Kurs: Technik, Energie und Nachhaltigkeit | OnCourse UB

  • Lektion 5

    • Energieautarkie

      Energieautarkie ist ein relevantes Thema, da damit sowohl Kosteneinsparungen erreicht, als auch Risiken des Energiemarktes verringert werden können. Das heißt die Herausforderung für private Haushalte, wie auch für Unternehmen, ist die maximale Nutzung von Solar-Dachanlagen oder Standort-bezogenen regenerativen Anlagen (Wärme-/Kraft, Geothermie). Die Nutzung eines Stromspeichers bietet zusätzlich die Möglichkeit, die Kosten für die Stromversorgung des eigenen Hauses mit der Mobilität zu koppeln. Unternehmen können durch ein modernes Energiemanagement zielgerichteter und schneller auf die Null-Emission hinarbeiten. Es sollen zunächst einige Begriffe geklärt werden:

      Wichtige Begrifflichkeiten

      Entsprechen die Energiegewinne, die ein autarkes Gebäude jährlich aufweist, den Verbrauchswerten in etwa, spricht man von der bilanziellen Energieautarkie. Ein gutes Beispiel ist das sogenannte Nullenergiehaus, welches genauso viel Energie selbst erwirtschaftet, wie es verbraucht. Durch die Volatilität der Sonnenenergie werden Zeiten der Unterversorgung mit Strom durch den Anschluss an das öffentliche Stromnetz ausgeglichen.

      Deckt ein Haus seinen Energiebedarf tatsächlich ganz allein, spricht man von echter Autarkie in der Energieversorgung. In der Folge ist dann auch kein Anschluss an die externe Strom- oder Wärmeversorgung mehr nötig. Ein ausreichend großer Batteriespeicher ist unverzichtbar für das energieautarke Haus.

      Der Energieautarkiegrad gibt an, wie viel Prozent seiner Energie ein Haushalt durch Eigenversorgung abdeckt. Mit einer PV-Anlage mit großem Stromspeicher ist ein hoher Energieautarkiegrad von 70 oder sogar 80% möglich. Eine PV-Anlage ohne Stromspeicher erreicht dagegen rund 30-40%.
      Auch Wärmespeicher, so z.B. Eisspeicher, können die Wärmeversorgung eines Gebäudes erheblich optimieren und in der Kombination mit einer solarthermischen Anlage zu einem hohen Selbstversorgungsgrad realisieren. Eine 100-prozentige Energieautarkie lässt sich mit einer Kombination mehrerer Anlagen für Erneuerbare Energien in einem sehr energieeffizienten Haus realisieren, ist aber mit einer hohen Investition durch die Kombination mehrerer Anlagen verbunden: PV-Anlage mit Batteriespeicher, Solarthermie mit großem Wärmespeicher oder Wärmepumpe.

      Es besteht ein Unterschied zwischen den Begriffen Autarkie und Eigenverbrauch bei der PV-Nutzung: Von dem Autarkiegrad zu unterscheiden ist der Eigenverbrauchsanteil. Dieser beziffert den Anteil des selbst erzeugten Solarstroms, der auch selbst verbraucht oder zwischengespeichert wird und nicht in das öffentliche Netz eingespeist wird. Für die meisten Einfamilienhäuser ist ein Eigenverbrauchsanteil von rund 60 bis 70% sinnvoll. Bei dieser Eigenverbrauchsquote stehen die Kosten und das Nutzen in einem guten Verhältnis. Für einen höheren Eigenverbrauchsanteil wird ein großer Stromspeicher benötigt. Durch den Einbau von Smart Meters lässt sich durch die Lastverschiebung (Waschmaschine läuft in der Mittagszeit mit den höchsten PV-Erträgen) auf die Erhöhung des Eigenverbrauches einwirken.

    • Energieautarkie in Unternehmen
      Immer mehr Unternehmen streben einen höheren Autarkiegrad bei ihrer Energieversorgung an, allein aus Kostengründen und mit dem Ziel, die Versorgungssicherheit zu erhöhen und einen Beitrag zur Dekarbonisierung der Wirtschaft zu leisten. Um die eigene Fabrik energieautark gestalten zu können, gibt es grundsätzlich zwei Ansatzpunkte:

      1. Die Nutzung eines energieautarken Gebäudes (Produktionshalle, Bürogebäude) und
      2. die energieautarke Produktion. 

      Die folgenden Schritte kommen für die Transformation der Prozessenergieversorgung in Betracht:
      • Stromerzeugung auf dem Dach oder Betriebsgelände, 
      • Elektrifizieren (wo es möglich ist), 
      • in Kurzzeitspeicher für Wärme und Strom investieren, 
      • Wasserstoff nach Möglichkeit selbst zu produzieren oder Netzanschluss anstreben.


      In vielen kleinen und mittelständigen Unternehmen (KMU), aber auch im Handel oder Handwerk besteht eine große Chance, über eigene Dachflächen und ungenutzte Freiflächen den Autarkiegrad zu erhöhen. Auch wenn aus Gründen der Statik Dachflächen im Gewerbe nicht für die PV-Nutzung geeignet sind, so können im Falle von Dachsanierungen integrierte PV-Anlagen oder PV-Dachauflagen vorgesehen werden. Schwieriger wird es, einen hohen Autarkiegrad zu erreichen, wenn in energieintensiven Unternehmen ein hoher Prozessenergieaufwand besteht.


      Die CO2-neutrale Fabrik

      Im folgenden Video finden Sie ein Beispiel dafür, wie Fabriken autark umgestaltet werden können.

      (Beachten Sie: Mit dem Abspielen des Links werden Sie auf YouTube weitergeleitet, Sie stimmen damit den Datennutzungen dieses Unternehmens zu. Die Nutzung des Links ist freiwillig.)


    • Beispiel Festoxidbrennstoffzellen-Techologie

      Die Forschung zu stationären Festoxidbrennstoffzellen-Technologie (SOFC = Soild Oxide Fuel Cell) soll 2024 in eine erste Serienfertigung bei der Firma Bosch münden. Die SOFC-Technologie soll unter anderem in Form kleiner dezentraler, vernetzbarer Kraftwerke in Städten, Fabriken, Gewerbe und Handel, Rechenzentren und im Bereich Elektroladeinfrastruktur zum Einsatz kommen. Der elektrische Wirkungsgrad von ca. 60 Prozent für die Stromerzeugung plus Abwärmenutzung ermöglicht bis zu 90 Prozent Gesamtwirkungsgrad. Das SOFC-System wird mit Wasserstoff gespeist und erzeugt damit am Ort des Verbrauchs Strom und Wärme ohne CO₂-Emissionen (Bosch Hydrogen Energy).

      (https://www.bosch-hydrogen-energy.com/)

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