Forschen im weltweiten Netzwerk

Themeninfo I/2014
Energieforschung kompakt
Forschen im
weltweiten Netzwerk
Deutschlands Beitrag zur
Internationalen Energieagentur
Ein Service von FIZ Karlsruhe GmbH
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BINE-Themeninfo I/2014
„“
Zur Sache
Internationale Forschungskooperationen gewinnen zunehmend an Bedeutung.
Deutschland ist in vielfältiger Weise in die internationale Energieforschung einge­
bunden. Eine wichtige Säule stellt hierbei das Engagement in der Internationalen
Energieagentur (IEA) dar. Deutschland ist Gründungsmitglied dieser Organisation.
Ein besonders für die Energieforschung relevantes Tätigkeitsfeld der IEA ist das so­
genannte Technologie-Netzwerk. Dieses bietet Wissenschaftlern und Fachexperten
Plattformen, auf denen sie sich im internationalen Rahmen austauschen und Forschungskooperationen gründen oder ausbauen können. Das Themenspektrum ist sehr weit
gefasst: Es reicht von Energieeffizienz über erneuerbare Energien und fossilen Brennstoffen
bis hin zur Kernfusion. Zu jedem dieser Bereiche gibt es eine „Working Party“ oder ein
„Coordinating Commitee“. Diesen sind die jeweils fachlich passenden internationalen
Technologieinitiativen, die sogenannten „Implementing Agreements“, zugeordnet.
Das vorliegende BINE-Themeninfo stellt einen Auszug der Aktivitäten Deutschlands im
Technologie-Netzwerk der IEA dar. Von insgesamt 28 Implementing Agreements, an
denen deutsche Institutionen aktuell beteiligt sind, werden in dieser Broschüre zehn
Technologieinitiativen ausführlicher vorgestellt. Dabei konzentriert sich diese Darstellung
auf Deutschlands Engagement in den Working Parties Energieeffizienz-Technologien und
Erneuerbare Energien. Einzige Ausnahme stellt der Kraftwerksbereich dar, der ebenfalls
vorgestellt wird und zur Working Party Fossile Brennstoffe gehört.
Um einen Überblick über alle Aktivitäten Deutschlands im Rahmen des TechnologieNetzwerks zu bieten, wurden diese in Abbildung 3 auf Seite 5 farbig markiert. Weitere
Informationen zu den Working Parties, die wir in dieser Broschüre nicht ausführlich
vorstellen können, gibt es auf den Websites der entsprechenden Initiativen. Die Adressen finden Interessenten im Innenteil des BINE-Themeninfos.
So wie die Forschung selber ist auch deren Organisation und Struktur im Rahmen der IEA
einem ständigen Wandel unterworfen. Diese Publikation bietet folglich einen näheren
Blick auf den Status quo in ausgewählten Themenfeldern.
Ihre BINE-Redaktion
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Impressum
ISSN
1610 - 8302
Herausgeber
FIZ Karlsruhe · Leibniz-Institut
für Informationsinfrastruktur GmbH
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Autoren und Autorinnen
Projektträger Jülich:
Dr. Claus Börner, Dr.-Ing. Peter Donat, Mira Heinze,
Dr. Hubert Höwener, Dr. Christoph Hünnekes,
Christoph Jessen, Franciska Klein, Markus Kratz,
Dr. Carsten Magaß, Degenhard Peisker,
Dr. Sabine Semke, Dr.-Ing. Hermann Stelzer,
Dr. Lothar Wissing, Dr. Hendrik Wust
Weitere: Dr.-Ing. Martin Bitter (ForWind),
Dr.-Ing. Christian Dötsch (Fraunhofer UMSICHT),
Wolfram Heckmann (Fraunhofer IWES),
Dr. Heiko Huther (AGFW), Dr. Andrej Jentsch
(AGFW), Thomas Stetz (Fraunhofer IWES),
Prof. Dr.-Ing. Christoph van Treeck (RWTH Aachen
University), Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss (Universität
Wuppertal)
Redaktion
Inhalt
Birgit Schneider
Titelbild
FotoIEdhar – Fotolia.com
3
Energieversorgung sichern
4
Energieforschung international organisiert
Das Dokument finden Sie unter www.bine.info.
6
Energieeffizienz-Technologien
Urheberrecht
13
Im Portrait: Ist internationaler Austausch
nicht auch ohne IEA möglich?
14
Erneuerbare Energien
16
En passant: Forschungsförderung auf europäisch
20
Ausblick
Version in Englisch
Eine Verwendung von Text und Abbildungen aus
dieser Publikation ist nur mit Zustimmung der
BINE-Redaktion gestattet. Sprechen Sie uns an.
Kaiserstraße 185-197, 53113 Bonn
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Fax 0228 92379-29
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BINE-Themeninfo I/2014
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Abb. 1 Die IEA hat
Energieversorgung sichern
Ziel der Internationalen Energieagentur ist es, zu einer sicheren,
klimaverträglichen und wirtschaftlichen Energieversorgung
beizutragen und ihre Mitgliedsländer energiepolitisch zu beraten.
In ihrer aktuellen vertieften Länderprüfung evaluierte die Organisation
die deutsche Energiepolitik. Deutschland engagiert sich in zahlreichen
Kooperationen des Technologie-Netzwerks der IEA.
Die Internationale Energieagentur ist eine autonome Organisation innerhalb der OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development). Sie wurde 1974 als
Reaktion der Industrieländer auf die erste Energie- bzw.
Ölkrise gegründet. Ziel war unter anderem, mit Öl-Be­
vorratung und -Verteilung langfristig die Notfallversorgung beim Ausfall von Erdölimporten zu sichern. Gründungsmitglieder waren 16 Länder, die auch Mitglieder
der OECD sind, darunter die Bundesrepublik Deutschland. Heute hat die IEA 29 Mitgliedsländer, nachdem
2014 Estland als jüngstes Mitglied beigetreten ist. Die
Europäische Union ist ebenfalls Mitglied.
Eine der wesentlichen Aufgaben der Mitgliedsländer
ist es, Energie umwelt- und klimafreundlich und zu bezahlbaren Preisen zur Verfügung zu stellen. Die Staaten
versuchen, Rahmenbedingungen zu schaffen, durch
die der Energiesektor ihrer Volkswirtschaften den größt­
mög­
lichen Beitrag zur nachhaltigen wirtschaftlichen
Entwicklung und zum Schutz der Umwelt leisten kann.
Freie und offene Märkte sind hierbei Grundprinzipien
der Energiepolitik. Diese sollen die Regierungen unter
Berücksichtigung der Versorgungssicherheit und des
Umweltschutzes umsetzen. Im Energiebereich herrschen
globale Abhängigkeiten und Auswirkungen. Aus diesem
Grund sind die Funktionsfähigkeit der internationalen
Energiemärkte sowie der Dialog darüber von großer Bedeutung.
Länderprüfungen sind ein Instrument, mit dem die IEA
gemeinsam mit internationalen Experten im Energiebereich die Energiepolitik der Mitgliedsstaaten bewertet
und Empfehlungen ableitet. Alle fünf Jahre finden sogenannte vertiefte Länderprüfungen statt. Die IEA beschei-
nigte Deutschland zuletzt eine gute Versorgungsinfrastruktur. Gleichzeitig empfiehlt die IEA, den Aus- und
Umbau der Stromnetze rechtzeitig einzuleiten. Um die
technologischen Herausforderungen des Energiekonzeptes auch zukünftig meistern zu können, solle Deutschland die Forschungsmittel weiterhin erhöhen. Die Anforderungen im Forschungsbereich müssten fortlaufend
geprüft und an die nationalen energiepolitischen Schwerpunktsetzungen angepasst werden. Bei der Ausbildung
von Ingenieuren und Wissenschaftlern im Energiebereich
solle wie bisher darauf geachtet werden, dass diese
auch zukünftigen Anforderungen gerecht wird.
Deutschlands Rolle im Netzwerk
Im Jahr 1975 wurde das Technologie-Netzwerk gegründet. Hiermit unterstützt die IEA die internationale Zusammenarbeit zur Entwicklung neuer Energietechnologien und eines nachhaltigen globalen Energiesystems.
Die Umsetzung erfolgt in internationalen Technologie­
initiativen, sogenannten Implementing Agreements. Hier
werden Arbeitsthemen, Verpflichtungen und Ziele der
Zusammenarbeit vertraglich festgelegt. Deutschland ist
heute an 28 von insgesamt 40 laufenden Implementing
Agreements der IEA aktiv beteiligt (Abb. 3). Das Committee
on Energy Research and Technology (CERT) koordiniert
alle Aktivitäten im Technologie-Netzwerk zur Energieforschung. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie vertritt hier die Bundesregierung.
29 Mitgliedsländer
(Stand: Mai 2014).
Diese sind: Australien,
Belgien, Dänemark,
Deutschland, England,
Estland, Finnland,
Frankreich, Griechenland,
Irland, Italien, Japan,
Kanada, Luxemburg,
Neuseeland, Niederlande,
Norwegen, Österreich,
Polen, Portugal,
Schweden, Schweiz,
Slowenien, Spanien,
Südkorea, Tschechien,
Türkei, Ungarn, USA.
Quelle: pogonici –
Fotolia.com
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BINE-Themeninfo I/2014
Abb. 2 Energieeffiziente Gebäude sind
ein wichtiges Thema
im TechnologieNetzwerk der IEA.
Quelle:
Bayer Material Science
Architekten:
TR Architekten, Köln
Fotografin:
Antje Schröder, Stuttgart
Energieforschung international organisiert
Um sich als energieeffiziente und umweltfreundliche
Volkswirtschaft positionieren zu können, ist ein weltweiter
Austausch über Inhalte der Energieforschung unerlässlich.
Das Technologie-Netzwerk der IEA bietet das hierfür notwendige
organisatorische Gerüst. Wichtigstes Entscheidungsgremium
ist das Committee on Energy Research and Technology.
Der Verwaltungsrat der IEA gründete 1975 das Committee on Energy Research and Development (CRD), das
später in Committee on Energy Research and Technology
(CERT) umbenannt wurde. Dieses ist für die Entwicklung
und Durchführung von Strategien im Bereich der Energietechnologien verantwortlich. Das CERT erreicht seine
Ziele durch Förderung und Unterstützung von internationalen Forschungskooperationen sowie die begleitende
Analyse von technologischen und politischen Rahmenbedingungen. Damit bildet es innerhalb der IEA das
wichtigste Gremium im Bereich Forschung und Entwicklung von Energietechnologien. In regelmäßig stattfindenden Sitzungen erarbeiten Experten förderpolitische
Empfehlungen. Zudem findet hier die Steuerung und
Kontrolle der gemeinsamen Förderaktivitäten in den Implementing Agreements statt.
Experten empfehlen Forschungsthemen
Das CERT wird von einer internationalen Expertengruppe (Experts‘ Group on Energy Technology R&D Priority
Setting and Evaluation) beraten (Abb. 3). Die Mitglieder
diskutieren Möglichkeiten der Zusammenarbeit und erarbeiten spezifische Themen für die Forschung und
Entwicklung im Bereich der Energietechnologien. Dazu
erstellt das Beratungsteam analytische Ansätze und
Roadmaps, entwickelt Strategien für die Implementierung und evaluiert Forschungsprogramme. Die unterschiedlichen energiepolitischen Themenfelder sind in
insgesamt vier Arbeitsgruppen (Working Parties) organisiert. Sie begleiten und koordinieren die Aktivitäten
der thematisch zugeordneten Implementing Agreements. Darüber hinaus unterstützen die Working Par-
ties die Arbeit des CERT mit der Formulierung spezifischer Empfehlungen. Es handelt sich um die Working
Party on Energy End Use Technologies, die Working Party
on Renewable Energy, das Fusion Power Coordinating
Committee und die Working Party on Fossil Fuels.
Hier findet die Forschung statt
Die Implementing Agreements sind multilaterale Technologieinitiativen und das Hauptinstrument der IEA bei
der Umsetzung des Technologieprogramms. Nicht jedes
Mitgliedsland erachtet alle Themenschwerpunkte der
IEA für sich als energiepolitisch relevant, wesentlicher
Vorteil ist daher die optionale Länderbeteiligung an den
Technologieinitiativen. Sie bietet den Mitgliedsländern
und anderen interessierten Ländern die Möglichkeit, an
internationaler Kooperation bei Forschung und technologischer Entwicklung, Demonstration und Verbreitung
von innovativen Technologien im Energiesektor teilzunehmen. Die Laufzeit eines Implementing Agreement
ist auf fünf Jahre begrenzt, kann aber nach Ablauf immer wieder um weitere fünf Jahre verlängert werden.
Wesentliche Voraussetzung für die Einführung eines
neuen Implementing Agreement ist eine mindestens
bilaterale Initiative sowie die Zustimmung des Verwaltungsrates.
Innerhalb der Technologieinitiativen finden die forschungs- und marktrelevanten Aktivitäten in sogenannten Tasks oder Annexes statt. Je nach Interessenslage
können die Akteure dabei entscheiden, in welchen Bereichen sie sich aktiv beteiligen. Die Koordination und
Leitung eines Tasks übernimmt ein Projektleiter, der als
Operating Agent bezeichnet wird. Der jeweilige Projektinhalt wird schriftlich festgehalten. Die wesentlichen Vorteile einer Teilnahme an einem Implementing
Agreement sind die Kooperation im F&E-Bereich, der
internationale Informationsaustausch sowie die gute
Vernetzung auf Expertenebene. Darüber hinaus können
die Mitglieder – ihren jeweiligen nationalen Interessen
entsprechend – die Arbeitsthemen und Forschungsschwerpunkte aktiv mitgestalten. Zu den Pflichten gehören die Beteiligung am Arbeitsprogramm, die Teilnahme an Sitzungen der entsprechenden Tasks oder
Annexes und die Entrichtung eines Beitrags zum Common Fund für zentrale Aufgaben.
BINE-Themeninfo I/2014
Governing Board
Directorate of Sustainable
Energy Policy and Technology
C EE R T
Experts' Group on R&D Priority setting and Evaluation
Working Party
on Fossil Fuels
Implementing Agreements:
• Enhanced Oil Recovery
• Fluidized Bed Conversion
• Gas and Oil Technologies
• Greenhouse Gas
R&D Programme
• IEA Clean Coal Centre
• Multiphase Flow Sciences
Working Party
on Renewable Energy
Working Party on Energy
End Use Technologies
Implementing Agreements:
Implementing Agreements:
• Bioenergy
• Geothermal
• Hydrogen
• Hydropower
• Ocean Energy Systems
• Photovoltaic Power
Systems
• Renewable Energy
Technology Deployment
• Solar Heating and Cooling
• Solar Paces
• Wind Energy Systems
• Advanced Fuel Cells
• Advanced Motor Fuels
• Advanced Materials for
Transportation
• Demand-Side Management
• District Heating and Cooling
• Emissions Reduction
in Combustion
• Energy Efficient
Electrical Equipment (4E)
• Energy in Buildings and
Communities
• Energy Storage
• Heat Pumping Technologies
• High-Temperature
Superconductivity
• Hybrid and Electric Vehicles
• Industrial Energy Related
Technologies
• International Smart Grid
Action Network
Fusion Power Coordinating
Committee
Implementing Agreements:
• Cooperation on Tokamak
programmes
• Environmental, Safety
and Economic Aspects
of Fusion Power
• Fusion Materials
• Nuclear Technology
of Fusion Reactors
• Plasma Wall Interaction
in TEXTOR
• Reversed Field Pinches
• Spherical Tori
• Stellarator Heliotron
Concept
Intersectoral Implementing
Agreements:
• Climate Technology
Initiative (CTI)
• Energy Technology
Systems Analysis
Programme (ETSAP)
Öffentlicher Sektor/ Internationale Organisationen/Privatsektor/NRO
Abb. 3 Organisation der IEA im Bereich Energietechnologien. Implementing Agreements, in denen Deutschland aktiv ist, sind blau markiert. Im Bereich
der IEA-Fusionsforschung (Fusion Power Coordinating Committee) ist Deutschland über die Mitgliedschaft in der EURATOM (Europäische Atomgemeinschaft)
involviert. Dieses indirekte Engagement wird nicht zur Anzahl der Implementing Agreements mit deutscher Beteiligung gezählt. Quelle: Projektträger Jülich
CERT entscheidet über Fortführung der Projekte
Jedes Exekutivkomitee ist verpflichtet, regelmäßig Jahresberichte zum Fortschritt des Programms sowie der einzelnen Tasks/Annexes vorzulegen. Vor Laufzeitende einer
Technologieinitiative müssen alle Ergebnisse in Form
eines Abschlussberichts dokumentiert und zusammen
mit dem Strategieplan für eine mögliche nächste Projektphase der zuständigen Working Party vorgelegt
­werden. Der Vorsitzende der Technologieinitiative muss
den Abschlussbericht und den Strategieplan auf einer
Sitzung der zuständigen Working Party präsentieren.
Auf Basis der hierbei geführten Diskussionen formuliert
das Exekutivkomitee der Arbeitsgruppe im Nachgang
die schriftliche Empfehlung für das CERT. Im Rahmen des
Verlängerungsverfahrens werden alle vom Implementing
Agreement und der Working Party erarbeiteten Dokumente an das CERT weitergeleitet und dienen somit als
Grundlage für die finale Entscheidung.
Wer mitforschen darf
Die Teilnahme am Arbeitsprogramm eines Implementing Agreement setzt den Beitritt der Regierung des Mitgliedslandes voraus. Die Regierung nominiert eine sogenannte Vertragspartei (Contracting Party): Dabei handelt
es sich meist um ein Ministerium oder eine Forschungseinrichtung. Jede Contracting Party stellt einen Vertreter
für das Exekutivkomitee, das die Koordination des Programms zur Aufgabe hat. Ein Vertreter übernimmt dabei
den Vorsitz. Alternativ können Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft als Sponsoren einem Implementing
Agreements beitreten. Zusätzlich besteht bei den Technologieinitiativen auch für Nicht-Mitgliedsstaaten der
IEA die Möglichkeit, als assoziierte Vertragspartei teilzunehmen. Die Implementing Agreements ermög­lichen
Forschungseinrichtungen und Unternehmen der gewerb­
lichen Wirtschaft die Kooperation in allen technologischen Bereichen der nichtnuklearen Energieforschung
und der Fusion.
Finanzierung
Hinsichtlich der Finanzierung der Technologieinitiativen
sind mehrere Formen zu unterscheiden. Zum einen gibt
es das Cost Sharing, bei dem der finanzielle Beitrag
­jedes einzelnen Partners durch Beschluss des Exekutivkomitees festgelegt und in den Common Fund eingezahlt
wird. Hieraus werden gemeinsame Aktivitäten finanziert.
Beim Task Sharing hingegen trägt jeder Partner durch
Forschungs- oder Sachbeiträge zum Arbeitsprogramm
bei. Für den Unterhalt eines Sekretariats wird auch hier
von den Mitgliedern ein vergleichsweise geringer Beitrag
in einen Common Fund eingezahlt. Ebenfalls möglich ist
eine Mischfinanzierung als Kombination aus Cost und
Task Sharing.
5
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BINE-Themeninfo I/2014
Abb. 4 Mit neuartigen,
leichten und flexiblen
Konstruktionen aus Folien
oder textilem Gewebe
lassen sich Gebäude
energetisch optimieren.
Hier zu sehen die
auffällig elementierte
Membran­fassade eines
Schulungszentrums.
Quelle: Jan Cremers,
München
Energieeffizienz-Technologien
Bis zum Jahr 2020 soll der Energieverbrauch in Deutschland bezogen auf 2008 um
ein Fünftel sinken, bis 2050 sogar um die Hälfte. Technologien zur Steigerung der Energie­
effizienz können hierzu einen wesentlichen Beitrag leisten. In der Working Party Energy End
Use Technologies erforschen und diskutieren Wissenschaftler Lösungen für einen möglichst
geringen Ressourceneinsatz. Wichtige Themen der Technologieinitiativen sind energie­
effiziente Gebäude, Smart Grids, Fernwärmenetze, Energiespeicher und Wärmepumpen.
Etwa ein Drittel der Primärenergie wird in nicht-industriellen Gebäuden wie Wohnhäusern, Büros und Schulen benötigt. Im Vergleich zu anderen Sektoren lassen sich im
Gebäudebereich mit relativ geringem Aufwand Energieverbrauch und CO2-Emissionen reduzieren. Die Entwicklung zur Energieeffizienz im Wohnungsbau ist eine der
Voraussetzungen, um den zukünftigen politischen Herausforderungen ohne Komforteinbußen begegnen zu können. Auch aus diesen Gründen ist der Bereich „Energy
in Buildings and Communities“ (EBC) das größte Implementing Agreement mit deutscher Beteiligung.
Es war eine der ersten Initiativen, die im Rahmen des
Technologie-Netzwerks gegründet wurde. Zunächst als
„Energy Conservation in Buildings and Communities“
tituliert, erhielt sie 2012 ihren heutigen Namen. Seit der
Gründung wurden 65 internationale Projekte angestoßen.
Es liegen Berichte zu 53 abgeschlossenen Vorhaben
vor. Im Moment arbeiten 25 Länder in dieser Technologie­
initiative mit. Die Zahl der Mitglieder variierte über die
vergangenen 30 Jahre. Derzeit wirken sich die Folgen
der Finanzkrise immer noch auf die Möglichkeiten zur
Mitarbeit bei einigen Ländern aus.
IEA-Publikation „Energy Technology Perspectives 2014“
Was muss passieren, damit der langfristige globale
Temperaturanstieg auf 2 °C begrenzt bleibt? Diese und
weitere Zukunftsszenarien für die nächsten 40 Jahre
beleuchtet die Internationale Energieagentur in einer
ihrer wichtigsten Publikationen, den „Energy Technology Perspectives“. Neben dem 2 °C-Szenario werden
hier auch mögliche Folgen eines Temperaturanstiegs
um 4 °C und 6 °C untersucht.
Die Analyse bietet Entscheidungsträgern mittlerweile
jährlich einen Blick auf die aktuellen, weltweiten
Entwicklungen im Energiesektor. Außerdem zeigt sie
Perspektiven auf, wie eine umweltfreundliche, sichere
und wettbewerbsfähige Energieversorgung in der Zukunft aussehen könnte. Die „Energy Technology Perspectives 2014“ verdeutlichen, dass Elektrizität für
die Weltwirtschaft zunehmend an Bedeutung gewinnt
und eine Konkurrenz zum Öl als bisher dominanter
Energieträger darstellt. Diesen Übergang erfolgreich
zu gestalten, stellt eine der größten Herausforderungen
dar. So hat sich der Elektrizitätsbedarf in den letzten
vierzig Jahren fast verdoppelt. Nach wie vor wird aber
nur ein geringer Teil auf CO2-arme Weise generiert.
Global steigt die Kohlenutzung und überschattet den
zunehmenden Fortschritt im Bereich der erneuerbaren
Energien.
BINE-Themeninfo I/2014
Aus der Praxis
Den digitalen Austausch von
Gebäudedaten vereinfachen
Zur Planung, Auslegung und Betriebsoptimierung von Gebäuden werden
verschiedene Softwarewerkzeuge eingesetzt. Building Information Modeling (BIM) ist dabei eine Methode, das digitale Abbild eines Gebäudes,
d.h. seine Geometrie, die technische Ausrüstung und die Beziehung
zwischen einzelnen Elementen, über seinen Lebenszyklus zu beschreiben. Aus Sicht der Praxis ist jedoch der Austausch von Daten zwischen
Fachplanern und Softwarewerkzeugen nicht zufriedenstellend, womit
die BIM Technologie nicht produktiv eingesetzt werden kann.
Abb. 5 Dieses Plusenergie-Gebäude erzeugt mehr Energie
als es verbraucht. Quelle: Fraunhofer IBP
Volkswirtschaften mit besonderer Relevanz auf dem
Energiesektor haben seit einigen Jahren verstärkt Interesse an der Mitarbeit gezeigt. So ist neben den klassischen OECD-Ländern auch China dem Programm bei­
getreten und leistet aktive Beiträge. Das Executive
Committee bemüht sich, weitere relevante Schwellenländer für eine Mitarbeit zu gewinnen. Deren Infrastrukturen und Städte verzeichnen die höchsten Wachstumsraten und sie verfügen über das größte Potenzial zur
Steigerung der Energieeffizienz.
Null-Energie-Gebäude als Perspektive
Das EBC hat einen strategischen Fahrplan für 2014 –
2019 ausgearbeitet. Die Ziele wurden im Executive
Committee und in einem Future Building Forum mit internationalen Experten diskutiert. Schwerpunkte der
zukünftigen Forschung sollen auf der Weiterentwicklung von Null-Energie-Gebäuden und dezentralen, umweltfreundlichen Energieumwandlungs- und Verteilungssystemen liegen. Die hierzu formulierte Vision
geht davon aus, dass diesbezügliche Technologien für
Neubauten bis zum Jahr 2030 verfügbar sind und auch
zunehmend bei der Modernisierung eingesetzt werden.
Der Auftrag des EBC Programms bis 2019 ist es, die
Transformation des Gebäudebestandes, der Quartiere
und Städte in punkto Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu beschleunigen. Hierzu sollen die Ergebnisse der
in internationaler Zusammenarbeit durchgeführten, technologie-orientierten Forschungs- und Entwicklungsvorhaben der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden.
Die deutschen Beteiligungen an diesem Programm orientieren sich seit den Anfängen an nationalen energiepolitischen Vorgaben. Bei den laufenden 15 Vorhaben
engagiert sich Deutschland besonders in den Folgenden:
• Integration of Micro-generation and
Related Energy Technologies in Buildings (Annex 54)
• Reliable Building Energy Performance
Characteri­sation Based on Full Scale Dynamic
Measurements (Annex 58)
• New Generation Computational Tools for
Building & Community Energy Systems (Annex 60)
• Business and Technical Concepts for
Deep Energy Retrofit of Public Buildings
(Annex 61).
Im deutschen Forschungsprojekt „EnEff-BIM“ simulieren und modellieren
Wissenschaftler unter Projektleitung der RWTH Aachen energieeffiziente
Neu- und Bestandsbauten mittels BIM. Hierbei steht der Austauschprozess zwischen BIM und Simulationsmodell im Mittelpunkt. Besonderes
Augenmerk liegt auf der Entwicklung eines neutralen Datenmodells zur
Übertragung von Daten zur energetischen Gebäude- und Anlagensimulation. Die Technologie soll insbesondere Fachplanern den Zugang zu
digitalen Planungsmethoden erheblich erleichtern.
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte
Projekt ist eingebunden in Annex 60 des Implementing Agreement
„Energy in Buildings and Communities“. Hier sind 37 Institutionen aus
16 Ländern beteiligt. Sie erforschen die Entwicklung der „nächsten Generation“ von Methoden zur energetischen Simulation auf Gebäude- und
Stadtquartiersebene und demonstrieren deren Einsatz und Anwendung
in der Praxis. Dazu gibt es Demoprojekte in den Bereichen Gebäude,
Stadtquartier und Gebäudeautomation.
Ziele von Annex 60 sind die internationale Zusammenführung von Entwicklungen von Modellbibliotheken zur energetischen Gebäude- und
Anlagensimulation in der Simulationssprache Modelica, womit energetische Teilsysteme und Netze (elektrisch, hydraulisch, thermisch) betrachtet werden können. Weiterhin werden Methoden zur Kopplung von verschiedenen (bestehenden) Simulationsansätzen über Co-Simulation
weiterentwickelt, um unterschiedliche Skalenbereiche Anlage/Gebäude/
Stadtquartier abbilden zu können. Drittes Ziel ist die Unterstützung digitaler Planungsmethoden mittels Building Information Modeling (BIM),
um einen produktneutralen Datenaustausch zu ermöglichen.
3 D Modell · Gebäude und TGA
IFC-Modell
eeBIM · Datenaustauschmodell
Modellica · Simulationsmodell
Abb. 6 Übersetzung von 3D-Planungsdaten in ein objektorientiertes
Simulationsmodell. Die Gebäudedaten werden über ein neutrales
Datenaustauschformat (Industry Foundation Classes IFC) übertragen.
Quelle: RWTH Aachen University
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BINE-Themeninfo I/2014
Abb. 7 Fernwärmeleitung in Berlin.
Quelle: TU Berlin
Abb. 8 Blockheizkraftwerke sind ein zentraler Baustein der
Die Akzeptanz von Smart Grids steigern
­ffektiver und deren Potenzial umfassender nutzen.
e
­Damit können sie auch zur Vermeidung von Treibhausgasen großer, fossil befeuerter Kraftwerke beitragen.
meisten Fernwärmenetze. Quelle: COMUNA-metall GmbH
Eines der jüngsten Implementing Agreements, in denen
Deutschland sich engagiert, nennt sich International
Smart Grid Action Network (ISGAN). Es wurde im Jahr
2010 ins Leben gerufen.
Abb. 9 Primär­energie­
Primary Energy Supply [TWh]
bedarf und CO2­Emissionen für das
gesamte EU27
Energiesystem in 2010
und unter der Annahme,
dass der Anteil der
Fernwärmeversorgung
und KWK (DH) auf
30 % oder 50 % steigt.
Quelle: Heat Roadmap
Europe 2050
20.000
2010
18.000
4.000
2030
2050
3.600
16.000
3.200
14.000
2.800
12.000
2.400
10.000
2.000
8.000
1.600
6.000
1.200
4.000
800
2.000
400
0
Present 12 % DH
IEA
Other renewable
Oil
Coal
30 % DH
50 % DH
Heat Roadmap Europe
Biomass
Natural gas
Nuclear
CO2 Emissions
0
CO2 Emissions [Mt]
Mit der Gründung dieser Technologieinitiative reagierte
die IEA auf aktuelle Entwicklungen im Stromsektor. Da
zunehmend regenerativ erzeugter Strom eingespeist
wird, müssen die Verteilnetze entsprechend angepasst
werden. Sie müssen in der Lage sein, elektrische Energie von dezentralen Stromerzeugern wie Photovoltaikanlagen oder Biogasanlagen aufzunehmen. Darüber
hinaus müssen sie mit der tageszeitlich und witterungsbedingt stark schwankenden Produktion der regenera­
tiven Energieanlagen umgehen können. Eine weitere
Anforderung stellt für die teilnehmenden Staaten die
erhöhte Einbindung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen dar. Diese sind nicht nur Stromabnehmer,
sondern können auch als Stromspeicher fungieren. Mit
Smart Grids lassen sich darüber hinaus Stromnetze
Im Rahmen von ISGAN wird multilateral auf den Gebieten Entwicklung und Verbreitung von Stromnetztech­
niken, deren Anwendungen und Methoden zusammengearbeitet. Ziel ist, das Verständnis und die Akzeptanz
von Smart Grid Technologien zu erhöhen. Dazu gehört
der Austausch über nationale Projekte und Programme.
Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die Entwicklung von gemeinsamen Standards und Normen.
Eine weitere Aufgabe ist es, den teilnehmenden Staaten die Erarbeitung von Regierungsstrategien in diesem
Bereich zu ermöglichen. ISGAN berät Regierungs- und
Regulierungsbehörden zum Thema Smart Grids auf Basis des vorhandenen internationalen Expertenwissens.
Wichtige Themen sind Regulierungsfragen, Finanz- und
Geschäftsmodelle, Technologieentwicklung, erforderliche Fähigkeiten und Kenntnisse von Arbeitskräften sowie
die Einbindung und Verpflichtung von Konsumenten
und Produzenten.
In Kooperation mit der IEA und anderen will ISGAN den
regionalen und globalen Nutzen von Smart Grids international auf höchster politischer Ebene deutlich machen. Zur Umsetzung seiner Ziele werden existierende
Smart Grid Programme der Mitgliedsstaaten erhoben
und katalogisiert sowie Kosten von Technologien, deren
Anwendungen und Systeme analysiert. Hierzu entstehen in Mitgliedsstaaten große Testzentren. Diese geben
Auskunft über die Möglichkeiten der nationalen Technologien. Stromtransport- und Stromverteilungssysteme
werden unter Nutzung von Smart Grid Technologien bewertet, um deren Entwicklung und Anwendung zu beschleunigen.
Effizienz-Potenziale der Fernwärme ausschöpfen
Nach Analysen in der „Heat Roadmap Europe 2050“
werden aktuell rund 60 Millionen EU-Bürger mit Energie
aus Fernwärmesystemen versorgt. Diese Anlagen decken
aber nur einen Teil des Wärmebedarfs der Städte, die
sie beliefern. Rund 57 % der EU-Bevölkerung lebt in Regionen mit wenigstens einem Fernwärmesystem. Die
Aus der Praxis
Intelligente Netze weltweit testen
SE
EE
LV
LT
UK
PL
NL
BE
LU
DE
CZ
SK
AT
FR
HU
SI
PT
BG
ES
EL
CY
MT
5.000 – 80.000
EU27
80.000 – 500.000
Non EU27
100
90
80
77
70
Brenner 1, 20
RO
IT
9
Wissenschaftler, die Smart-Grid-Anwendungen entwickeln und testen,
58
haben sich im Smart Grid International Research Facilities60Network
(SIFRN) zusammengeschlossen. Das koordinierte Netzwerk 50
soll dazu
beitragen, Ergebnisse aus gemeinsamen Testreihen für ein verbessertes
40
Design und die praktische Anwendung von Smart Grids zu nutzen.
Es
ist Teil des „International Smart Grid Action Network“ (ISGAN)30
der Internationalen Energie-Agentur. Die beteiligten Forschungsinstitute aus
20
insgesamt zehn Ländern entwickeln gemeinsam Testprozeduren
und
nutzen dafür ihre Labore mit den entsprechenden Anlagen und Mess10
instrumenten. Neue Testverfahren werden auf ihre internationale An- 4
wendbarkeit hin geprüft. In Deutschland geschieht dies im Testzentrum
0
Mo
Di
für intelligente Netze und Elektromobilität am Fraunhofer-Institut für
18. bis 24. Okto
Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel.
FI
IE
Anzahl Brennerstarts
BINE-Themeninfo I/2014
Hier testen die Forscher neue Betriebsmittel und Betriebsverfahren für Brenner 2, 2
intelligente Nieder- und Mittelspannungsnetze. Sie untersuchen die
Netzintegration und Netzkopplung von Elektrofahrzeugen und deren
Versorgung mit Strom aus erneuerbaren Energien. Photovoltaiksysteme,
Windenergieanlagen, Speicher- und Hybridsysteme werden ebenfalls
getestet und analysiert. Auf dem 80.000 m2 großen Freigelände können
entsprechende Anlagen aufgebaut werden. Weiterhin gibt es hier konfigurierbare Verteilnetzabschnitte (Niederspannung und Mittelspannung) sowie eine Fahrtstrecke, die die Möglichkeit bietet, induktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge zu testen.
> 500.000
Abb. 10 Fernwärmesysteme in Europa für Städte mit mehr
als 5.000 Einwohnern. Quelle: Halmstad University (Sweden):
District Heating and Cooling Database 2013
Studie kommt zu dem Schluss, dass die Versorgung mit
Fernwärme für Gebäude weiter ausgebaut werden
könnte, auf 30 % Marktanteil in 2030 und 50 % in 2050.
Dazu müssen unter anderem vorhandene Technologien
und Systeme weiter optimiert werden.
Das Implementing Agreement District Heating and Cooling (DHC) beschäftigt sich mit Forschung und Entwicklung
rund um die Themen Fernwärme, Fernkälte und KraftWärme-Kopplung. Die Grundidee dahinter: Werden
mehrere Gebäude über ein Rohrleitungsnetz verbunden, so können umweltfreundliche Wärme- und Kälteerzeuger die Verbraucher durch Bedarfsausgleich effizienter versorgen. Zu den eingesetzten Technologien zählen
hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, die Nutzung von industrieller Abwärme oder Solarthermie für
die Beheizung sowie die Verwendung von Grundwasser
oder Kälte aus Wärme für die Gebäudekühlung. Die
Kraft-Wärme-Kopplung ist ein zentraler Baustein der
meisten Fernwärmenetze. Die Verteilung kann sowohl
in großen, ausgedehnten Netzen mit zentralem Erzeuger
oder mehreren dezentralen Erzeugern, als auch in kleineren Inselnetzen erfolgen. Laut „Heat Roadmap Europe
2050“ wird ein Ausbau der Fernwärmeversorgung den
Primärenergiebedarf aus fossilen Energieträgern senken
sowie die CO2-Emissionen reduzieren.
Im Annex TS1 „Low Temperature District Heating for Future
Energy Systems“ ist Deutschland als Operating Agent aktiv. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das Potenzial
von Niedertemperatur-Fernwärmesystemen zu bewerten.
Schwerpunkte liegen vor allem auf der Kosteneffizienz,
Im ersten Laborbereich können dezentrale Energieerzeugungseinheiten
bis zu einer Anschlussleistung von 6 MVA gemäß aktueller Normen und
Richtlinien für den Anschluss an das Mittel- und Niederspannungsnetz
geprüft werden. Da die Prüflinge einen großen Leistungsbereich von
wenigen kW bis zu mehreren MW haben, verfügt das Fraunhofer IWES
über verschiedene Testeinrichtungen. Mit diesen können Netzsituationen
wie Netzfehler, Frequenz- und Spannungsschwankungen generiert
werden. Für PV-Wechselrichter wird auf der Gleichstrom-Seite eine PVGenerator Nachbildung zur flexiblen und reproduzierbaren Speisung
mit einer maximalen Leistung von 3 Megawatt bereitgestellt. Der zweite
Laborbereich ist mit Experimentieranlagen zur Netzintegration von
Elektrofahrzeugen und Stromspeichern ausgestattet.
Abb. 11 Prüflabor für Netzintegration im IWES-SysTec.
Quelle: Fraunhofer IWES, Tom Prall
Abb. 12 Fraunhofer IWES SysTec: Testgelände mit Prüfhalle, Fahrstrecke und angren­zender kommerzieller PV-Anlage. Quelle: Fraunhofer IWES, Volker Beushausen
10
BINE-Themeninfo I/2014
North America 3 %
Europe 7 %
1.200
Eastern Asia 6 %*
875
700
50
54
33
Installed capacity [GW]
Storage systems
Total generating capacity
* Japan, China, Korea, Taiwan
Abb. 13 Weltweit installierte Speicherkapazität und installierte Stromerzeugungsleistung. Quelle: Fraunhofer UMSICHT
den Einsatzmöglichkeiten erneuerbarer Energien sowie
der CO2-Reduktion auf kommunaler Ebene. Dazu sollen
Werkzeuge, Leitfäden, Empfehlungen, Best practice-Beispiele und Hintergrundinformationen für Entscheidungsträger im Gebäude-, Energie- und Politikbereich erstellt
werden. In halbjährlich stattfindenden Workshops stellen
die Beteiligten den aktuellen Stand ihrer nationalen
Projekte vor.
Der deutsche AGFW-Verband verwaltet Annex X. Dieses
Forschungsprogramm läuft von 2011 bis 2014 und befasst
sich mit den folgenden Themen:
• V
erbesserte Instandhaltungsstrategien
für Fernwärmeleitungen
• W
irtschaftliche und technische Optimierung
der Integration von erneuerbaren Energien und
Abwärmenutzung in Fernwärmesysteme
• S
chritte zur Fernwärme der vierten Generation:
Erfahrungen und Potenziale der
Niedertemperatur-Fernwärme
• Entwicklung eines universellen Modells und
Abb. 14 Mobiler
Sorptionsspeicher.
Quelle: ZAE Bayern,
Andreas Krönauer
Berechnungswerkzeugs zur Bestimmung des
Primärenergiefaktors und der CO2-Emissionen in
Fernwärme- und Fernkältesystemen.
Schlüsselkomponente Energiespeicher
Ziele des Implementing Agreements Energy Conservation through Energy Storage (ECES) sind die gemeinsame
Forschung, Entwicklung, Demonstration und der Transfer
von Informationen im Bereich der Energiespeicherung.
Die Umwelt- und Energieeffizienzvorteile integrierter
Energiespeichersysteme sollen quantifiziert und die Ergebnisse international verbreitet werden. Die Markteinführung und die Verbreitung von Energie­speicher­tech­no­
logien sollen durch Vernetzung verschiedener Akteure
und Interessen beschleunigt werden. Die Stock-Konferenz ist die bedeutendste und größte wiederkehrende
Aktivität zur Verbreitung aktueller Forschungsergebnisse und Entwicklungen. Sie findet alle drei Jahre an wechselnden Orten statt. Ein strategisches Ziel von ECES für
die nächsten Jahre ist es, den Nutzen von Speichertechnologien für Umwelt und Energieeffizienz weiter zu dokumentieren.
Energiespeichertechnologien sind eine strategische
und notwendige Komponente für die effiziente Nutzung
erneuerbarer Energiequellen und Energieeinsparung.
Die thermische Speicherung von Abwärme und Wärme
aus erneuerbaren Energien verringert die Energieverluste
und trägt zur Reduzierung des Primärenergiebedarfes
an fossilen Energieträgern bei. Eine effektive Integration
erfolgt durch Kurz- und Langzeit-Energiespeicher. Thermische und elektrische Energiespeichersysteme bieten
die Möglichkeit der Kopplung von Angebot und Nach­
frage und ermöglichen so eine höhere und effizientere
Nutzung fluktuierender Energiequellen. Wärmespeicher
können auch zur Kühlung und Klimatisierung genutzt
werden und reduzieren den Strombedarf zu Spitzenlastzeiten.
BINE-Themeninfo I/2014
Aus der Praxis
Speicherbedarf besser vorhersagen
Im internationalen Vorhaben „Electric Energy Storage – Future Energy
Storage Demand“ (Annex 26) von ECES liegt der Fokus auf elektrischen
Speichern. Die Teilnehmer analysieren, welche technischen und ökonomischen Randbedingungen für elektrische Speicher weltweit vorliegen. Weiterhin werden Methoden zur Bestimmung des Energieausgleichsbedarfs aufgezeigt. Verschiedene Anwendungen der elektrischen
Speicher werden beleuchtet sowie alternative und konkurrierende
Technologien aufgezeigt. Außerdem sollen aus dem Projekt Leitlinien
entwickelt werden zum Testen von Speichersystemen.
Abb. 15 Pumpspeicherkraftwerke gleichen schwankende
Stromlasten aus und können Lastspitzen decken. Hier das
Werk Wendefurth im Harz. Quelle: Mazbln (Eigenes Werk)
via Wikimedia Commons
Latentwärmespeicher in Kühlschränken könnten mit dazu beitragen, die Flexibilität des Stromnetzes zu erhöhen. Ist der Strom
günstig oder ein Überschuss (Peak) vorhanden, wird zusätzliche
Kälte erzeugt und gespeichert. In Zeiten hoher Strompreise
oder geringerer Stromproduktion kann der Kühlschrank seine
Kälte aus dem Speicher beziehen. Aktuell untersuchen deutsche Wissenschaftler Potenziale und technische Möglichkeiten
dieser Idee. Ein internationaler Austausch darüber findet im
Rahmen des Annex 28 „Integration of Renewable Energies
by Distributed Energy Storage Systems“ des ECES statt. Dabei
sollen die Möglichkeiten aller Energiespeichertechnologien in
dezentralen Anwendungen quantifiziert und technische sowie
ökonomische Hindernisse identifiziert werden.
Weitere Beispiele für Forschungsvorhaben, in denen Deutschland sich engagiert, sind:
• T hermal Response Test for
Underground Thermal Energy Storages (Annex 21)
• Surplus Heat Management using Advanced TES
for CO2 mitigation (Annex 25)
• E
lectric Energy Storage:
Future Energy Storage Demand (Annex 26)
• Material Research and Development
for Improved TES Systems (Annex 29).
Aus Deutschland nehmen an diesem Forschungsvorhaben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT teil. Sie haben für 146 Modellregionen in Deutschland
die Differenz aus Stromverbrauch und -erzeugung berechnet, den sogenannten Energieausgleichsbedarf. Das Modell zur Bestimmung
dieses Bedarfs nennt sich MELENA. In dieses Modell fließen zunächst
die Verbrauchslast, die Einspeisung aus erneuerbaren Energien sowie aus KWK-Anlagen ein. In einem zweiten Schritt berechnet MELENA
den erforderlichen Einsatz von konventionellen Kraftwerken sowie
Pumpspeicherkraftwerken, um den restlichen Strombedarf zu decken.
Der verbleibende Energieausgleichsbedarf ist positiv, wenn weiterhin
Energiebedarf besteht und negativ, wenn ein Energieüberschuss vorhanden ist. Auf diese Weise ermittelten die Wissenschaftler für jede
Region einen jährlichen Verlauf der auszugleichenden Leistung. Basierend auf der Leitstudie 2010 konnten so Szenarien für die Jahre
2020, 2030 und 2050 entworfen werden. Hier ist zu erkennen, in welchen
Regionen es langfristig zu Stromüberschüssen oder Strombedarf
kommen wird. Diese Erkenntnisse können die Basis bilden für Entscheidungen über den Bau von Energiespeichern, den Ausbau des
elektrischen Netzes sowie Formen des Last- und Erzeugungsmanagements. Die Ergebnisse der Analyse werden aktuell in dem Projekt
­„Akzente – Gesellschaftliche Akzeptanz von Energieausgleichsoptionen und ihre Bedeutung bei der Transformation des Energiesystems“
weiter verwendet. Ziel des Projektes ist es, Technologien zum Energieausgleich hinsichtlich ihrer technischen Potenziale und in Bezug auf
ihre gesellschaftliche Akzeptanz zu untersuchen.
1 (neg. EAB)
0.9
0.8
0.0
0.6
0.5 (ausgeglichen)
0.4
Zentrale Informationsstelle zu Wärmepumpen
In Europa wurden in den letzten Jahren jährlich etwa 750.000
Wärmepumpen verkauft. Die Bedeutung und Popularität dieser
Technologie ist in den verschiedenen Ländern sehr unterschiedlich. Sie ist abhängig vom Strompreis und dem Preis anderer
Energieträger. Daneben spielen die energetische Infrastruktur
des Landes sowie Wohlstand, ökologisches Bewusstsein der
Bevölkerung und die klimatischen Bedingungen eine Rolle.
International gesehen hat Japan eine Sonderrolle. Hier werden
mehr Wärmepumpen verkauft als in ganz Europa. Es handelt
sich meistens um reversible Luft/Luft-Wärmepumpen. In Europa
wächst der Anteil von Anlagen mit der Wärmequelle Außenluft
0.3
0.2
0.1
0 (pos. EAB)
Abb. 16 Anteil des negativen Energieausgleichbedarfs (EAB) in den
146 Modellregionen für das Szenario „2020 mit stromgeführten KWK-Anlagen“.
Quelle: Fraunhofer UMSICHT
11
12
BINE-Themeninfo I/2014
Abb. 17 – 19 Beispiel einer Großwärmepumpe im Einsatz: A2A in Mailand. Quelle: Friotherm AG, Winterthur (Schweiz).
Power Tower in Linz: Die Wärmegewinnung erfolgt aus dem Grundwasser. Quelle: Energie AG Oberösterreich, Linz (Österreich)
gegenüber denen mit Erdreich. Die kostengünsti­ge Erschließung der Wärmequelle ist dabei entscheidend.
Das Implementing Agreement „Heat Pump Programme“
(HPP) befasst sich mit den Technologien Wärmepumpen,
Klimatisierung und Kältetechnik. Mitgliedsländer sind:
Österreich, Kanada, Dänemark, Finnland, Frankreich,
Italien, Japan, Niederlande, Norwegen, Südkorea,
Schweden, Schweiz, Großbritannien, USA und Deutschland. Seit seiner Gründung Ende der siebziger Jahre
wurden 43 internationale Projekte initiiert. Das kürzlich
abgeschlossene Vorhaben „Thermally Driven Heat Pumps
for Heating and Cooling (Annex 34)“ fand mit deutscher
Beteiligung statt (Abb. 20). Bei den momentan zehn
laufenden Vorhaben des HPP ist Deutschland an den
folgenden beteiligt oder plant eine Beteiligung:
• A
pplication of Industrial Heat Pumps (Annex 35)
• S
olar and Heat Pump Systems (Annex 38)
• A Common Method for Testing and Rating
of Residential HP and AC Annual/
Seasonal Performance (Annex 39)
• Heat Pump Concepts for Nearly Zero –
Energy Buildings (Annex 40)
• Heat Pumps in Smart Grids (Annex 42)
• Fuel Driven Sorption Heat Pumps (Annex 43)
HPP mit dem internationalen Informationsdienstleister
„Heat Pump Centre“ in Schweden ist ein weltweiter Informationsservice für Expertisen und Informationen be-
Abb. 20 Teststand
zur Vermessung von
Siedekennlinien im
Rahmen des
Projektes SORCOOL
(HPP Annex 34).
Quelle: Fraunhofer ISE
züglich Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit der
Wärmepumpentechnologie. Es richtet sich an nationale
und internationale Akteure, die dazu beitragen können,
den Einsatz der Wärmepumpen zu unterstützen. Die
Zielgruppen sind Entscheidungsträger, Energieagenturen, Hersteller, Forscher, Versorgungsunternehmen, Planer, Endkonsumenten, Installateure und andere Organisationen. Das Zentrum informiert über neue Projekte
und liefert die dazugehörigen Kontaktdaten. Außerdem
publiziert es einen Jahresbericht zur Forschung und Entwicklung sowie zur Marktentwicklung in den Mitgliedsstaaten.
Neben der Verbreitung von Informationen ist die wesentliche Aufgabe des HPP, die internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Wärmepumpentechnik bezüglich Forschung, Entwicklung und Verbreitung zu stärken
und den Fortschritt der Technik in punkto Energieeffizienz,
Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit zu beschleunigen.
Clean Coal Centre
Das Implementing Agreement „Clean Coal Centre“ wurde 1975 gegründet, damals unter dem Namen „IEA Coal
Research“. Es gehört zur Working Party on Fossil Fuels
(WPFF). Die Technologieinitiative stellt Informationen
über die effiziente und umweltfreundliche Kohlenutzung (Förderung, Transport, Nutzung) weltweit zur Verfügung. Dazu zählen Studien, Analysen und allgemeine
Informationen, die das „Clean Coal Centre“ regelmäßig
veröffentlicht. Ein Team aus Experten sammelt, analysiert und verteilt diese Informationen. Darüber hinaus
veröffentlicht das Implementing Agreement technische
Berichte und Bewertungen.
Weiterhin identifizieren Experten zukünftigen Forschungsbedarf. Das „Clean Coal Centre“ stellt die erforderliche
Infrastruktur für einen internationalen Forschungsaustausch zur Verfügung. Teilnehmende Länder können auf
entsprechende Netzwerke zurückgreifen. Es werden
Workshops und Konferenzen organisiert. Außerdem
stellt das Clean Coal Centre seinen Mitgliedsstaaten Beratung durch seine Experten zu verschiedensten Aspekten der Kohlenutzung zur Verfügung.
Das „Clean Coal Centre“ ist eine Non-Profit-Organisati-
BINE-Themeninfo I/2014
Im Portrait
Ist internationaler Austausch
nicht auch ohne IEA möglich?
Dr. Sabine Semke
Leiterin Geschäftsbereich Energietechnologien,
Projektträger Jülich,
Forschungszentrum Jülich GmbH
Abb. 21 Kohlekraftwerk mit Vergasungstechnik in
Puertollano in Spanien. Quelle: Siemens-Pressebild
on, die sich hauptsächlich aus den Beiträgen ihrer Mitgliedsstaaten sowie aus Sponsorenbeiträgen von Industriepartnern finanziert. An seinem Sitz in London
sind rund 20 Mitarbeiter beschäftigt. Dabei handelt es
sich um Ingenieure, Wissenschaftler und Informationsspezialisten.
Selbstverständlich kann in der Energieforschung auf vielen Wegen
international kooperiert werden. Vor allem auf europäischer Ebene
ist das Forschungsrahmenprogramm „Horizont 2020“ eine wichtige
Plattform hierfür. Für bestimmte Zwecke bietet allerdings das
IEA-Programm Vorteile, denn es wirkt weit über europäische Grenzen
hinaus. Dies schließt nicht nur IEA-Mitgliedsstaaten wie USA und
Japan ein, sondern umfasst zunehmend auch dynamische Wachstumsmärkte wie China und Indien. Ich möchte aber auch auf die bewährte
Praxis innerhalb der IEA-Forschungs- und Entwicklungskooperationen,
d.h. in den Implementing Agreements selbst hinweisen, in denen die
Teilnehmer die fachliche Ausrichtung und die Umsetzung der Arbeiten
sehr stark selbst gestalten können. Hinzu kommt die Nutzung von
Ergebnissen, sei es aus gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsprojekten oder aber aus dem Informationsaustausch. Beides wird
nach unseren Erfahrungen von den Projektpartnern als Vorteil
angeführt, für den sich der zusätzliche Aufwand, ohne den auch die
IEA-Kooperation nicht auskommt, lohnt. Durch meine Mitarbeit in der
End-Use Working-Party habe ich letztendlich den Eindruck gewonnen,
dass die Beteiligung an ausgewählten IEA-Aktivitäten sowohl für die
einzelnen Projektpartner aber auch für die Energieforschung
Deutschlands insgesamt eine Bereicherung darstellt.
Webadressen aller Implementing Agreements mit
deutscher Beteiligung in einzelnen Working Parties
Working Party on Energy End-Use Technologies
Advanced Fuel Cells: www.ieafuelcell.com
Advanced Materials for Transportation: www.iea-ia-amt.org
Advanced Motor Fuels: www.iea-amf.org
District Heating & Cooling: www.iea-dhc.org
Energy in Buildings and Communities: www.iea-ebc.org
Emissions Reduction in Combustion: www.ieacombustion.net
Energy Conservation Through Energy Storage: www.iea-eces.org
Heat Pumping Technologies: www.heatpumpcentre.org
High-Temperature Superconductivity: www.superconductivityiea.org
Hybrid Electric Vehicles: www.ieahev.org
Industrial Energy-Related Technologies and Systems:
www.iea-industry.org
International Smart Grid Action Network: www.iea-isgan.org
Working Party on Fossil Fuels
Clean Coal Centre: www.iea-coal.org
Greenhouse Gas R&D: www.ieaghg.org
Fusion Power Coordinating Committee
Fusion Materials: www.iea.org/techinitiatives/fusionpower/
fusionmaterials/
Plasma-Wall Interaction in Textor:
www.iea.org/techno/iaresults.asp?id_ia=33
Stellarator-Heliotron Concepts: http://iea-shc.nifs.ac.jp/
Cooperation on Tokamak Programmes:
www.iea.org/techno/iaresults.asp?id_ia=28
Dr. Andreas Hauer
Bereichsleiter Energiespeicherung,
ZAE Bayern
Im wissenschaftlichen Bereich ist das durchaus denkbar. Man
tauscht sich gerne ja aus. Es findet aber de facto nirgends in einem
vergleichbaren Maße statt. Ohne die IEA würden sich kaum Wissenschaftler aus 10 oder mehr Ländern regelmäßig zu einem offenen
Austausch treffen und versuchen, zu bestimmten energietechnischen
Fragestellungen für alle gleichermaßen gültige Antworten zu formu­
lieren. Der Rahmen, den uns die IEA hier bietet, ist, neben dem
Organisatorischen, vor allem deshalb so attraktiv, weil die Ergebnisse
in einer Art Destillationsprozess für die Entscheidungsträger auf­
bereitet werden und das in einem globalen Maßstab.
Ich habe in mehreren Arbeitsgruppen mitgearbeitet und auch in
den höheren Ebenen der IEA-Hierarchie miterlebt, wie Aussagen aus
Forschung und Entwicklung verschiedener Energietechnologien in
globale Szenarien oder Roadmaps einfließen. Eine solche Einflussnahme auf politische Entscheidungsprozesse bietet sich einem
Forscher selten. Und – ganz entscheidend an dieser Stelle – das hat
nichts mit Geld zu tun. Wenn Sie so wollen: Lobbyarbeit auf inhaltlicher Ebene!
Aus meiner IEA-Tätigkeit haben sich übrigens im Laufe der Jahre
mehrere konkrete internationale F&E-Projekte entwickelt. Das
„Technology Network“ der IEA ist also durchaus tragfähig.
13
14
BINE-Themeninfo I/2014
Abb. 22 Europas größtes
solares Fernwärmesystem
in Marstal (Dänemark).
Quelle: Marstal
Fjernwarme
Erneuerbare Energien
Mit einem Anteil von rund einem Viertel an der Strom­
versorgung haben die erneuerbaren Energien den Sprung
auf die vorderen Plätze in Deutschlands Stromversorgung
geschafft. Sie tragen dazu bei, den Wirtschaftsstandort zu
stärken und leisten einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz.
Solares Heizen und Kühlen sowie Photovoltaik, Wind­
energie und Geothermie sind wesentliche Forschungs­
felder, in denen sich Deutschland in der Working Party
on Renewable Energy engagiert.
Das Implementing Agreement Solar Heating and Cooling
(SHC) wurde 1977 als eines der ersten Programme der
IEA aufgelegt. Aktuell nehmen 21 Länder aus allen Kontinenten teil, die Europäische Union, das Zentrum für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz der westafrikanischen Wirtschaftsgemeinschaft mit 15 Ländern sowie das
Zentrum für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz mit
13 arabischen Ländern. Diese kooperieren mit weiteren
Implementing Agreements und Solarindustrieverbänden.
Abb. 23 Im Projekt
„Towards Net Zero
Energy Solar Building“
(SHC Task 40) wurden
weltweit rund 300
Null- und Plusenergiegebäude analysiert
und bewertet. Die
Ergebnisse wurden
digital aufbereitet.
Quelle: Bergische
Universität Wuppertal,
Eike Musall
Eine Vision von SHC ist, dass bis 2050 entscheidende
Einsparungen im Energieverbrauch durch den Einsatz
von passiven solaren Komponenten und Tageslichtnutzung umgesetzt sind. Weiterhin soll sich mit installierten solarthermischen Anlagen mit einer Nennleistung
von 5 kWth pro Person die Solarthermie als wichtigste
Energiequelle (50 %) für Niedertemperaturwärme bis
250 °C und Kälte durchgesetzt haben. Dies entspricht
den Zielvorgaben der European Technology Platform on
Renewable Heating & Cooling.
Schwerpunkte der Solarforschung
Solarenergietechnologien und Bauen mit aktiven Komponenten (solarthermisch unterstütztes Heizen und Kühlen,
Solarstromerzeugung), mit passiven Komponenten und
Tageslichtnutzung sind unabdingbar für eine nachhaltige
Energiezukunft. SHC unterstützt die Entwicklung mit Forschungsvorhaben zu präziseren solaren Einstrahlungsdaten, weltweit standardisierten Teststandards und
-zertifizierungen. Die regelmäßige Veröffentlichung der
Marktanalyse von solarthermisch unterstütztem Heizen
und Kühlen soll die Verbreitung dieser Technologie fördern. Die Schwerpunkte der SHC-Forschung sind konkret:
kostengünstige Solarsysteme, solares Kühlen und solare
Prozesswärme, Bauen in heißem und schwülem Klima,
solare Fassaden, solar aktive Häuser, solare Stadtplanung, Smart Grids, Fernwärme, Power to Heat und die
akademische Ausbildung in SHC-Themen.
Deutschland arbeitet in allen 12 zurzeit laufenden Tasks
aktiv mit und ist bei drei Tasks als Operating Agent federführend tätig. Diese lauten:
• P
olymeric Materials for
Solar Thermal Applications (Task 39)
• Advanced Lighting Solutions for
Retrofitting Buildings (Task 50)
• Solar Heat and Energy Economics
in Urban Environments (Task 52).
Mit der einmal jährlich tagenden „Solar Heating and Cooling Conference for Building and Industry“ unterstützt
SHC den Austausch über neue wissenschaftliche Arbeiten, Märkte und politische Rahmenbedingungen.
BINE-Themeninfo I/2014
Abb. 24 Visualisierung: So könnte ein Bürogebäude mit Fassaden­
Abb. 25 SHC Solar Award 2013 für ein solares Nahwärmesystem der Drake
kollektoren von außen aussehen. Quelle: Universität Stuttgart, IBK2
Landing Company in Kanada. Quelle: Minister of Natural Resources Canada
Aus der Praxis
Methodischer Ausgangspunkt der Betrachtung waren internationale Pilotprojekte, die einen Ausgleich ihres nicht erneuerbaren
Energieverbrauchs und damit verbundenen Klimagasemissionen
zum Ziel haben. Dies sollte durch Gutschriften aus Energieeinspeisung in Netze erreicht werden. Dabei übernehmen die Netze
den Ausgleich zwischen Energieangebot und Nachfrage. Gebäudeintegrierte Speicher können dies im saisonalen Maßstab bisher
nicht leisten, insbesondere nicht beim hochexergetischen Anteil.
Mit der Neufassung der EU-Gebäuderichtlinie wurden 2010 die
„Nearly Zero Energy Buildings“ als Zielsetzung für den Neubaustandard 2020 festgeschrieben und in der deutschen Fassung mit
„Niedrigstenergiegebäude“ beschrieben. Auch hierbei geht es um
energieeffiziente Gebäude, bei denen wesentliche Anteile des Bedarfs durch Erneuerbare Energie bilanziell ausgeglichen werden.
Mit der Version 2013 wurde das Programm „EnerCalC“ zu einer ganzheitlichen Energie- und Emissionsbilanzierung von Niedrigst-, Nullund Plusenergiegebäuden erweitert. Es steht frei über die EnOBWebseite zur Verfügung (www.enob.info).
Zum besseren Verständnis der vielen Demonstrationsprojekte entstanden eine Buchpublikation und eine internationale Gebäudedatenbank. Diese ist an eine Projektweltkarte auf der EnOB-Webseite angebunden (Abb. 23).
250
200
150
100
50
0
0
50
100
150
Primärenergieverbrauch [kWh/m2NGFa]
200
250
EFH Neubau EFH Sanierung
MFH Neubau MFH Sanierung
Verwaltung Neubau
Siedlung
Verwaltung Sanierung
Bildung Neubau
Bildung Sanierung
GPWL Neubau
Andere Typologie Neubau
Andere Typologie Sanierung
Abb. 26 Primärenergieverbrauch und -gutschriften für eine Auswahl von
internationalen Projekten. Quelle: Univ. Wuppertal, btga
50
40
30
20
10
0
– 10
– 20
– 30
– 40
– 50
Monat: 1
[kWh/m2]
Im Kontext des Förderkonzepts „Energieoptimiertes Bauens“ (EnOB)
des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie ist es wesentliche Aufgabe der wissenschaftlichen Begleitforschung, die Ergebnisse von Demonstrationsgebäuden systematisch zu dokumentieren und Querschnittsanalysen zu erstellen. Eine ganze Reihe von
Projekten verfolgten das Ziel einer ausgeglichenen oder positiven
Jahresenergiebilanz. Da methodische Fragen der Bilanzierung und
Bewertung noch ungeklärt waren, bot sich im Kontext einer international vergleichbaren Ausgangslage die Gründung einer gemeinsamen Forschungsplattform im Rahmen der IEA an. Die Expertengruppe „Towards Net Zero Energy Solar Buildings“ wurde 2008
aufgrund einer Initiative der Universität Wuppertal als gemeinsame
Aktivität zwischen dem SHC und dem EBC ins Leben gerufen. Daran
waren 18 Länder beteiligt. Ende 2013 wurden die Arbeiten abgeschlos­
sen. Unter deutscher Leitung stand die Bearbeitung der metho­
dischen Aspekte. Darüber hinaus wurden Fallbeispiele aus EnOB
systematisch im internationalen Kontext analysiert und bewertet.
Primärenergiegutschrift [kWh/m2NGFa]
Niedrigst-, Null- und Plusenergiegebäude besser verstehen
2
3
4
5
Restbedarf/Überschuss
Sonstiger Strombedarf
TWW-Erwärmung
6
7
8
Strom aus PV
Lüften
Kühlen
9
10
11
12
Strom aus KWK
Beleuchten
Heizen
Abb. 27 Darstellung einer monatlichen Gesamtenergiebilanz aus
Erzeugung und Bedarf in EnerCalc 2013. Quelle: Markus Lichtmeß
15
16
BINE-Themeninfo I/2014
Abb. 28 Prüfstand zur Bewertung verschiedener PV-Modul­
Abb. 29 PV-Anlage zum Antrieb einer Bewässerungsanlage
technologien (PVPS Task 13). Quelle: TÜV Rheinland
im Jemen (PVPS Task 9). Quelle: Fraunhofer ISE
Märkte für Photovoltaik verschieben sich
voltaik, netzgekoppelte PV-Systeme oder Inselsysteme.
Seit der Gründung im Jahre 1993 sind inzwischen 28
Teilnehmerländer sowie Organisationen aus aller Welt
aktiv an der Umsetzung dieser Ziele beteiligt. Eine wichtige Aufgabe ist es, unabhängige und zuverlässige Informationen und Daten von den Teilnehmerländern zu
diesem Themenkomplex zu erstellen. Dazu gehören der
jährliche Statusbericht des PVPS mit Detailberichten
aus den einzelnen Ländern und ein Trendbericht zu aktuellen technologischen und wirtschaftlichen Entwicklungen
sowie politischen Fördermaßnahmen von Photovoltaik-­
Anwen­dungen. Darüber hinaus werden Informationsveranstaltungen und Konferenzen durchgeführt. Die Teilnehmer der Arbeitsgruppen bestehen aus den führenden
Photovoltaik-Forschungseinrichtungen und -Unternehmen
aus den Teilnehmerländern des PVPS. In den folgenden
Forschungsvorhaben ist Deutschland aktiv beteiligt:
Im Jahr 2011 fanden in Italien und Deutschland die meisten PV-Installationen, bezogen auf den europäischen Markt
statt. Auch global gesehen zählen diese beiden Länder
zu den wichtigsten Absatzmärkten. Die neu installierte
PV-Leistung sank im Jahr 2012 für ganz Europa auf 17 GW,
verglichen zum Vorjahr mit 23 GW. Im Gegensatz dazu zeigten außereuropäische Länder wie China, USA, Japan und
Australien ein schnelles Wachstum. Asien scheint der
neue Dreh- und Angelpunkt für den PV-Markt zu werden.
Neben China und Japan spielen Thailand, Korea, Taiwan
und Indien eine immer wichtigere Rolle.
Das Implementing Agreement „Photovoltaic Power Systems“ (PVPS) hat die gemeinschaftliche Erforschung
und Entwicklung von Photovoltaik-Anwendungen zur Umwandlung solarer Energie in elektrische Energie als Zielsetzung. Durch den Übergang der Photovoltaik von einem kleinen Nischenmarkt zu einem für die weltweite
Energieversorgung relevanten, schnell wachsenden
Wirtschaftszweig ergibt sich ein hoher Bedarf an zuverlässigen Informationen zur Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von PV-Systemen, technischen Richtlinien,
Planungshilfen, Anreiz- und Finanzierungsmodellen.
Betrachtet werden dabei insbesondere auch spezifische Fragestellungen wie die gebäudeintegrierte Photo-
• Exchange and dissemination of information on
photovoltaic power systems (Task 1)
• Very large scale photovoltaic power generation
systems in remote areas (Task 8)
• D
eploying PV Services for regional development (Task 9)
• Performance and Reliability of Photovoltaic Systems
(Task 13)
• High Penetration of PV Systems in Electricity Grids
(Task 14).
En passant
Forschungsförderung auf europäisch
Das Programm „Horizont 2020“ ist das Hauptinstrument
der Europäischen Union zur Förderung von Wissenschaft,
technologischer Entwicklung und Innovation. Es richtet
sich an Hochschulen, Forschungsinstitute und Unternehmen. Horizont 2020 unterstützt herausragende Nachwuchsforscher und etablierte Wissenschaftler auch in
Industrie und Anwendung. Entwicklungen in Industrieund Schlüsseltechnologien, der Zugang zu Risikofinanzierung sowie Innovationen in KMU zählen zum Schwerpunkt „Führende Rolle der Industrie“. Der Klimaschutz
oder die Energieversorgung Europas sind weitere Aspekte, die die Ausrichtung des Programms definieren. In der
gesellschaftlichen Herausforderung „Sichere, saubere
und effiziente Energie“ werden die Fokusbereiche Energie-Effizienz, kohlenstoffarme Energietechnologien sowie Intelligente Städte und Kommunen angesprochen.
Für diese stehen im Arbeitsprogramm 2014/2015 rund
1,3 Milliarden Euro an Fördermitteln bereit. Der neue Ansatz von „Horizont 2020“ unterstützt die gesamte Innovationskette bis zur Markteinführung von Produkten und
Verfahren. Projektvorschläge, deren Problemlösungsansätze nachhaltige Verbesserung am Markt in Aussicht
stellen, finden besondere Beachtung. In allen Phasen
der Programmbeteiligung steht potenziellen Antragstellern Unterstützung durch das Netzwerk der Nationalen
Kontaktstellen (NKS) zur Verfügung.
BINE-Themeninfo I/2014
Aus der Praxis
Mit optimierter Wechselrichter-Regelung
beim Netzausbau sparen
Lokale Spannungsüberhöhungen sind eine der Hauptursachen für den
Ausbau der Verteilnetze. Eine lokale Regelung der Blindleistungsbereitstellung und der Wirkleistungseinspeisung von Photovoltaik-Wechselrichtern kann den erforderlichen Aufwand deutlich reduzieren. Um dieses
Potenzial auch wirtschaftlich nutzen zu können, muss die technische
Leistungsfähigkeit moderner Photovoltaik-Wechselrichter bereits in der
Netzplanung berücksichtigt werden.
Abb. 30 Installation eines LIDAR Scanners auf der
Forschungsplattform FINO1. Quelle: ForWind
Bei Windenergie-Systemen
liegt Deutschland weit vorn
Wie der „IEA Wind 2012 Annual Report“ berichtet, wurden
im Jahr 2012 weltweit rund 283 Gigawatt an elektrischer
Leistung von Windanlagen zur Verfügung gestellt. Diese
verteilen sich auf einhundert Länder und können mehr
als 3 % der weltweiten Elektrizitätsnachfrage bedienen.
Am Implementing Agreement Wind Energy Systems beteiligen sich 21 Länder, deren Windenergiebereitstellung
etwa 85 % der weltweiten Windenergie­erzeugung ausmacht. Deutschland steht hinsichtlich der weltweit installierten Windenergieleistung nach China und den USA
auf Platz 3 unter den IEA Mitgliedsländern mit 31,3 MW.
Von den 21 Ländern sind entweder Regierungsinstitutionen oder Ministerien als Vertragspartner beigetreten.
Diese haben ihre Vertretung meist an Forschungsinstitute oder Energieagenturen übergeben. Eine Beteiligung
von Seiten der Bundesregierung besteht seit Mai 2005.
Darüber hinaus engagieren sich die Europäische Kommission und als Sponsorteilnehmer der europäische und
der chinesische Windenergieverband (European Wind
Energy Association und Chinese Wind Energy Association)
in der Technologieinitiative. Die Bundesregierung begleitet derzeit 12 von insgesamt 13 aktiven Tasks. Drei Forschungsvorhaben werden dabei von deutschen Institutionen geleitet:
In den Projekten PV-Integrated und HiPe-PV entwickeln und testen Forscher am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik
IWES erweiterte Regelungsmöglichkeiten für Photovoltaik-Wechselrichter.
Diese können die Regelung der elektrischen Spannung in Verteilnetzen
unterstützen. Bei den sogenannten autonomen Regelungsmethoden
wird keine Kommunikation zwischen den Wechselrichtern und dem
Verteilnetzbetreiber benötigt. Diese Methoden wurden in vielen realen
Niederspannungsnetzen auf ihre technische Effektivität hin untersucht.
Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass dadurch die Aufnahmefähigkeit
der untersuchten Netze für Photovoltaikleistung gestiegen ist. KostenNutzen-Analysen belegen, dass mit aktiv an der Spannungshaltung
beteiligten PV-Wechselrichtern die Netzausbaukosten um bis zu 50 %
geringer sind als bei einem konventionellen Netzausbau. Die Wissenschaftler berücksichtigten in der wirtschaftlichen Bewertung neben den
Investitionskosten auch Betriebskosten durch zusätzliche Netz- und
Einspeiseverluste. Diese ermittelten sie durch zeitlich hochaufgelöste
Jahressimulationen.
Die in den Projekten PV-Integrated und HiPe-PV erzielten Ergebnisse
fließen in den aktuellen IEA Task 14 „High Penetration of PV Systems in
Electricity Grids“ mit ein. Das IWES leitet dort den Subtask 2 „High PV
Penetration in Local Distribution Grids“. Weitere Forschungsschwerpunkte
des Fraunhofer IWES im Zusammenhang mit einer hohen PhotovoltaikDurchdringung in Verteilnetzen sind die Analyse der Wechselwirkungen
lokaler Regelungsverfahren untereinander sowie in Kombination mit
einer zentral koordinierten Regelung einzelner Anlagen im Verteilnetz.
Zudem werden die netzstützenden Eigenschaften von PhotovoltaikSpeichersystemen in Simulation und Labor untersucht und wirtschaftlich bewertet.
Die Forscher nutzen ihre gewonnenen Erkenntnisse, um in Zusammenarbeit mit Netzbetreibern die Planungsgrundlagen für elektrische Verteilnetze technisch und wirtschaftlich zu optimieren.
• L IDAR: Wind LIDAR systems for
wind energy deployment (Task 32)
• Reliability Data: Standardizing data collection for
wind turbine reliability and O&M analyses (Task 33)
• Full-size ground testing for wind turbines and their
components (Task 35).
Task 11 „Base Technology Information Exchange“ stellt als
am längsten laufendes Vorhaben seit 1987 eine Besonderheit dar, da er regelmäßig so genannte „Topical Expert
Meetings“ organisiert. Hier informieren sich ausgewählte
Experten der Mitgliedsländer über die einzelnen Tasks.
Ein solches Treffen fand zuletzt in Deutschland an der
Universität Stuttgart zum Thema „Challenges on Wind
Energy Deployment in Complex Terrain“ statt.
Darüber hinaus erstellt IEA Wind auch „recommended
practices“, deren spezifische Inhalte nicht nur in Fachzeit-
Abb. 31 Installation eines PV-Wechselrichters.
Quelle:
SMAipsum
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Abb.
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BINE-Themeninfo I/2014
Abb. 32 Gondelprüfstand.
Quelle: IDOM, Bilbao (Spanien), Fraunhofer IWES
schriften und auf Konferenzen veröffentlicht werden,
sondern auch Eingang in nationalen und internationalen Normen finden. Schließlich werden regelmäßig Fortschrittsberichte zu den Tasks, ein jährlicher Gesamtbericht und strategische Dokumente wie „End-of-Term
Reports“ und „Strategic Plans“ publiziert.
Daten zur Geothermie aufbereiten
Das Geothermal Implementing Agreement (GIA) der IEA
existiert seit 1997 und bietet einen wichtigen Rahmen
für eine weitreichende internationale Zusammenarbeit in
der Geothermieforschung und Entwicklung. Die Bemühungen konzentrieren sich auf die weltweite Förderung
und die Nutzung der Geothermie, sowohl für die Stromerzeugung als auch für Direktwärmeanwendungen. In zurzeit sechs Forschungsvorhaben werden folgende Themen mit deutscher Beteiligung behandelt:
• E
nvironmental Impacts of
Geothermal Energy Development (Annex 1)
• Enhanced Geothermal Systems (Annex 3)
• Advanced Geothermal Drilling and
Logging Technologies (Annex 7)
• Direct Use of Geothermal Energy (Annex 8)
Abb. 33 Eine typische 5 Megawatt-Anlage.
Quelle: REpower
• D
ata Collection and Information (Annex 10)
• Induced Seismicity (Annex 11)
Relativ neu ist der Annex 10 „Data Collection and Information“. Dieser Task wurde 2010 eingerichtet, um standardisierte Datensätze zur Anlagenkapazität sowie Stromund Wärmeerzeugung der Geothermieanlagen der GIAMitgliedsländer erstmals auf jährlicher Basis zu erfassen
und zu veröffentlichen. Das Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik in Hannover (LIAG) fungiert als Operating Agent des Annex 10, stellt die Daten zur Geothermienutzung zur Verfügung und bereitet ergänzende
Informationen wie z. B. zur jeweiligen nationalen Energiepolitik dazu auf. Als Grundlage für den Report dienen
die National Reports, die entsprechend eines 2011 entwickelten Fragebogens über die einzelnen GIA-Länder erstellt wurden. Dabei konnte Deutschland durch das
Geothermische Informationssystem GeotIS einen umfassenden Datensatz für den Report zur Verfügung stellen.
Um die Daten der GIA-Länder abschließend auch mit weltweiten Entwicklungen vergleichen zu können, wurden
weitere Quellen wie etwa Publikationen des World Geothermal Congress mit in den Trend Report einbezogen.
Im Jahr 2012 wurde der erste GIA Trend Report veröffentlicht, der von nun an jährlich erscheint. Die Arbeit des
20 Kilometer
Temperaturen
147 °C
140 °C
130 °C
120 °C
110 °C
100 °C
90 °C
80 °C
70 °C
60 °C
50 °C
Abb. 34 GeotIS-Darstellung der
Horizonttemperatur und Tiefenlage
der Basis des Mittleren Buntsandstein
in einem Teil Norddeutschlands.
Bruchzonen sind als schwarze Linien
und Bohrungen in Rot dargestellt.
Quelle: LIAG
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Aus der Praxis
Windgeschwindigkeit mit Laser messen
Seit einigen Jahren findet die Lidar-Messtechnik vermehrt Anwendung
in der Windenergie. Diese optische Fernerkundungsmesstechnik nutzt
das Rückstreusignal in der Luft vorhandener Teilchen, die mit einem
unsichtbaren Laserstrahl erfasst werden, um daraus lokal eine Windgeschwindigkeit zu bestimmen.
Im Rahmen der Task 32 leitet ForWind Oldenburg in Kooperation mit DTU
Wind Energy (Dänemark), dem National Renewable Energy Laboratory
(NREL, USA) und WindForS (Deutschland) einen Zusammenschluss von
42 Institutionen aus 15 Ländern. So entstehen Synergien aus gemeinsamen Forschungsaktivitäten, die die Windindustrie nutzen kann. Die
gemeinsamen Aktivitäten im Rahmen des IEA Annex Task 32 umfassen
u. a. die Veranstaltung von Workshops zum Erfahrungsaustausch, die
Veröffentlichung von Fachberichten oder das Verfassen von Empfehlungen über die Anwendung der Lidar-Messtechnik für die Windenergie.
Im Rahmen vieler, von der Bundesregierung geförderter Projekte wie
Lidar complex, Windenergienutzung im Binnenland, Offshore-Messboje
oder GW-Wakes beschäftigen sich verschiedene deutsche Forschungseinrichtungen u. a. mit der Anwendung von Lidar im komplexen hügeligen Gelände oder der Installation von Lidar-Messtechnik auf einer Boje
zur Windmessung in Offshore-Windparks. Die wertvollen Erkenntnisse
dieser nationalen Projekte werden im Task 32 in einem internationalen
Verbund verarbeitet.
Abb. 35 Tiefbohranlage für Wissenschaft und Industrie in
Schwanau. Quelle: Geoforschungszentrum Potsdam
Annex 10 wird von der Bundesregierung finanziell unterstützt. Im Jahr 2011 erzeugten neun von vierzehn GIALändern elektrische Energie in geothermischen Anlagen.
Die insgesamt installierte Leistung beträgt 7.000 MW in
2011. Mit rund 3.100 MW installierter, elektrischer Leistung liefern die USA den größten Beitrag, gefolgt von
Mexiko, Italien, Neuseeland, Island und Japan. Das GIA
besteht zurzeit aus 19 Mitgliedern, davon 13 Länder und
fünf Sponsoren. Deutschland wird durch den PtJ vertreten.
Rund 60 % der geothermischen Energieerzeugung in der
Welt erfolgt in GIA Ländern.
Abb. 36 Bojen-Lidar entwickelt von Fraunhofer IWES.
Quelle: Fraunhofer IWES
Webadressen aller Implementing Agreements mit
deutscher Beteiligung in einzelnen Working Parties
Working Party on Renewable Energy
Bioenergy: www.ieabioenergy.com
Geothermal: www.iea-gia.org
Hydrogen: www.ieahia.org
Ocean Energy Systems: www.ocean-energy-systems.org
Photovoltaic Power System: www.iea-pvps.org
Renewable Energy Technology Deployment: www.iea-retd.org
Solar Heating & Cooling: www.iea-shc.org
Solar Paces: www.solarpaces.org
Wind Energy Systems: www.ieawind.org
Intersectoral Implementing Agreements
Energy Technology Systems Analysis Programme:
www.iea-etsap.org
Climate Technology Initiative: www.climatetech.net
Abb. 37 Teilnehmer der 3. Vollversammlung im Mai 2012 bei NREL in Boulder,
Colorado, USA. Quelle: IEA Wind Task 32
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BINE-Themeninfo I/2014
Ausblick
Die internationale Energiepolitik steht vor enormen ökonomischen und ökologischen
Herausforderungen. Die energiebezogenen Treibhausgasemissionen werden ohne
entscheidendes Handeln massiv ansteigen und sich bis 2050 verdoppeln. Der Primärenergiebedarf verlagert sich zunehmend in Richtung Entwicklungs- und Schwellenländer,
daher bedarf es gerade in den größten Wachstumsmärkten wie China oder Indien eines
intensiven und nachhaltigen Einsatzes modernster Energietechnologien. Um dem drohenden Klimawandel entgegenzuwirken, zielt die IEA auf eine beschleunigte Transformation
des globalen Energieversorgungssystems ab. Neben weitreichenden Energieeffizienzmaßnahmen spielt hierbei vor allem die Integration der Erneuerbaren Energien eine tragende
Rolle. Wie der mögliche Zukunftsverlauf bei unterschiedlichen energiewirtschaftlichen
Rahmenbedingungen aussehen kann, wird in den Energieszenarien der IEA Energy Technology
Perspectives (ETP) auch unter Berücksichtigung innovativer Technologieansätze analysiert.
Das Energietechnologienetzwerk der IEA trägt über die Implementing Agreements und die
übergeordneten Gremien maßgeblich zur erforderlichen Intensivierung der länderübergreifenden Kommunikations- und Kooperationsprozesse bei. Die nationalen Forschungsaktivitäten der Mitgliedsländer werden durch die aktive Gremienteilnahme und die
konkrete programmatische Mitgestaltung weltweit verbreitet. Dabei haben sich die
Implementing Agreements zum Beispiel mithilfe von technologiespezifischen Workshops,
der Erstellung von Energiedatenbanken und Fallstudienanalysen, sowie der Entwicklung
von Handbüchern und Leitfäden als wirksames Instrument zur Unterstützung spezifischer
Energietechnologien behauptet. Weitere wichtige Beiträge liefern diese Kooperationen im
Rahmen der Abstimmung zur Vorbereitung internationaler Standards und bei der
Bewertung von Life-Cycle-Assessments. Die in den Implementing Agreements laufenden
Arbeiten zur Forschung und Entwicklung von Energietechnologien werden in den übergeordneten Gremien fachlich begleitet. Gleichzeitig werden hier aus den erzielten Ergebnissen Handlungsempfehlungen an die Energiepolitik der beteiligten Staaten adressiert.
Der aktuelle Strategieplan der IEA untermauert die Mission, durch einen nachhaltigen und
intelligenten Ressourceneinsatz Anreize zur Stärkung der Forschungskooperation zwischen
ausgewählten Ländern und relevanten Organisationen zu schaffen. Er trägt damit dazu
bei, den Weg in eine saubere, zuverlässige und wirtschaftlich zu bewältigende Energiezukunft zu leisten.
Projektorganisation
Projektträger Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Christoph Jessen
52425 Jülich
Anmerkung der IEA
Informationen oder Materialien
bezüglich des Durchführungsabkommens,
einschließlich der in dieser Veröffentlichung
enthaltenen Informationen oder Materialien
bezüglich des Durchführungsabkommens,
stellen nicht zwangsläufig die Ansichten
oder Grundsätze des IEA-Sekretariats
oder der einzelnen IEA-Mitgliedsländer
dar. Die IEA macht im Hinblick auf jegliche
Informationen bezüglich des Durchführungsabkommens (u. a. in Bezug auf deren
Vollständigkeit, Genauigkeit oder Rechtsmängelfreiheit) keine Zusicherungen,
übernimmt keine Gewährleistung
(weder ausdrücklich noch stillschweigend)
und haftet nicht für die Nutzung oder
Berufung auf solche Informationen.
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Mehr vom BINE Informationsdienst
>> RAVE – Forschen am Offshore-Testfeld. BINE-Themeninfo I/2012
>> Photovoltaik – Innovationen. BINE-Themeninfo II/2011
>> Neue Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen. BINE-Themeninfo II/2010
Forschungsportale der Bundesregierung
>> w
ww.eneff-industrie.info
>> www.eneff-stadt.info
>> www.eneff-waerme.info
>> www.enob.info
>> www.forschung-energiespeicher.info
>> www.kraftwerkforschung.info
Links und Literatur
>> www.energieforschung-iea.de >> www.iea.org
>> I nternational Energy Agency (IEA), Paris (France) (Ed.): Energy Technology Perspec­
tives 2014. Harnessing Electricity’s Potential. doi: 10.1787/energy_tech-2014-en
>> International Energy Agency (IEA), Paris (France) (Ed.): World Energy Outlook 2013
0228 92379-44
Weitere Informationen zum Thema
sind beim BINE Informationsdienst
oder unter www.bine.info abrufbar.
Konzept und Gestaltung: iserundschmidt GmbH, Bonn – Berlin · Layout: KERSTIN CONRADI Mediengestaltung, Berlin
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