurzzeit-Netzspeicherkapazitäten, bei denen es allerdings eines Zubaus bedarf. Bei weniger als 106 h Speicherzyklus sind die Kosten dieser Speicherung allerdings noch gering. Die Speicherkapazität für den Saisonspeicher (mit etwas mehr als zwei Zyklen, aber schlechtem Wirkungsgrad) beträgt hier nur 11 % des Bedarfs an Haushaltsstrom; das zugehörige Speichervolumen ist mit unter 62 Nm³ (Normalkubikmeter) gering, das gleiche gilt für die erforderliche Umwandlungsinfrastruktur. Diese wäre leicht komplett an den Standorten von regionalen GUD-Kraftwerken für die Rückverstromung unter zu bringen; die Verbindung mit dem unterirdischen Methan-Speicher erfolgt über das Methangas-Netz (das heutige Erdgasnetz kann hierzu weiter genutzt werden((Das ist übrigens der entscheidende Vorteil eines auf synthetisiertem Methan beruhenden Konzeptes.))). \\
 \\ \\
 |{{:picprivate:18pht_plenum_sanm_feist_wolfgang_abb_6.png?600}}|\\ |{{:picprivate:18pht_plenum_sanm_feist_wolfgang_abb_6.png?600}}|\\
-|//**Bild 6: \\ Erforderliche erneuerbare Primärenergie (Primärstrom) PEE \\ für den gesamten Haushaltsstrombedarfs durch PV, Wind- und Wasserkraft (bei hoher Effizienz)**//|\\+|//**Bild 6: \\ Erforderliche erneuerbare Primärenergie (Primärstrom) PEE für den gesamten Haushaltsstrombedarfs durch PV, Wind- und Wasserkraft (bei hoher Effizienz)**//|\\
 \\ \\
 In Bild 7 ist benötigte äquivalente Fläche an erneuerbaren Erzeugern dargestellt die erforderlich würde, um den gesamten Haushaltsstrombedarf zu decken. Es zeigt sich bei einem Solaranteil von 35 - 75 % ein (sehr flaches) Optimum bei nur etwa 35 m². Die tatsächliche PV-Fläche würde (mit 55 % Anteil) bei 19 m² liegen. Eine solche Fläche ist fast immer in der engeren Umgebung des betreffenden Gebäudes, meist auf dem Dach direkt, unterbringbar. \\ In Bild 7 ist benötigte äquivalente Fläche an erneuerbaren Erzeugern dargestellt die erforderlich würde, um den gesamten Haushaltsstrombedarf zu decken. Es zeigt sich bei einem Solaranteil von 35 - 75 % ein (sehr flaches) Optimum bei nur etwa 35 m². Die tatsächliche PV-Fläche würde (mit 55 % Anteil) bei 19 m² liegen. Eine solche Fläche ist fast immer in der engeren Umgebung des betreffenden Gebäudes, meist auf dem Dach direkt, unterbringbar. \\
 \\ \\
 |{{:picprivate:18pht_plenum_sanm_feist_wolfgang_abb_7.png?600}}|\\ |{{:picprivate:18pht_plenum_sanm_feist_wolfgang_abb_7.png?600}}|\\
-|//**Bild 7: \\ Größe der äquivalenten PV-Strom-Anlage (Primärstrom) um den gesamten Haushaltsstrombedarf \\ durch PV, Wind- und Wasserkraft (mit Pufferspeicher im Netz und Saisonspeicherung \\ durch EE-Methan) bei hoher Effizienz decken zu können.**//|\\+|//**Bild 7: \\ Größe der äquivalenten PV-Strom-Anlage (Primärstrom) um den gesamten Haushaltsstrombedarf durch PV, Wind- und Wasserkraft (mit Pufferspeicher im Netz und Saisonspeicherung  durch EE-Methan) bei hoher Effizienz decken zu können.**//|\\
 \\ \\
  
Zeile 37: Zeile 37:
 Es werden ein Standard-Zapfprogramm auf der Basis eines 4-Personen-Haushaltes und eine Warmwasserwärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 2,5 zugrunde gelegt, mit der sich der Jahresstromverbrauch für die WW-Bereitung zu 1123,5 kWh/a ergibt [[grundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt#literatur|[AkkP 49]]]. Die Wärmepumpe verfügt über einen (grauen) Wasserspeicher mit einem nutzbaren Volumen von 260 Liter. Dadurch kann die Laufzeit der Wärmepumpe in einem hohen Maß an die Verfügbarkeit von direktem erneuerbaren Primärstrom angepasst werden - sie liefert sozusagen einen "Speicher" mit. Diese Speicherfähigkeit wird im zugrundgelegten Modell optimal (für das Gesamtnetz!) ausgenützt, d.h. es wird unterstellt, dass künftig ein ideal funktionierendes "Smartgrid" aufgebaut ist und von den Nutzern auch verwendet wird. \\ Es werden ein Standard-Zapfprogramm auf der Basis eines 4-Personen-Haushaltes und eine Warmwasserwärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 2,5 zugrunde gelegt, mit der sich der Jahresstromverbrauch für die WW-Bereitung zu 1123,5 kWh/a ergibt [[grundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt#literatur|[AkkP 49]]]. Die Wärmepumpe verfügt über einen (grauen) Wasserspeicher mit einem nutzbaren Volumen von 260 Liter. Dadurch kann die Laufzeit der Wärmepumpe in einem hohen Maß an die Verfügbarkeit von direktem erneuerbaren Primärstrom angepasst werden - sie liefert sozusagen einen "Speicher" mit. Diese Speicherfähigkeit wird im zugrundgelegten Modell optimal (für das Gesamtnetz!) ausgenützt, d.h. es wird unterstellt, dass künftig ein ideal funktionierendes "Smartgrid" aufgebaut ist und von den Nutzern auch verwendet wird. \\
  
-Bild 8 zeigt die aus der Simulation resultierenden PER-Faktoren in Abhängigkeit vom Anteil des PV-Stroms am Erzeugungsmix für die Warmwasserbereitung. Es zeigt sich ein schwach ausgeprägtes Optimum bei etwa 55 % PV-Anteil. Wegen des verfügbaren lokalen Speichers kommt dieses Teilsystem mit sehr geringem Rückgriff auf die saisonale Speicherung (nur 10 Nm³ Methan) aus. Der Faktor PER<sub>WW-WP</sub> ergibt sich mit einem kleinen Sicherheitszuschlag zu 1,23 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>el</sub>; dies zeigt eine gute Eignung erneuerbaren Stroms für die Warmwasserbereitung. Eine äquivalente PV-Fläche von knapp 8 m² reicht aus, um den gesamten Warmwasserbedarf inkl. der Umwandlungsverluste zu decken. \\+Bild 8 zeigt die aus der Simulation resultierenden PER-Faktoren in Abhängigkeit vom Anteil des PV-Stroms am Erzeugungsmix für die Warmwasserbereitung. Es zeigt sich ein schwach ausgeprägtes Optimum bei etwa 55 % PV-Anteil. Wegen des verfügbaren lokalen Speichers kommt dieses Teilsystem mit sehr geringem Rückgriff auf die saisonale Speicherung (nur 10 Nm³ Methan) aus. Der Faktor PER<sub>WW-WP</sub> ergibt sich mit einem kleinen Sicherheitszuschlag zu 1,23 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>el</sub>; dies zeigt eine gute Eignung erneuerbaren Stroms für die Warmwasserbereitung((Die aktuelle Berechnung liefert für Mitteleuropa einen Faktor von etwa 1,3; also innerhalb der Fehlergrenzen in etwa gleicher Höhe wie beim Haushaltsstrom)). Eine äquivalente PV-Fläche von knapp 8 m² reicht aus, um den gesamten Warmwasserbedarf inkl. der Umwandlungsverluste zu decken. \\
 \\ \\
 |{{:picprivate:18pht_plenum_sanm_feist_wolfgang_abb_8.png?600}}|\\ |{{:picprivate:18pht_plenum_sanm_feist_wolfgang_abb_8.png?600}}|\\
-|//**Bild 8: \\ Erforderliche erneuerbare Primärenergie (Primärstrom) PER für den Warmwasser-Strombedarf \\ WW-WP durch Solar-, Wind- und Wasserkraft (Netz-Pufferspeicher / Saisonspeicherung EE-Methan); \\ Warmwasser-Wärmepumpe mit Saisonarbeitszahl 2.5**//|\\+|//**Bild 8: \\ Erforderliche erneuerbare Primärenergie (Primärstrom) PER für den Warmwasser-Strombedarf  WW-WP durch Solar-, Wind- und Wasserkraft (Netz-Pufferspeicher / Saisonspeicherung EE-Methan); Warmwasser-Wärmepumpe mit Saisonarbeitszahl 2,5**//|\\
 \\ \\
  
 ===== Heizstromverbrauch Heiz-WP ===== ===== Heizstromverbrauch Heiz-WP =====
  
-Hier wird für das Beispiel - Passivhaus eine Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 2.53 zugrunde gelegt, mit der sich ein Jahresstromverbrauch für die Heizung von 1080 kWh/a ergibt. \\+Hier wird für das Beispiel - Passivhaus eine Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 2,53 zugrunde gelegt, mit der sich ein Jahresstromverbrauch für die Heizung von 1080 kWh/a ergibt. \\
  
 Der Heizstrom erweist sich als das „Sorgenkind“ des EE-Versorgungssystems, da er innerhalb mehr als eines halben Jahres nicht auftritt (Sommer!) und einen ausgeprägten Leistungsbauch während des Winters aufweist. Bei konventionellen Gebäuden (inkl. Niedrigenergiehäusern) ist zudem der Verbrauch an Heizstrom deutlich höher als alle anderen Stromverbräuche. Zwar liefern Windkraftanlagen an der Küste im Winter (geringfügig) mehr Strom, dennoch ist die saisonale Gleichzeitigkeit der Primärstromerzeugung mit dem Lastverlauf des Heizenergiebedarfs unausgewogen. Die Heizung kann nur zu einem geringeren Anteil (trotz der hohen Zeitkonstante von Passivhäusern) aus direktem Primärstrom betrieben werden. Für die Kurzzeitspeicherung werden hier allerdings das Netz und der Medium-Speicher nicht in Anspruch genommen, da bei einem Passivhaus innerhalb von je etwa 3 Tagen die Zeitpunkte für den Betrieb der Heizung weitgehend frei - und das heißt orientiert am Stromangebot - gewählt werden können. Zu bedenken ist dabei allerdings auch, dass das Wärmebereitstellungssystem im Gebäude dann über eine entsprechend erhöhte Leistung verfügen muss; im Passivhaus, bei um 1,5 kW regulärer Maximalheizlast, ist das durchaus umsetzbar; bei Gebäuden mit höherer Heizlast (NEH etwa das Dreifache) würden dann schon so hohe Leistungen erreicht, dass allein deshalb eine solche Regelstrategie nicht ratsam ist (außerdem würde die Temperaturamplitude des zeitlichen Heizzyklus stark steigen). Trotz aller dieser Optionen steht auch bei Passivhaus-Standard insgesamt im Winter zu wenig Primärstrom für die Heizung zur Verfügung. \\ Der Heizstrom erweist sich als das „Sorgenkind“ des EE-Versorgungssystems, da er innerhalb mehr als eines halben Jahres nicht auftritt (Sommer!) und einen ausgeprägten Leistungsbauch während des Winters aufweist. Bei konventionellen Gebäuden (inkl. Niedrigenergiehäusern) ist zudem der Verbrauch an Heizstrom deutlich höher als alle anderen Stromverbräuche. Zwar liefern Windkraftanlagen an der Küste im Winter (geringfügig) mehr Strom, dennoch ist die saisonale Gleichzeitigkeit der Primärstromerzeugung mit dem Lastverlauf des Heizenergiebedarfs unausgewogen. Die Heizung kann nur zu einem geringeren Anteil (trotz der hohen Zeitkonstante von Passivhäusern) aus direktem Primärstrom betrieben werden. Für die Kurzzeitspeicherung werden hier allerdings das Netz und der Medium-Speicher nicht in Anspruch genommen, da bei einem Passivhaus innerhalb von je etwa 3 Tagen die Zeitpunkte für den Betrieb der Heizung weitgehend frei - und das heißt orientiert am Stromangebot - gewählt werden können. Zu bedenken ist dabei allerdings auch, dass das Wärmebereitstellungssystem im Gebäude dann über eine entsprechend erhöhte Leistung verfügen muss; im Passivhaus, bei um 1,5 kW regulärer Maximalheizlast, ist das durchaus umsetzbar; bei Gebäuden mit höherer Heizlast (NEH etwa das Dreifache) würden dann schon so hohe Leistungen erreicht, dass allein deshalb eine solche Regelstrategie nicht ratsam ist (außerdem würde die Temperaturamplitude des zeitlichen Heizzyklus stark steigen). Trotz aller dieser Optionen steht auch bei Passivhaus-Standard insgesamt im Winter zu wenig Primärstrom für die Heizung zur Verfügung. \\
Zeile 53: Zeile 53:
 PER<sub>Heiz</sub> = 2,2 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>Heiz</sub>, \\ PER<sub>Heiz</sub> = 2,2 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>Heiz</sub>, \\
  
-die Heizung erfordert damit einen erheblich höheren Aufwand bei der Erzeugung, Umwandlung und Speicherung der Energie. Mit 90 % PV als erneuerbarer Primärstromquelle steigt der PER-Faktor für die Heizung sogar auf über 2.6 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>Heiz</sub>. PV-Systeme sind damit für die Anwendung bei der Heizung nicht sonderlich gut geeignet. Auch dies unterstreicht wieder die Zweckmäßigkeit des Verbundes vieler Erzeuger und Verbraucher im Netz. Im vorliegenden Fall wäre es ratsam, der Baufamilie die Investition in einen Anteil an einer Windkraftanlage zu empfehlen - genau dieses Konzept ist bereits 1998 bei der ersten klimaneutralen Wohnsiedlung in Hannover am Kronsberg gegangen worden und hat sich dort bewährt [[grundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt#literatur|[Peper/Feist 2001]]]. \\+die Heizung erfordert damit einen erheblich höheren Aufwand bei der Erzeugung, Umwandlung und Speicherung der Energie. Dies gilt, wenn sich die Strombereitstellung auf die unmmittelbare Region um den Standort (Würzburg) beschränkt - im übergeordneten Gesamtnetz können inkl. der dort besser verfügbaren Wasserkraft PER-Werte um 1,7 bis 1,9 kWh/kWh erreicht werden. Umgekehrt steigt der PER-Faktor mit 90 % regional erzeugter PV als Primärstromquelle für die Heizung sogar auf über 2.6 kWh<sub>PER</sub>/kWh<sub>Heiz</sub>. PV-Systeme sind damit für die Anwendung bei der Heizung nicht sonderlich gut geeignet. Auch dies unterstreicht wieder die Zweckmäßigkeit des Verbundes vieler Erzeuger und Verbraucher im Netz. Im vorliegenden Fall wäre es ratsam, der Baufamilie die Investition in einen Anteil an einer Windkraftanlage zu empfehlen - genau dieses Konzept ist bereits 1998 bei der ersten klimaneutralen Wohnsiedlung in Hannover am Kronsberg realisiert worden und hat sich dort bewährt [[grundlagen:nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern:passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt#literatur|[Peper/Feist 2001]]]. \\
  
 Der Installationsbedarf für erneuerbare Erzeuger zur Deckung des Heizwärmepumpen-Strombedarfs beträgt für das Passivhaus etwa 22 m² „äquivalente PV-Fläche“, die allerdings in diesem Fall weitgehend durch einen entsprechenden Windkraftanteil gestellt wird. Die Füllung des Winterloches durch im Sommer per PtG-Prozess erzeugtem und gespeichertem Methan erfordert hier mindestens 72 Nm³ Speichervolumen bei Normalbedingungen. Die zugehörigen Speicher stünden dafür schon heute zur Verfügung (selbst wenn für alle Gebäude das Heizsystem Wärmepumpe gewählt würde), die Elektrolyse- und Methansynthese könnte auch hierfür ohne Weiteres an den Standorten der GuD-Kraftwerken für die Rückverstromung untergebracht werden. Dies geht aber nur deswegen so einfach, weil der Heizwärmebedarf bei Passivhäusern sehr gering ist.  Der Installationsbedarf für erneuerbare Erzeuger zur Deckung des Heizwärmepumpen-Strombedarfs beträgt für das Passivhaus etwa 22 m² „äquivalente PV-Fläche“, die allerdings in diesem Fall weitgehend durch einen entsprechenden Windkraftanteil gestellt wird. Die Füllung des Winterloches durch im Sommer per PtG-Prozess erzeugtem und gespeichertem Methan erfordert hier mindestens 72 Nm³ Speichervolumen bei Normalbedingungen. Die zugehörigen Speicher stünden dafür schon heute zur Verfügung (selbst wenn für alle Gebäude das Heizsystem Wärmepumpe gewählt würde), die Elektrolyse- und Methansynthese könnte auch hierfür ohne Weiteres an den Standorten der GuD-Kraftwerken für die Rückverstromung untergebracht werden. Dies geht aber nur deswegen so einfach, weil der Heizwärmebedarf bei Passivhäusern sehr gering ist. 
Zeile 59: Zeile 59:
 \\ \\
 |{{:picprivate:18pht_plenum_sanm_feist_wolfgang_abb_9.png?600}}|\\ |{{:picprivate:18pht_plenum_sanm_feist_wolfgang_abb_9.png?600}}|\\
-|//**Bild 9: \\ Erforderliche erneuerbare Primärenergie (Primärstrom) PER für Heizwärme-Strombedarfs \\ Heiz-WP im Passivhaus durch Windkraft und PV (Netz-Pufferspeicher / saisonal: EE-Methan); \\ Heizungs-Wärmepumpe mit Saisonarbeitszahl 2.53 (Deutsches Testref.-Jahr 12 mit auschließlich regionaler Stromerzeugung. Unter Einbindung des überregionalen Stromnetzes werden die Werte noch günstiger (um 1,7 bis 1,9 kWh/kWh)**//|\\+|//**Bild 9: \\ Erforderliche erneuerbare Primärenergie (Primärstrom) PER für Heizwärme-Strombedarfs Heiz-WP im Passivhaus durch Windkraft und PV (Netz-Pufferspeicher / saisonal: EE-Methan); Heizungs-Wärmepumpe mit Saisonarbeitszahl 2.53 (Deutsches Testref.-Jahr 12 mit ausschließlich regionaler Stromerzeugung. Unter Einbindung des überregionalen Stromnetzes werden die Werte noch günstiger (um 1,7 bis 1,9 kWh/kWh)**//|\\
 \\ \\
  
Zeile 93: Zeile 93:
 möglich. Wir beschränken den Begriff EE-Methan hier bewusst auf das aus Wind- oder PV-Kraftwerken als Primärstrom synthetisierte Methan (den Biogas-Anteil bilanzieren wir aus Budgetgründen gesondert, vgl. nächster Abschnitt). Dieser erneuerbare Primärenergiefaktor ist fast gleich hoch wie der für Heizstrom - das ist nur auf den ersten Blick paradox; denn, wird EE-Gas z.B. für die Heizung verwendet, so muss es zunächst vollständig aus Primärstrom unter Verlusten synthetisiert werden. Wird dagegen die Energie aus dem erneuerbaren Stromnetz bezogen, so stammt sie auch bei der Anwendung Heizung immer noch überwiegend aus der Primärstromerzeugung; nur der (bei der Heizung nicht unbedeutende) „Rest“ muss auf dem Umweg über die EE-Gas-Speicherung und mit zusätzlichen Verlust bei der Rückverstromung gewonnen werden. \\ möglich. Wir beschränken den Begriff EE-Methan hier bewusst auf das aus Wind- oder PV-Kraftwerken als Primärstrom synthetisierte Methan (den Biogas-Anteil bilanzieren wir aus Budgetgründen gesondert, vgl. nächster Abschnitt). Dieser erneuerbare Primärenergiefaktor ist fast gleich hoch wie der für Heizstrom - das ist nur auf den ersten Blick paradox; denn, wird EE-Gas z.B. für die Heizung verwendet, so muss es zunächst vollständig aus Primärstrom unter Verlusten synthetisiert werden. Wird dagegen die Energie aus dem erneuerbaren Stromnetz bezogen, so stammt sie auch bei der Anwendung Heizung immer noch überwiegend aus der Primärstromerzeugung; nur der (bei der Heizung nicht unbedeutende) „Rest“ muss auf dem Umweg über die EE-Gas-Speicherung und mit zusätzlichen Verlust bei der Rückverstromung gewonnen werden. \\
  
-Aus dem sehr hohen PEE-Faktor für den Brennstoff Methan ergibt sich offensichtlich, dass sich z.B. eine Wärmeerzeugung mit einem Heizkessel zur Warmwasserbereitung verbietet. Sogar eine direktelektrische Warmwasserbereitung ist in einer erneuerbaren Struktur effizienter - und mit einer WW-Wärmepumpe ergeben sich um einen Faktor 3 bis 4 niedrigere Primärstromaufwendungen. Auch bei der Heizung ist jede Wärmepumpe nun deutlich günstiger als ein mit Brennstoff betriebenes System. Diese sind für eine Übergangszeit noch tolerierbar - sollten aber bei jeder sich ergebenden Gelegenheit durch Wärmepumpensysteme ersetzt werden. EE-Methan wird vor allem als leicht speicherbarer Brenn- und Treibstoff für mobile Anwendungen (einfache Umwandlung in Methanol) benötigt und kann dort auch höhere Erlöse erbringen - sowie für die zwingend erforderliche Rückverstromung, am besten in KWK-Einheiten mit GuD-Stromerzeugern. \\+Aus dem sehr hohen PEE-Faktor für den Brennstoff Methan ergibt sich offensichtlich, dass sich z.B. eine Wärmeerzeugung mit einem Heizkessel zur Warmwasserbereitung verbietet. Sogar eine direktelektrische Warmwasserbereitung ist in einer erneuerbaren Struktur effizienter - und mit einer WW-Wärmepumpe ergeben sich um einen Faktor 3 bis 4 niedrigere Primärstromaufwendungen. Auch bei der Heizung ist jede Wärmepumpe nun deutlich günstiger als ein mit Brennstoff betriebenes System. //Diese sind für eine Übergangszeit noch tolerierbar - sollten aber bei jeder sich ergebenden Gelegenheit durch Wärmepumpensysteme ersetzt werden.//((Bemerkung 2022: Diese Analyse von 2014 wird inzwischen von fast allen Fachleuten geteilt. Der Übergang zu einer nachhaltigen Wärmeversorgung erfolgt am besten mit Hilfe von Wärmepumpen.)) EE-Methan wird vor allem als leicht speicherbarer Brenn- und Treibstoff für mobile Anwendungen (einfache Umwandlung in Methanol) benötigt und kann dort auch höhere Erlöse erbringen - sowie für die zwingend erforderliche Rückverstromung, am besten in KWK-Einheiten mit GuD-Stromerzeugern. \\
 \\ \\
  
grundlagen/nachhaltige_energieversorgung_mit_passivhaeusern/passivhaus_-_das_naechste_jahrzehnt/ermittlung_anwendungsspezifischer_per-faktoren.1642352365.txt.gz · Zuletzt geändert: 2022/01/16 17:59 von wfeist