Markus Blesl

Energiewirtschaftliche Langfristszenarien für alternative Kraftstoffe und Antriebskonzepte

Dieser Beitrag vom Institut fur Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universitat Stuttgart stellt eine umfassende Analyse vor, in der unterschiedliche Fahrzeugkonzepte und Kraftstoffe im Kontext der gesamtenergiewirtschaftlichen Entwicklung untersucht werden. Wahrend der Teil 1 sich mit Antriebskonzepten und Kraftstoffen befasste [12], beschreibt der vorliegende Teil 2 Langfristszenarien fur den Verkehrssektor in Deutschland.

Energy economic long term scenarios for alternative fuels and engines

This article by the University of Stuttgart, Institute of Energy Economics and the Rational Use of Energy (IER), represents a detailed analysis of several vehicle concepts and fuels in the context of different general energy economical developments. While part one covered vehicle concepts and fuels [12], this part 2 deals with long term scenarios for the traffic sector in Germany.

Entwicklung und Anwendung eines Integrated Assessment Modellinstrumentariums für die Analyse nachhaltiger Entwicklungen der Energieversorgung in Deutschland : Schlussbericht

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein Integrated Assessment Modellinstrumentarium zu entwickeln und fur die Analyse nachhaltiger Entwicklungen der Energieversorgung in Deutschland im globalen und europaischen Kontext anzuwenden. nDas Modellinstrumentarium setzt sich aus vier Bausteinen zusammen. Zur Beurteilung der ressourcenbezogenen Effekte der globalen wie regionalen Nachfrage nach Primarenergietragern 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 Energietragern werden mit LOPEX Produktions- und Abbaupfade sowie Preispfade fur die Energietrager Erdol, Erdgas und Steinkohle abgeschatzt. nZum anderen wird durch die Anbindung des Umwelt Wirkungsmodells EcoSense an das europaische Energiesystemmodell TIMES-ES, das Deutschland und seine Nachbarstaaten hinsichtlich der gesamten Energieflusse von den Energiedienstleistungen bis zur Primarenergiebereitstellung und die dabei entstehenden Emissionen erfasst, eine effiziente und zuverlassige Bewertung von Emissionsminderungsstrategien unter Berucksichtigung externer Effekte und Nachhaltigkeitsindikatoren auf europaischer Ebene ermoglicht. nThe objective of this research project is to create a model system for integrated assessment and to use it for the analysis of sustainable developments of energy supply in Germany, both in a European and a global context. nThe model system consists of four components. The newly developed resource model LOPEX has been linked to the general equilibrium model NEWAGE-World, in order to carry out assessments of the resource-related effects of global and regional demands for primary energy carriers. LOPEX will evaluate the production paths and price evolution for crude oil, natural gas and coal, based upon the globally regionalized demands for energy carriers computed by NEWAGE. The European energy systems model TIMES-ES describes Germany and its neighbouring countries in terms of all energy flows ranging from energy services to the supply of primary energy and the resultant emissions. The integration of the environmental effects model EcoSense with TIMES-ES thus enables an efficient and reliable assessment of emission reduction strategies to be made, taking into account external effects and indicators of sustainability on a European level.

Systemintegration von Brennstoffzellen auf Kläranlagen - Potenzialabschätzung für Baden-Württemberg

Die Ziele des Vorhabens umfassen die Potenzialabschatzung der Nutzung von Klargas in Brennstoffzellen sowie die Ermittlung eines Anforderungs- und Einsatzprofils fur den Brennstoffzelleneinsatz auf Klaranlagen. Des weiteren sollen die Integration verbesserter Anlagentechnik sowie zusatzlicher Komponenten und Verfahrensschritte in den Klaranlagenbetrieb untersucht werden. nDie Klargasgewinnung in Baden-Wurttemberg betragt aktuell 587,4 GWh/a, uberwiegend aus Klaranlagen der Grosenklasse 5 (uber 100000 Einwohnerwerte (EW)). Kleinere Anlagen unter 10000 EW (Klassen 1-3) erzeugen keine nennenswerten Klargasmengen. nZur Klargasverstromung geeignete Brennstoffzellen sind wegen der CO2-Toleranz und den hohen erreichbaren elektrischen Wirkungsgraden die Hochtemperatursysteme MCFC und SOFC. Fur deren Betrieb ist eine Aufbereitung des Klargases erforderlich, welche eine Gastrocknung sowie die Abtrennung von Schwefel-, Halogen- und Siloxanverbindungen umfasst. nZur Untersuchung der Energieversorgung durch Brennstoffzellen und Vergleichstechnologien wird eine Modellklaranlage fur 100.000 Ausbau-EW definiert, die in Aufbau und Energieverbrauch einer typischen groseren Klaranlage in Baden-Wurttemberg entspricht. Fur die Modellanlage ergibt sich ein Stromverbrauch von 2,69 GWhel/a und ein Warmeverbrauch von 1,83 GWhth/a bei einer Klargasproduktion von 4,23 GWh/a. nFur MCFC und SOFC wird die Energieversorgung der Modellklaranlage mit einer Lebenszyklusanalyse energetisch und okologisch analysiert. Dabei weisen Brennstoffzellen Optimalwerte des Primarenergiebedarfs von 6,23 GWh/a (MCFC) bzw. 6,09 GWh/a (SOFC) und der kumulierten CO2-Emissionen von 531 tCO2/a (MCFC) bzw. 487 tCO2/a (SOFC) auf. Es ergeben sich fur den Primarenergiebedarf und die kumulierten CO2-Emissionen optimale Anlagengrosen von 280 kWel fur MCFC bzw. 290 kWel fur SOFC. nZum Vergleich werden die Energieversorgung mit Gasmotor-BHKW und die getrennte Erzeugung von Strom und Warme untersucht. Die wirtschaftliche Analyse des Versorgungsfalls Modellklaranlage weist MCFC und SOFC gegenuber dem BHKW hohere Vollkosten der Energieversorgung zu. Auch die getrennte Erzeugung von Strom und Warme schneidet gunstiger ab, da die Investitionskosten der Brennstoffzellen zu hoch sind. Um mit den Kosten der getrennten Erzeugung von Strom und Warme konkurrieren zu konnen, mussen diese Investitionskosten gegenuber dem heutigen Niveau um je 50 %, fur Konkurrenzfahigkeit zum BHKW um 80% sinken. Derzeit lassen sich CO2-Vermeidungskosten von 74 €/tCO2 (MCFC) bzw. 138 €/tCO2 (SOFC) gegenuber der getrennten Erzeugung und 680 €/tCO2 (MCFC) bzw. 851 €/tCO2 (SOFC) gegenuber BHKW erreichen. nBei Ersatz der Anlagentechnik der Modellklaranlage durch Komponenten mit geringerem Energiebedarf reduziert sich der Jahresstrombedarf auf 2,00 GWhel/a. Die Einsparungen beim Primarenergiebedarf betragen fur die jeweils optimalen Anlagengrosen 27,4 % (MCFC) bzw. 28 % (SOFC), die kumulierten CO2-Emissionen gehen um 87 % (MCFC) bzw. 95 % (SOFC) zuruck. Fur das BHKW ergeben sich Reduktionen des Primarenergiebedarfs um 24 % und der kumulierten CO2-Emisionen von 57 %, bei der getrennten Erzeugung von Strom und Warme ergeben sich 19 % Einsparung beim Primarenergiebedarf und 25 % bei den kumulierten CO2-Emissionen. nDie technischen Potenziale der Klargasnutzung in Baden-Wurttemberg fur Brennstoffzellen betragen bei Modulgrosen von 50 kWel 29,5 MWel (MCFC) bzw. 30,5 MWel (SOFC), womit sich Jahresstrommengen von 221 GWhel (MCFC) bzw. 229 GWhel (SOFC) erzeugen lassen. Der Anteil der in Brennstoffzellen nutzbaren Klargasproduktion betragt 79 % (MCFC) bzw. 78 % (SOFC). n nHandlungsempfehlung an Klaranlagenbetreiber: nUm Einsparpotenziale beim Energieverbrauch jeder Klaranlage definieren und nutzen zu konnen, bedarf es der Ermittlung und Auswertung des exakten Strom- und Warmebedarfs nach Baugruppen in hoher zeitlicher Auflosung. Mit der Installation stromsparender Anlagentechnik lassen sich Energiebedarf, Betriebskosten und CO2-Emissionen senken. Des Weiteren empfiehlt sich eine Uberprufung der Leistungsgrose bestehender BHKW und deren Umstellung auf klargasgefuhrten Betrieb. Fur Klaranlagen ohne bisherige eigene Stromerzeugung empfiehlt sich die Installation von KWK-Anlagen. nDer Einsatz von Anlagen zur thermischen Klarschlammtrocknung, Elektrolyse und Co-Fermentation organischer Reststoffe auf Klaranlagen kann nach den Untersuchungen des Projekts aus wirtschaftlichen bzw. rechtlichen Grunden derzeit nicht empfohlen werden. n nHandlungsempfehlung an Brennstoffzellenhersteller: nBei den Investitionskosten sind Kostensenkungen um 80 % gegenuber heutigem Stand erforderlich. Zur optimalen Abdeckung des Marktsegments Klargasverstromung empfiehlt sich die Einfuhrung kleinerer Leistungsgrosen von Brennstoffzellen im Bereich von 50 kWel. Fur SOFC steht die Zulassung nach DVGW G 262 noch aus.