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Festhalle

Turnfeste, die Internationale Luftfahrtausstellung ILA oder Zirkusgastspiele – die Veranstaltungs- und Festhalle der Stadt Frankfurt ist seit ihrer Eröffnung 1909 eine echte Multifunktionshalle. Seit über 100 Jahren ist die einzigartige Festhalle die größte Eventlocation mitten in Frankfurt am Main. In Gegenwart des letzten deutschen Kaisers eröffnet, ist der flexible Kuppelbau der Festhalle Messe Frankfurt eine zeitlose Erscheinung von unnachahmlicher Eleganz und großem Charakter im Frankfurter Stadtbild. Der Sandsteinbau wurde 1986 generalüberholt und ist für die unterschiedlichsten Events optimal ausgestattet.

 

Die historische Festhalle mit knapp 6.000 Quadratmetern Innenraumfläche sowie architektonisch reizvollen Rängen bietet unter der 29 Meter hohen Glaskuppel ein einzigartiges Ambiente. Zwei historische Säle sowie modern ausgestattete Büro- und Garderobenräume erweitern den Spielraum innerhalb der Festhalle. Dank des mobilen Laufbandsystems Via Mobile erreicht man direkt und trockenen Fußes die Hallen 1 und 3 sowie das Forum und das Congress Center der Messe Frankfurt.

 

Die Festhalle gehört zum festen Bestandteil der Messe Frankfurt und wird ab dem Veranstaltungsjahr 2020 im Rahmen des Nachhaltigkeitskonzeptes der Messe zu 100 % mit Strom aus Erneuerbaren Energien versorgt.

Commerzbank-Arena /
Frankfurter Waldstadion

Von Juli 2002 bis Oktober 2005 wurde das ehemalige Frankfurter Waldstadion zur heutigen Commerzbank-Arena umgebaut. Die Architekten Gerkan, Marg & Partner entwarfen eine Multifunktionsarena, die bis zu 55.000 Zuschauer aufnehmen kann. Atmosphäre und Stimmung im weiten Rund, vor allem bei Fußball-Heimspielen von Eintracht Frankfurt, sind bemerkenswert. Mit der innovativen und 2.500 Tonnen schweren Stahlseil-Membran-Dachkonstruktion kann das Stadion vollständig geschlossen werden.

 

Die Energieversorgung der Commerzbank-Arena erfolgt zu 100 % CO2-neutral: u.a. mit Ökostrom aus Wasserkraft und klimaneutralem Erdgas. Das Regenwasser wird in einer großen Zisterne gesammelt und speist so gut wie den gesamten Wasserbedarf von Waschräumen und Toiletten.

Messeturm

Der Messeturm – von den Frankfurtern liebevoll "Bleistift" genannt – hat eine Höhe von 257 Metern und war bei seiner Fertigstellung 1991 das höchste Gebäude Europas. Dem Architekten Helmut Jahn ist es mit der Fassade aus poliertem roten Granit und der dreistöckigen Pyramide als Spitze gelungen ein Bürogebäude zu schaffen, welches sich bis heute aus der Umgebung hervorhebt.

 

Der Messeturm wird zu 100 % mit Fernwärme versorgt und ist damit der größte Fernwärmekunde in Frankfurt.

Römer

Der Römer ist seit dem 15. Jahrhundert das Rathaus der Stadt Frankfurt am Main. 1405 kaufte die Stadt zu diesem Zweck zwei gothische Giebelhäuser, die seitdem immer wieder umgebaut und erweitert wurden. Bestandteil des Ensembles ist der Krönungssaal, in dem für die seit 1592 in Frankfurt gekrönten Kaiser und Könige das Krönungsmahl stattfand.

 

Der Frankfurter Römer erhält seinen Strom aus 50 % Ökostrom und 50 % Kraftwärmekopplung. Außerdem wird er mit umweltfreundlicher Fernwärme versorgt.

Frankfurter Paulskirche

Die Frankfurter Paulskirche, ein klassizistischer Rundbau des Architekten Johann Friedrich Christian Hess, gebaut 1789 bis 1833, wird heute als Ausstellungs-, Gedenk- und Versammlungsort genutzt.

 

Tradition haben die jährliche Verleihung des Friedenspreises des deutschen Buchhandels in der Paulskirche sowie der Weihnachtsmarkt vor der Kirche.

 

Versorgt wird die Frankfurter Paulskirche zu 50 % aus Ökostrom und zu 50 % durch Kraftwärmekopplung.

Herausgeber

BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.

Reinhardtstr. 32

10117 Berlin

 

Telefon: +49 30 / 300 199-0

Telefax: +49 30 / 300 199-3900

E-Mail: info@bdew.de

 

Präsidentin: Dr. Marie-Luise Wolff

 

Hauptgeschäftsführung: Stefan Kapferer (Vorsitzender der BDEW-Hauptgeschäftsführung und Mitglied des Präsidiums)

 

Amtsgericht Charlottenburg, VR 26587 B

Umsatzsteuer ID: DE 814902527

 

Redaktion

Projektgruppe „Erdgasanwendungen im Markt”

Ansprechpartner

Ingram Täschner

Fachgebietsleiter Biogas und Erdgasanwendung

E-Mail: ingram.taeschner@bdew.de

 

Realisierung

 

Realisierung

Jan Feldkircher

sleek GmbH & Co. KG

Kollwitzstr. 1, 73728 Esslingen, Germany

ul. Świętego Wawrzyńca 19/18, 31-060 Kraków, Poland

NIP 6762552735, REGON 380849608

www. …..

Stand: März 2019

Rechtliches

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Redaktion

 

Projektgruppe „Erdgasanwendungen im Markt”

 

Ansprechpartner:
Ingram Täschner
Fachgebietsleiter Biogas und Erdgasanwendung
E-Mail: ingram.taeschner@bdew.de

 

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E-Mail: jan@sleek.design
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sleek ist ein Unternehmen der
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Olgastr. 26
73033 Göppingen

 

Stand: März 2019

Energie aus nachwachsenden
Rohstoffen: Biogas und Bio-Erdgas

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Biogas ist ein Naturprodukt. Es entsteht bei der (anaeroben) Vergärung von Biomasse – unter Ausschluss von Sauerstoff und Licht. Es ist ein erneuerbarer Energieträger, der – auf Erdgasqualität aufbereitet – in die vorhandene Gasinfrastruktur eingespeist und gespeichert werden kann. Sämtliches bei der Erzeugung und späteren Verwendung anfallendes Kohlenstoffdioxid (CO2) stammt aus den eingesetzten organischen Rohstoffen, welche das Kohlenstoffdioxid – in der Regel über die Fotosynthese – aus der Atmosphäre entnommen und gebunden haben. Daher erfolgt Biogaserzeugung und -verwendung CO2-neutral.

Factsheet

1Biogasquellen: Nachwachsende Rohstoffe, organische Abfall- und Reststoffe

Foto: Fynn Krüger

Als organisches Ausgangsmaterial für Biogas dienen unter anderem nachhaltig und gewässerverträglich angebaute Energiepflanzen, tierische Exkremente (Gülle, Mist) sowie kommunale und industrielle Abfall- und Reststoffe.

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

In Deutschland werden derzeit ca. 8% der landwirtschaftlich genutzten Fläche für Energiepflanzen zur Biogas-Erzeugung genutzt. Das sind rund 1,4 Mio. Hektar. Neben Mais werden insbesondere Stroh, Weizen, Gräser und Durchwachsene Silphie als nachwachsende Rohstoffe zur Biogaserzeugung genutzt.

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2Dosierungseinheit

Foto: Ingram Täschner

Mit einem Radlader wird die Biomasse in den Annahmebunker der Biogasanlage gefüllt. In dessen Boden befindet sich eine Dosierungseinheit, um die Silage sauber zu trennen und weiterzuleiten. Sofern auch industrielle Abfälle als "Inputstoff" verwendet werden, müssen diese vor der Verwendung durch Erhitzung von Keimen befreit werden. Dieser Prozess wird als "Hygienisierung" bezeichnet. Bei den Abfällen erfolgt die Befüllung der Biogasanlage in einer Halle, um Geruchsemissionen zu vermeiden.

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3Biogasanlage: Licht aus, Luft anhalten, Vergärung starten

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Nachwachsende Rohstoffe zur Biogaserzeugung sind insbesondere Raps, Mais, Stroh, Weizen, Gras und Durchwachsene Silphie. Bei organischen Abfällen handelt es sich vor allem um Reststoffe aus der (Lebensmittel-) Industrie (z. B. Brauereirückstände oder Apfeltrester) und Agrarwirtschaft (z. B. Gülle) sowie kommunale Bioabfälle, beispielsweise aus der Biotonne oder Speiseresten.

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4Fermenter

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Der Fermenter bildet das Herzstück der Biogasanlage: Hier finden die Abbauprozesse der organischen Substanzen statt, bei denen Biogas entsteht. Hier werden die Substrate durch eine Vielzahl von Mikroorganismen in einem mehrstufigen Prozess umgewandelt. Dabei werden u.a. durch sogenannte Archaebakterien die Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette der Substrate aufgespalten und in Zwischenprodukte wie Essigsäure, Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid umgesetzt. Durch die Methanogenese entsteht im Anschluss hauptsächlich durch die Reaktion von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid Methan. Das Ergebnis dieses Prozesses sind Rohbiogas und Gärrückstände.

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5Blockheizkraftwerk (BHKW)

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Das im Fermenter und Nachgährer entstandene (Roh-) Biogas ist ein brennbares Gasgemisch mit einem Methangehalt (CH4) zwischen 42 und 75 Prozent. Weitere Hauptbestandteile sind Kohlenstoffdioxid (CO2), Schwefelverbindungen und Wasser. Der Großteil der Biogasanlagen nutzt das erzeugte Biogas direkt vor Ort (ca. 90% der Anlagen). Das heißt das Biogas wird direkt am Entstehungsort mittels Kraft-Wärme-Kopplungsprozess KWK) in einem Blockheizkraftwerk zu Strom und Wärme umgewandelt.

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6Sauberer Strom, der sich bezahlt macht

Quelle: BDEW, Foto: Roland Horn

Der erzeugte Strom wird in der Regel in das öffentliche Stromnetz eingespeist und gemäß EEG vergütet. Die Wärme kann vor Ort genutzt, in ein Nahwärmenetz eingespeist oder wiederum für die Beheizung der Biogasanlage eingesetzt werden.

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7Bio-Erdgas-Aufbereitungsanlage

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Biomethan, auch Bio-Erdgas genannt, ist aufbereitetes Biogas, welches nach der Aufbereitung die gleichen chemischen und brenntechnischen Eigenschaften wie Erdgas im öffentlichen Gasnetz besitzt und daher als Ersatz für Erdgas in das öffentliche Gasnetz eingespeist werden kann. Im Jahr 2018 waren insgesamt 213 Aufbereitungs- und Einspeiseanlagen in Deutschland in Betrieb. Sie speisten 10 TWh Biomethan ins Erdgasnetz ein.

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8Einspeisanlage

Foto: Ingram Täschner

Das aufbereitete Biogas ist in seinen chemischen und brenntechnischen Eigenschaften sowie mit seinem Energiegehalt mit Erdgas gleichzusetzen und erfüllt somit die Anforderungen, die an Erdgas im allgemeinen Netz gelten. Daher wird aufbereitetes und in das Gasnetz eingespeistes Biogas auch als Bio-Erdgas oder Biomethan bezeichnet. Für die Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz ist eine Einspeiseanlage nötig, die u.a. den Druck des Gases regelt und die die brenntechnischen Eigenschaften des Biomethans überwacht. Biomethan kann grundsätzlich genauso verwendet werden wie Erdgas. Dies schließt die Strom- und Wärmerzeugung, die Verwendung als Kraftstoff und auch die stoffliche Nutzung in Industrieprozessen ein. Biomethan ist ein nahezu CO2-neutraler erneuerbarer Energieträger.

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9Feuerlöschteich und Gasfackel

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Zu den Sicherheitseinrichtungen von Biogasanlagen gehören die Fackeln, welche im Störungsfall Biogas verbrennen, so dass Methanemissionen vermieden werden. Zudem sind in vielen Biogasanlagen Löschteiche vorhanden.

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10Biogas und Landwirtschaft

Foto: Fynn Krüger

Bei der Biogas-Produktion handelt es sich um einen nachhaltigen Kreislaufprozess, der die Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion nur geringfügig beeinflusst: In Deutschland dienen insgesamt 46,8 % der Fläche der Landwirtschaft. 7,6 % davon – also 3,6 % der Gesamtfläche – werden für den Anbau von Energiepflanzen zur Erzeugung von Biogas und Bio-Erdgas genutzt.

Foto: Fynn Krüger

Der nachhaltige Anbau nachwachsender Rohstoffe zur Biogaserzeugung trägt durch verschiedene Pflanzen und Fruchtfolgen zur Biodiversität und zur Humusbildung der landwirtschaftlichen Flächen bei. Er erhöht die Vielfalt im Landschaftsbild, verhindert bei Einhaltung der guten landwirtschaftlichen Praxis die Bodenerosion und erhöht die regionale Wertschöpfung, wodurch im ländlichen Raum Arbeitsplätze geschaffen werden.

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Power-to-Gas: Stromüberschüsse im Erdgasnetz speichern und transportieren

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Regenerativer Strom aus Wind oder Sonne kann derzeit noch nicht bedarfsgerecht produziert und saisonal gespeichert werden. Mittels Elektrolyse lässt sich dieser Strom in Wasserstoff und optional in einem weiteren Schritt in Methan umwandeln. Dadurch wird er regel- und speicherbar.

Factsheet
Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Regenerativer Strom aus Wind oder Sonne kann derzeit noch nicht bedarfsgerecht produziert und saisonal gespeichert werden. Mittels Elektrolyse lässt sich dieser Strom in Wasserstoff und optional in einem weiteren Schritt in Methan umwandeln. Dadurch wird er regel- und speicherbar.

Factsheet

1Erneuerbare Stromerzeugung

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne erfolgt nicht konstant, sondern unterliegt natürlichen Schwankungen. Mit dem zunehmenden Ausbau der Erneuerbaren Energien steigt die Notwendigkeit, die Differenzen zwischen Angebot und Nachfrage zu kompensieren. Power-to-Gas stellt dafür in Zukunft eine Option dar.

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2Elektrolyse

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Die Umwandlung von Strom in synthetisches Erdgas (SNG) erfolgt in zwei Schritten: Elektrolyse und Methanisierung. Bei der Elektrolyse wird Wasser (H2O) mit Hilfe von elektrischer Energie in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) gespalten.

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3Methanisierung

Foto: Power-to-Gas Factsheet

Bei der Methanisierung werden deshalb in einem weiteren Verfahrensschritt aus dem Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) das mit Erdgas nahezu identische Methan (CH4) und Wasser (H2O) erzeugt.

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4Erneuerbarer Kohlenstofflieferant

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Der Wasserstoff kann direkt genutzt oder in die Erdgasinfrastruktur eingespeist werden. Der maximal zulässige Volumenanteil im Erdgasnetz ist allerdings aus technischen Gründen begrenzt. Reiner Wasserstoff ist auch nicht mit allen Erdgasanwendungen kompatibel.

Schritt für Schritt

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5Einspeisung und Speicherung

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Das entstandene SNG wird in die Erdgasinfrastruktur eingespeist oder gespeichert.

Schritt für Schritt

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LNG: flüssiges Erdgas – Neue
Importquellen und vielfältige Möglichkeiten

Quelle: Zukunft ERDGAS, Foto: Ilja C. Hendel

LNG sorgt für eine Diversifizierung der Erdgas-Importquellen. Mit der Verflüssigung von Erdgas zu LNG (Liquefied Natural Gas) ist vor allem eine deutliche Reduzierung des Transportvolumens verbunden. Der Energieträger kann entweder direkt zur Betankung von Lkws oder Schiffen genutzt oder in gasförmigem Zustand ins Erdgasnetz eingespeist werden.

Factsheet

1Gasanlieferung

Quelle: iStock/Thinkstock, Foto: curraheeshutter

Das geförderte Erdgas wird über eine Pipeline zur Verflüssigungsanlage in einem Hafen transportiert.

Quelle: iStock/Thinkstock, Foto: tcly

Das geförderte Erdgas wird über eine Pipeline zur Verflüssigungsanlage in einem Hafen transportiert.

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2Verflüssigung

Quelle: BDEW

In der Verflüssigungsanlage wird das Erdgas von Schwefel, Stickstoff und Kohlendioxid gereinigt und auf etwa minus 161 Grad Celsius heruntergekühlt. Dadurch verringert sich das Volumen auf ein Sechshundertstel.

Schritt für Schritt

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3Transport

Quelle: iStock/Thinkstock, Foto: akiyoko

Das tiefgekühlte, verflüssigte Erdgas (LNG) wird in die Tanks eines speziellen LNG-Transportschiffs gepumpt und in den Zielhafen transportiert. Die Schiffsmotoren nutzen LNG als Antriebsenergie.

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4Regasifizierung

Quelle: Zukunft ERDGAS, Foto: Ilja C. Hendel

Im Zielhafen wird das LNG am LNG-Terminal aus dem Transportschiff abgepumpt und nach der Erwärmung als Erdgas in das Erdgasnetz eingespeist. Nun kann es als Heizenergie oder in der Mobilität eingesetzt werden.

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5Nutzung als LNG

Quelle: BDEW Factsheet

Eine alternative Form der Nutzung ist der direkte Transport zu einer LNG-Tankstelle. Dort werden spezielle LNG-Schwerlast-Lkw mit dem verflüssigten Erdgas betankt. Auch Schiffe können LNG als Antriebsenergie nutzen.

Quelle: Zukunft ERDGAS, Foto: Oleksandr Kalinchenko/iStock/Thinkstock

Eine alternative Form der Nutzung ist der direkte Transport zu einer LNG-Tankstelle. Dort werden spezielle LNG-Schwerlast-Lkw mit dem verflüssigten Erdgas betankt. Auch Schiffe können LNG als Antriebsenergie nutzen.

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6Bio-LNG

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Durch die Aufbereitung von Biogas unter sehr niedrigen Temperaturen können die unterschiedlichen Siedepunkte genutzt werden, um die Bestandteile des Rohbiogases zu trennen. Das Ergebnis sind Trockeneis und flüssiges Bio-LNG.

Schritt für Schritt

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Technik der Zukunft: die Brennstoffzelle

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Neben Blockheizkraftwerken (BHKW), werden auch Brennstoffzellen-Heizgeräte Wärme und Strom aus einem Gerät liefern. Auch sie arbeiten nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Mit einem feinen Unterschied: Die eingesetzte Primärenergie Erdgas wird nicht „heiß verbrannt“, sondern elektrochemisch in Energie umgewandelt.

Factsheet
Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Brennstoffzellen-Heizgeräte eignen sich für die komplette Wärmeversorgung im Haus und können sowohl im Neubau als auch bei der Modernisierung eingesetzt werden. Warmes Wasser und Heizwärme können fast vollständig vom Brennstoffzellen-Heizgerät zur Verfügung gestellt und in einem Wärmespeicher bevorratet werden. Nur bei Spitzenlasten, z. B. bei besonders niedrigen Außentemperaturen, schaltet sich das integrierte Brennwertgerät zu.

Factsheet

Einspeisung

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Jede Kilowattstunde Strom, die selbst erzeugt und verbraucht wird, reduziert die Strombezugskosten. Überschüssig erzeugter Strom kann ins Netz eingespeist werden und wird vergütet.

Eigenstromnutzung

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Mit einer innovativen Strom erzeugenden Heizung reduzieren sich die Energiebezugskosten deutlich. Durch die gleichzeitige Stromerzeugung können in der Regel ca. 60 % des Haushaltsstrombedarfs durch die Eigenproduktion abgedeckt werden.

Pufferspeicher

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Brennstoffzellen-Heizgeräte sollten in Kombination mit einem Pufferspeicher betrieben werden. So kann auch bei höherem Heiz- und Warmwasserbedarf über einen längeren Zeitraum eine gleichmäßige Wärmeerzeugung garantiert werden. Zudem wird häufiges Ein- und Ausschalten des Geräts vermieden.

Funktionsprinzip

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Brennstoffzellen-Heizgeräte sollten in Kombination mit einem Pufferspeicher betrieben werden. So kann auch bei höherem Heiz- und Warmwasserbedarf über einen längeren Zeitraum eine gleichmäßige Wärmeerzeugung garantiert werden. Zudem wird häufiges Ein- und Ausschalten des Geräts vermieden.

  • Einleitung
  • Animation
  • PEM
  • SOFC

Funktionsprinzip:
So funktioniert die Brennstoffzelle

Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden – der Anode (Minuspol) und der Kathode (Pluspol). Sie sind getrennt durch den Elektrolyt mit einer festen, ionendurchlässigen Membran. Jede der Elektroden ist mit einem Katalysator beschichtet, z. B. Nickel oder Platin. Nachdem Wasserstoff der Anode zugeführt wurde, teilt er sich in Elektronen und Protonen. Die freien Elektronen werden als brauchbarer elektrischer Strom durch den äußeren Kreislauf genutzt. Die Protonen breiten sich durch den Elektrolyt zur Kathode aus. An der Kathode verbindet sich der Sauerstoff aus der Luft mit Elektronen aus dem äußeren Kreislauf und Protonen. Gemeinsam ergeben sie Wasser und Wärme.

  • Einleitung
  • Animation
  • PEM
  • SOFC

Funktionsprinzip

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Bei der Protonenaustauschmembran Brennstoffzelle (engl. Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC), oder auch Polymerelektrolyt Brennstoffzelle (engl. Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC) genannt, handelt es sich um eine Niedertemperaturbrennstoffzelle, die bei Betriebstemperaturen von ca. 50-100°C arbeitet. Als Elektrolyt kommt eine Polymermembran zum Einsatz.

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Vor- und Nachteile

Wesentliche Vorteile der PEM Brennstoffzelle sind ein gutes dynamisches Verhalten, wodurch dieser Brennstoffzellentyp für die ganzjährige Hausenergieversorgung gut geeignet ist.

 

Nachteile sind hohe Anforderung an die Reaktionsgaserzeugung bezüglich sehr niedriger Kohlenmonoxidgehalte sowie ein aufwändiges Wassermanagement.

  • Einleitung
  • Animation
  • PEM
  • SOFC

Funktionsprinzip

Foto: Bosch Thermotechnik/Buderus Deutschland

Bei der Festoxidbrennstoffzelle (engl. Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) handelt es sich um eine Hochtemperaturbrennstoffzelle, die bei Betriebstemperaturen von ca. 800-1000°C arbeitet. Als Elektrolyt kommt ein fester keramischer Werkstoff zum Einsatz.

Foto: Bosch Thermotechnik/Buderus Deutschland

Vor- und Nachteile

Wesentliche Vorteile der Festoxidbrennstoffzelle sind die Unempfindlichkeit gegenüber Kohlenmonoxid (CO) im Reaktionsgas sowie ein einfacher Systemaufbau.

 

Nachteile sind, bedingt durch die hohen Betriebstemperaturen, hohe Werkstoffansprüche und lange Aufwärmphasen.

  • Einleitung
  • Animation
  • PEM
  • SOFC

Erdgas-Brennwertheizung:
Stand der Technik

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Erdgas-Brennwertheizungen arbeiten besonders effizient und energiesparend, da sie die bei der Verbrennung entstehende Abgaswärme zusätzlich nutzbar machen und dem Heizungs- system zuführen. Über eine Regelung wird die aktuell benötigte Heizleistung stufenlos an die Nutzungszeiten und -bedingungen angepasst, um nicht unnötig Energie zu verbrauchen.

Factsheet

Speicher + System

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Vom Wärmespeicher aus werden optimal abgestimmt die Wärmeströme von den „Erzeugern“, wie z. B. einer Brennwertheizung oder der Solaranlage, zu den „Verbrauchern“ wie Dusche oder Waschbecken geregelt. Im Wärmespeicher wird vorrangig Solarenergie in Form von Warmwasser gespeichert. Damit jederzeit Wohlfühlwärme bereit gestellt werden kann, heizt die Brennwerttherme bedarfsgerecht und modulierend hinzu. Die benötigte Größe des Wärmespeichers ist davon abhängig, ob neben der Warmwasserbereitung auch eine solare Heizungsunterstützung geplant ist. Im Beispiel wird ein Speicher gezeigt, welcher für beide Einsatzzwecke ausgelegt ist.

Dachheizzentrale

Flexible Aufstellmöglichkeiten: Vor allem in Neubauten können Sie Ihr Gerät nach Wunsch auch platzsparend unter dem Dach platzieren.

Wie funktioniert eine Erdgas-Brennwertheizung?

1. Das Erdgas verbrennt unter Luftzufuhr. Dabei entsteht nutzbare Verbrennungswärme.

 

2. Die Wärme wird mittels Wasser im Heizungsvorlauf zum Heizungssystem und in den Wärmespeicher transportiert.

 

3. Durch Abkühlung der Verbrennungsgase (Abgase) unter den Taupunkt von ca. 55°C wird die im Wasserdampf enthaltene Energie in Form von Verdunstungswärme freigesetzt. Das dabei entstehende Kondensat wird in die Kanalisation abgeleitet.

 

4. Die Nutzung der Kondensationswärme (latente Wärme) führt zu einem zusätzlichen Wärmegewinn von bis zu 11 %.

Alles Gute kommt von oben:
Effizienz-Kombination Brennwert + Solar

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Erdgas-Brennwertheizungen arbeiten besonders effizient, da sie die beim Heizen entstehende Abgaswärme nicht ungenutzt lassen, sondern erneut dem Heizkreislauf zuführen. Über eine Regelung wird die aktuell benötigte Heizleistung stufenlos angepasst, um nicht unnötig Energie zu verbrauchen.

Factsheet
Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Im Beispiel sehen wir ein wandhängendes Brennwertgerät*, das sich einfach mit Solarthermie-Systemen kombinieren lässt. Dieses nutzt kostenlose Sonnenenergie und kann in jeder Region für die Warmwasserbereitung eingesetzt werden. Aufgrund ihrer kompakten Abmessungen, lassen sich Brennwertgeräte sowohl in Wohn- als auch Hauswirtschaftsräumen, sowie im Keller, platzsparend unterbringen. Auch eine Einbindung als Dachheizzentrale ist möglich. Im Vergleich zu älteren Systemen lassen sich durch die Kombination von Brennwert und Solar bis zu 55 % der klimaschädlichen CO2-Emissionen einsparen.

 

* Je nach Leistungsbedarf und Raumgröße, können natürlich auch bodenstehende Kessel verwendet werden.

Nacht / Schlechtwetter

Foto: Pexels

Steht während der Nacht oder Schlechtwetterperiode keine ausreichende Wärme aus der Solarthermie oder dem Speicher zur Verfügung, übernimmt die Erdgas-Brennwertheizung die gesamte Wärmeversorgung. Sie ist in der Lage auch schwankende Leistungsanforderungen kurzfristig abzudecken.

Speicher + System

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Vom Wärmespeicher aus werden optimal abgestimmt die Wärmeströme von den „Erzeugern“, wie z. B. einer Brennwertheizung oder der Solaranlage zu den „Verbrauchern“ wie der Dusche oder Waschbecken geregelt. Im Wärmespeicher wird vorrangig Solarenergie in Form von Warmwasser gespeichert. Damit jederzeit Wohlfühlwärme bereit gestellt werden kann, heizt die Brennwerttherme bedarfsgerecht und modulierend hinzu. Die benötigte Größe des Wärmespeichers ist davon abhängig, ob neben der Warmwasserbereitung auch eine solare Heizungsunterstützung geplant ist. Im Beispiel wird ein Speicher gezeigt, welcher für beide Einsatzzwecke ausgelegt ist.

Solarmodule

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren nutzen die Sonnenstrahlung zur Wärmegewinnung und geben die gewonnene Energie an den Wärmespeicher des Systems ab. Mit einer Kollektorfläche von 1 bis 1,5 qm pro Person können im Jahr bis zu 60 % des Energiebedarfs bei der Warmwasserbereitung abgedeckt werden – von Mai bis September sogar bis zu 100 %!

 

Soll neben der Warmwasserbereitung auch die Raumheizung mit Solarenergie unterstützt werden, ist eine Kollektorfläche von 2 bis 4 qm pro Person erforderlich. Je nach Dämmstandard des Hauses, lassen sich so 10 bis 30 % – in Niedrigenergiegebäuden bis zu 50 % – der Brennstoffenergie einsparen.

Dachheizzentrale

Flexible Aufstellmöglichkeiten: Vor allem in Neubauten können Sie Ihr Gerät nach Wunsch auch platzsparend unter dem Dach platzieren.

Wie funktioniert eine Erdgas-Brennwertheizung im Detail?

1. Das Erdgas verbrennt unter Luftzufuhr. Dabei entsteht nutzbare Verbrennungswärme.

 

2. Die Wärme wird mittels Wasser im Heizungsvorlauf zum Heizungssystem und in den Wärmespeicher transportiert.

 

3. Durch Abkühlung der Verbrennungsgase (Abgase) unter den Taupunkt von ca. 55°C wird die im Wasserdampf enthaltene Energie in Form von Verdunstungswärme freigesetzt. Das dabei entstehende Kondensat wird in die Kanalisation abgeleitet.

 

4. Die Nutzung der Kondensationswärme (latente Wärme) führt zu einem zusätzlichen Wärmegewinn von bis zu 11 %.

Heizung

Foto: Bosch Thermotechnik/Buderus Deutschland

Das Heizungssystem eines Gebäudes sollte unter Berücksichtigung von Design und Komfort genau auf die Heizlast abgestimmt und individuell raumweise zu regeln sein. Um den größtmöglichen Solaranteil im Heizkreislauf zu erzielen, kommt es vor allem auf die Heizungsregelung an. Sie ist für das perfekte Zusammenspiel der einzelnen Systemkomponenten erforderlich. Abhängig von der Raumtemperatur und der Witterung, berechnet sie, wann es sinnvoll ist „zuzuheizen” und wann die erzielten Solarerträge für einen ausreichenden Wärme- und Warmwasserkomfort sorgen.

Strom und Wärme selbst erzeugen: mit Kraft-Wärme-Kopplung

Foto: Pexels

Blockheizkraftwerke (BHKW) arbeiten nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung und werden schon seit Jahren zur dezentralen Erzeugung von Wärme und Strom eingesetzt – gerade in Gewerbe und Industrie. Für die verschiedenen Anwendungsbereiche werden BHKW-Anlagen in einem weiten Leistungsbereich angeboten, bis hin zu mehreren Megawatt Leistung. Als Mini-BHKW werden Blockheizkraftwerke bezeichnet, die maximal 50 kW elektrische Leistung aufbringen. Diese Anlagen sind sehr kompakt gebaut, in der Regel direkt anschlussbereit und besonders für kleine bis mittlere Gewerbeeinheiten geeignet. Auch Anlagen größerer Leistung sind als sogenannte Containerlösungen anschlussfertig verfügbar.

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BHKW können schon in kleinen Gewerbeeinheiten erheblich zur Senkung der Energiekosten beitragen. Sinnvoll ist die Investition in ein BHKW aber auch in Hotels oder größeren Fertigungsbetrieben mit einem konstant hohen Energiebedarf. Mit dem Einsatz eines dezentralen BHKW lassen sich gegenüber einer herkömmlichen Gas-Niedertemperaturheizung bis zu 36 Prozent der Energiekosten einsparen.

Factsheet

Überschüsse zahlen sich aus:
Einspeisung ins Stromnetz

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Jede Kilowattstunde Strom, die selbst erzeugt und verbraucht wird, reduziert die Strombezugskosten. Überschüssig erzeugter Strom kann ins Netz eingespeist werden und wird vergütet.

Starke Leistung:
Ökonomisch und ökologisch

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Im Verbund mit einem oder mehreren Heizkesseln sollte ein BHKW die Grundlast der Wärmeerzeugung abdecken oder mindestens 4.000 Betriebsstunden im Jahr erreichen. Besonders wirtschaftlich arbeiten BHKW dann, wenn sie mit 4.500 oder mehr Betriebsstunden im Jahr gefahren werden. Bedarfsspitzen decken modular zuschaltbare konventionelle Heizgeräte ab, zum Beispiel klassische Erdgas-Brennwertkessel.

 

BHKWs sind für viele Branchen eine attraktive Lösung für die Energieversorgung, denn die gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Strom ist ökologischer und effizienter als die getrennte Erzeugung.

Effizienter Betrieb,
hoher Wirkungsgrad

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Der Vorteil von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen liegt in ihrer besonders effizienten Betriebsweise. Während bei der konventionellen Stromerzeugung die anfallende Wärme zum Teil ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird, wird sie bei KWK-Anlagen nutzbar gemacht: als Heizwärme und in Gewerbebetrieben auch als Prozesswärme.

 

Blockheizkraftwerke erreichen einen Gesamtwirkungsgrad von über 90 Prozent. Die elektrischen Wirkungsgrade liegen bei Anlagen in der gewerblichen Nutzung bei etwa 40 Prozent; die thermischen Wirkungsgrade variieren zwischen etwa 60 Prozent bei den kleinen und ca. 45 Prozent bei den großen Motoren. Durch die Kopplung des BHKW mit Adsorptionskältemaschinen kann auch der Kältebedarf abgedeckt werden.

Ausgereifte Technik,
flexible Einsatzmöglichkeiten

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Zur möglichst optimalen Nutzung der von ihnen erzeugten Wärmeenergie werden BHKW oft in bestehende Heizsysteme integriert. Deshalb sollte bereits in der Planungsphase die technische Kompatibilität von Heizungssystem und BHKW systematisch gesichert werden: Das gilt vor allem für die hydraulischen Verhältnisse in Wärmeverteilungssystemen, für das Mess- und Regelsystem sowie für den Stromanschluss. Neben dem eigentlichen BHKW-Modul enthalten die Systeme oft auch Warmwasser- und Wärmespeicher.

Funktionsprinzip

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Wärme und Strom aus einem Gerät:
So funktioniert die Kraft-Wärme-Kopplung.

 

Eine KWK-Anlage besteht aus einem Erdgas-Verbrennungsmotor und einem Generator. Das System erzeugt Wärme und Strom. Der Strom wird vorrangig für den Eigenbedarf und die Heizwärme zur Deckung des Gebäudewärmebedarfs sowie zur Warmwasserbereitung genutzt. Nicht selbst genutzter Strom kann in das öffentliche Stromnetz eingespeist und durch den regionalen Netzbetreiber vergütet werden.

  • Einleitung
  • Otto-Motor-Heizgerät

Funktionsprinzip

Mehr als heiße Luft: So funktioniert das Otto-Motor-Heizgerät.

 

1. Das KWK-System arbeitet nach dem Prinzip der internen Verbrennung im Ottomotor. In diesem wird Erdgas mit angesaugter Luft vermischt und mit Hilfe eines Zündfunkens zur kontrollierten Explosion gebracht.

2. abei entstehen Verbrennungsgase, welche sich ausdehnen. Der verursachte Überdruck setzt eine Kolbenbewegung in Gang. Diese wird auf eine Welle übertragen, die den Generator zur Stromerzeugung antreibt.

3. Entstehende Abwärme wird für Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt.

  • Einleitung
  • Otto-Motor-Heizgerät

Smart Home

Foto: Bosch Thermotechnik/Buderus Deutschland

In einem Smart Home werden im Haus oder in der Wohnung verwendete Geräte und Anwendungen, wie z. B. Leuchten, Haushaltsgeräte oder Jalousien sowie die zugehörigen Bedienelemente vernetzt. So werden anwenderspezifische, automatisierte und fernsteuerbare Abläufe über eine drahtlose Funktechnologie oder ein leitungsgebundenes Bussystem ermöglicht. Die Heizungs- und Lüftungstechnik, die interne und externe Kommunikationstechnik, die Multimedia- und Sicherheitstechnik können ebenfalls in das Netzwerk integriert werden. Das Smart Home gewährleistet dem Nutzer eine bessere Wohn- und Lebensqualität, mehr Sicherheit und eine effizientere Energienutzung.

Beleuchtung

Foto: Elektro+/Jung

Eine klassische Funktion in einem Smart Home ist die automatische, bedarfsangepasste Beleuchtung in Verbindung mit einer Steuerung von individuellen Raumszenen. Das bedeutet, dass mit nur einem Tastendruck oder Sprachbefehl die verschiedenen Leuchten oder Verschattungsanlagen im Haus einzeln oder gemeinsam geschaltet und gedimmt werden können. Die gewünschten Szenen oder Lichtstimmungen werden einmal vom Nutzer festgelegt und können immer wieder aufgerufen, aber auch verändert werden. Die Beleuchtung kann gleichzeitig über eine Aktivierung durch Präsenz- oder Bewegungsmelder für den präventiven Einbruchschutz genutzt werden.

Sicherheit

Foto: Elektro+/Hager

Eine wichtige Anwendung ist eine automatische oder von Nutzer festgelegte Aktivierung eines Alarmsystems, von Videoaufzeichnungen über die Türkommunikation sowie einer Anwesenheitssimulation bei Abwesenheit der Nutzer. Das Smart Home erkennt dabei auch die Entfernung der Nutzer vom eigenen Haus über die Position des eingebundenen Smartphones. Vergessene Verbraucher, wie zum Beispiel die nicht ausgeschaltete Kaffeemaschine, gehören damit ebenfalls der Vergangenheit an. Nähert sich ein Nutzer dem Haus, so werden automatisch die Komfortfunktionen des Hauses wieder aktiviert.

Heizung und Lüftung

Foto: Bosch Thermotechnik

Ein Beispiel für die größtmögliche Effizienz bei Vernetzung unterschiedlicher Systeme ist die Verknüpfung der Heizungsanlage, des Wärmeerzeugers, der Lüftungs- oder Klimatisierungsanlage sowie der Verschattungsanlage. Die Verschattungsanlage (Raffstore, Textilscreens, Markisen etc.) werden in Abhängigkeit der Innen- und Außentemperatur entweder zur Nutzung oder Abschattung der Sonnenenergie genutzt. Die Temperaturfühler in den einzelnen Räumen sowie eine lokale Wetterprognose geben den restlichen Bedarf an Heiz- oder Kühlenergie an den Wärmeerzeuger oder die Klimatisierung vor. So wird mit minimalem Energieaufwand der maximale Komfort für die Nutzer des Hauses erreicht.

Bedienung

Foto: Elektro+/Gira

Neben der Möglichkeit der manuellen Bedienung vor Ort über „klassische“ Bedienelemente wie Schalter, Taster oder Bildschirme gewinnt die Steuerung mittels mobiler Endgeräte, wie Smartphones oder Tablets, sowie Sprache zunehmend an Bedeutung. Ein breites Spektrum verschiedener Apps ermöglicht sowohl die komfortable Bedienung vor Ort über das Heimnetzwerk als auch von unterwegs über die mobile Internetverbindung.

Datensicherheit

Foto: Bosch Thermotechnik

So vielfältig und angenehm die Funktionen in einem Smart Home auch sind, ist gerade bei einer ausgeprägten Vernetzung der Komponenten auf den Schutz der eigenen Daten zu achten. Vernetzte Geräte tauschen ständig Signale und Daten untereinander aus. Sensible Daten wie An- und Abwesenheitszeiten oder Nutzerverhalten müssen daher geschützt werden. Als erster Schritt sollte somit das System physisch gesichert sein. Datenleitungen und Geräte sollten so untergebracht werden, dass kein unbefugter Zugriff darauf hat. Das System sollte weiterhin durch sichere Passwörter geschützt werden. Hierfür sollte eine Kombination aus mindestens 8 Buchstaben, Ziffern, Satz- und Sonderzeichen sowie Groß- und Kleinschreibung verwendet werden.

Smarte Haushaltsgeräte

Foto: Hausgeräte+/Miele

Das Interesse und das Angebot an smarten und vernetzten Hausgeräten wächst stetig. Neben mehr Komfort bieten sie häufig zusätzlichen Mehrwert, indem Apps zum Beispiel Tipps zur Wäschepflege und Programmwahl bei der Waschmaschine geben oder Anleitungsvideos und Rezeptideen beim Kochen liefern. Immer mehr Anbieter von Haushaltsgeräten bauen die Möglichkeiten aus, Waschmaschine, Wäschetrockner oder Backofen über einen Sprachassistenten zu steuern und deren jeweiligen Status abzufragen. Mögliche Befehle wie „sag mir, wie lange die Waschmaschine noch läuft“ oder „schalte den Backofen aus“ machen den extra Gang in den Keller oder in die Küche überflüssig. Das ist nicht nur für Menschen, die in ihrer Bewegungsfähigkeit eingeschränkt sind, praktisch, sondern erleichtert den Alltag in jedem Haushalt.

Hybridheizung: Die Kombination von Wärmeerzeugung aus Erdgas und Strom

Foto: Bosch Thermotechnik/Buderus Deutschland

Kombigeräte vereinen die Vorteile einer Erdgas-Brennwertheizung und einer Luft- / Wasser-Wärmepumpe. Die intelligente Steuerung optimiert das Zusammenspiel der Wärmeerzeugungseinheiten hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit.

Factsheet

Wie funktioniert eine Hybridheizung?

Animation: BDEW

Eine Hybridheizung besteht aus drei Komponenten: einer Gas-Brennwerttherme, einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe und einer intelligenten Steuerungseinheit. Hybridheizungen werden als Kombigerät oder in getrennten Modulen angeboten.

 

Das Brennwertgerät nutzt Erdgas als Energieträger und arbeitet aufgrund der zusätzlichen Nutzung der in den Abgasen sowie im Wasserdampf enthaltenen Kondensationswärme sehr effizient.

Animation: BDEW

Die Luft-/Wasser-Wärmepumpe integriert Umweltwärme und erzeugt aus 1 Kilowattstunde (kWh) Strom in der Regel über 3 kWh Heizenergie.

 

Die intelligente Steuerung arbeitet mit einer Logik, die die Effizienz von Brennwertheizung und Wärmepumpe abgleicht und jeweils die aktuell kostengünstigere oder emissionsärmere Technologie auswählt.

Animation: BDEW

Drei Betriebsweisen sind möglich:

a. Im CO2- bzw. energetisch optimierten Betrieb wird möglichst viel Kohlendioxid eingespart.

b. Beim kostenoptimierten Betrieb wird das Modul mit dem aktuell günstigeren Energieträger genutzt.

c. Bei der temperaturgeregelten Betriebsart arbeitet je nach Außentemperatur das Brennwertgerät oder die Wärmepumpe.

Nicht nur Heizen:
Mit Erdgas lässt sich auch Klimatisieren

Foto: Ingram Täschner

Kühlung ist ebenso wie Klimatisierung für zahlreiche Branchen ein wichtiges Element der betrieblichen Abläufe. In Fleischereien ist eine ausreichende Kühlung der Waren unabdingbar. Die Klimatisierung von Patienten- und Pflegezimmern gehört in Krankenhäusern oder Heimen genauso zum Standard wie das Temperieren von Gästezimmern in Hotels. Mit Gaswärmepumpen lassen sich die vielfältigen Anforderungen an das Heizen und Klimatisieren von betrieblich genutzten Räumen und Anlagen besonders effizient erfüllen.

Factsheet
Foto: Ingram Täschner

In Gewerbebetrieben sind zwei Verfahren der Kälteerzeugung üblich: der Kompressionskälteprozess und der Absorptionskälteprozess. In beiden Fällen wird Kälte dadurch erzeugt, dass das Kältemittel bei einem niedrigen Druck verdampft. Die für die Verdampfung des Kältemittels erforderliche Wärme wird dem zu kühlenden Medium entzogen. Dadurch entsteht der Kühleffekt.

Factsheet

Kälte- und Wärmequellen

Foto: Pexels

Gas-Wärmepumpen können Wärme aus verschiedenen Quellen nutzbar machen. Drei Dinge haben diese Wärmequellen gemeinsam: Sie stehen in der Regel unbegrenzt zur Verfügung, ihre Nutzung ist kostenlos und zudem klimaschonend. Als Kältequellen kommen für eine Wärmepumpe unter anderem Umweltwärme, Abwärme oder Geothermie in Frage.

Foto: Pexels

Umweltwärmequellen:

- Umgebungsluft

- diffuse und direkte Strahlung (Solarabsorber)

- oberflächennahes Erdreich

- Grundwasser und Uferfiltrat

 

Die Außenluft ist als Wärmequelle überall und ohne Genehmigung verfügbar. Die saisonalen Temperaturschwankungen beeinträchtigen allerdings den Wärmeertrag.

Foto: Pexels

Geothermische Wärmequellen:

- Erdreich

- Thermalquellen

- Thermale Schichtenwässer

 

Das Erdreich ist ein beachtlicher Wärmespeicher: Es nimmt an seiner Oberfläche Sonnenenergie auf und speichert sie, genauso wie die im Regen enthaltene Wärmeenergie. Diese Wärme lässt sich für die Nutzung in Wärmepumpen entnehmen, zum Beispiel durch Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden oder durch Schlitz- oder Pfahlwände. Je nach Art und geplanter Ausführung erfordern diese Anlagen eventuell vorherige Probebohrungen oder die Genehmigung durch eine Aufsichtsbehörde.

Auch das Grundwasser ist als Wärmequelle geeignet, denn es hat eine Temperatur von etwa 8 bis 12 °C. Die Entnahme erfolgt durch eine Brunnenanlage.

Foto: Pexels

Abwärmequellen:

- Abwärme aus industriellen Prozessen

- Abwärme aus Kühlkreisläufen

- Abwärme aus Abwasser und Abluft

 

Gas-Wärmepumpen kombinieren sparsame und umweltschonende Erdgastechnologie mit der Nutzung von Umweltwärme aus verschiedenen Wärmequellen. Dass Gas-Wärmepumpen sowohl für die Beheizung als auch für das Kühlen und Klimatisieren von Betriebsräumen einsetzbar sind, zeigt auch, wie vielseitig Erdgas als Energieträger im Gewerbe ist.

Speicher und System

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Der Wärme-/Kältespeicher regelt optimal abgestimmt die Energieströme von den „Erzeugern“, z. B. einer Gaswärmepumpe, zu den „Verbrauchern“, wie Kühltruhen oder Heizkörpern. Steht nicht genügend Wärme aus Umweltenergie zur Verfügung, kann der Gasbrenner der Gaswärmepumpe auch ohne Umweltwärme im „Direktheizbetrieb“ genutzt werden. Zudem wird im Wärme-/Kältespeicher die gewonnene Umweltenergie eingelagert.

Funktionsprinzip

Wie funktioniert die Gaswärmepumpe?

1. Der Verdampfer entzieht der Umgebung Wärme. Dabei wechselt das im System enthaltene Kältemittel in den gasförmigen Zustand.

2. Der entstehende Dampf wird mittels eines Kompressors verdichtet und auf ein höheres Temperaturniveau gebracht.

3. Im dritten Schritt gibt das dampfförmige Kältemittel seine Wärme im Verflüssiger/Kondensator an das Heizungssystem ab und wird dabei flüssig.

4. Zum Schluss baut ein Entspannungsventil den Überdruck ab, so dass das Kältemittel wieder Umweltwärme aufnehmen und der Prozess von vorne beginnen kann.

  • Einleitung
  • Gasmotorisch
  • Absorption

Funktionsprinzip

Gasmotorische Gaswärmepumpen

Werden mit Erdgas betrieben. Um den Verdichter in Gang zu setzen, kommt ein Verbrennungsmotor zum Einsatz. Dieser sollte schallgedämmt sein, um störende Betriebsgeräusche zu vermeiden. Diese Gaswärmepumpen arbeiten primärenergetisch effizienter als Elektro-Wärmepumpen, da sich die Abwärme – welche beim Verbrennungsprozess entsteht – zusätzlich als Heizwärme nutzen lässt. Bei der gasmotorischen Wärmepumpe wird der Verdichter von einem Erdgas-Verbrennungsmotor angetrieben.

  • Einleitung
  • Gasmotorisch
  • Absorption

Funktionsprinzip

Absorptions-Gaswärmepumpen

Nutzen Erdgas anstelle elektrischer Antriebsenergie. In einem Systemkreislauf wird eine Wasser-Ammoniak-Lösung und Helium als Hilfsgas transportiert, sodass bewegliche Teile, wie z. B. Pumpen, für den Betrieb nicht erforderlich sind. Dadurch sind Absorptions-Gaswärmepumpen sehr ausfallsicher und praktisch wartungsfrei. Absorptions-Gaswärmepumpen nutzen Erdgas in einem thermischen Verdichter. In einem Systemkreislauf wird eine Wasser-Ammoniak-Lösung transportiert.

  • Einleitung
  • Gasmotorisch
  • Absorption

Heizen und Kühlen

Foto: Adobe Stock

Eine Gas-Wärmepumpe eignet sich besonders gut für einen geringen oder mittleren Kältebedarf. Gas-Wärmepumpen sind gleichzeitig in zwei Betriebsarten nutzbar, nämlich zur Warmwasserbereitung und zum Beheizen der Betriebsräume oder als Kühlaggregat. Auch ein Umschaltbetrieb ist möglich. Dazu wird die Fließrichtung im Gerätekreislauf einfach umgekehrt: Im Heizmodus fördert der außerhalb des Gebäudes installierte Verdichter das gasförmige Kältemittel zum Innengerät (zum Beispiel zu einem Deckenmodul) und gibt Wärme in den Raum ab. Im Kühlbetrieb wird dagegen das flüssige Kältemittel zum Innengerät transportiert.

Trinkwasser

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Öffentliche Wasserversorgung nutzt nur knapp 3% der verfügbaren Wasserressourcen

 

Deutschland ist ein wasserreiches Land: Im langjährigen Mittel stehen pro Jahr 188 Milliarden Kubikmeter Wasser zur Verfügung. Die Wasserentnahme aller Wassernutzer beträgt 33,1 Milliarden Kubikmetern. Insgesamt werden gut 17% des jährlichen Wasserdargebotes dem Wasserkreislauf entnommen und diesem nach Gebrauch wieder zugeführt. Etwa 83% des Wasserdargebotes werden nicht genutzt.

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Wasserversorgungsunternehmen fördern überwiegend Grundwasser

 

Grundwasser ist mit einem Anteil von 62,2% die überwiegend genutzte Ressource für die Wassergewinnung der öffentlichen Wasserversorgung in Deutschland. Die natürliche Grundwassererneuerung setzt dabei eine Grenze für die Wasserentnahme der Wasserversorgungsunternehmen. Zweite wichtige Ressource für die Trinkwassernutzung ist mit einem Anteil von 29,8% Oberflächenwasser einschließlich angereichertem und uferfiltriertem Grundwasser. Quellwasser ist frei zutage tretendes Grundwasser und trägt mit 8,0% zur Bedarfsdeckung bei.

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Haushaltswasserverbrauch konstant

 

Im Zeitraum von 1990 bis 2017 hat sich der personenbezogene Wassergebrauch um 16% verringert. Der durchschnittliche Wassergebrauch der Bevölkerung betrug 2017 pro Einwohner und Tag 123 Liter.

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

65,3 Milliarden EURO seit 1990 investiert

 

Um den Verbrauchern jederzeit ein qualitativ hochwertiges Trinkwasser in ausreichender Menge anbieten zu können, investieren die Wasserversorgungsunternehmen kontinuierlich zur Erhaltung, Modernisierung und zum weiteren Ausbau der Versorgungsanlagen. Insgesamt sind von der öffentlichen Wasserversorgung im Zeitraum von 1990 bis 2016 65,3 Milliarden Euro in Wassergewinnung, Aufbereitung und Speicherung, in Wassertransport- und Wasserverteilungsanlagen sowie für Zähler und Messgeräte investiert worden. In Deutschland verfügt jedes an die öffentliche Wasserversorgung angeschlossene Wohngebäude über einen Wasserzähler.

Erdgasnetz

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Unter dem Erdgasnetz wird das Rohrleitungssystem verstanden, welches zur Verteilung des Gases vom Erzeuger bis zum Verbraucher dient. Es wird dabei zwischen Hoch-, Mittel-, und Niederdruckleitungen unterschieden. Das Erdgasnetz kann zusätzlich zu seiner Verteilfunktion auch eine Speicherung des Erdgases, durch Druckerhöhung des im Rohrsystem befindlichen Gases, übernehmen. Das Erdgasnetz in Deutschland hat eine Länge von rund 500.000 Kilometern. Die Druckstufen im Gasnetz sind;

 

Niederdruck: bis einschließlich 100 Millibar

Mitteldruck: über 100 Millibar bis einschließlich 1 bar

Hochdruck: über 1 bar

 

2017 betrug der Erdgasverbrauch in Deutschland 994 Mrd. kWh.

Erdgasspeicher

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Unter einem Erdgasspeicher versteht man einen zumeist unterirdischen Speicher in den, z. B. in abnahmeschwachen Zeiten, Erdgas aus dem normalen Verteilungsnetz eingespeist wird. Das gespeicherte Gas kann bei Bedarf wieder in das Versorgungsnetz eingespeist werden, womit die Versorgungssicherheit erhöht wird. Die 50 deutschen Untertage –Gasspeicher an 39 Standorten können gut 24 Mrd. m³ Arbeitsgas aufnehmen. Das entspricht einem Viertel der in Deutschland im Jahr 2017 verbrauchten Erdgasmenge. (Stand 2017)

Gastankstellen

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Gastankstellen sind Anlagen zum Versorgen und Betanken der gasbetriebenen Fahrzeuge mit Treibstoff. Deutschlandweit gibt es ca. 860 Erdgas-Tankstellen. Heute ist an 126 Erdgastankstellen 100 Prozent Bio-Erdgas erhältlich. An jeder dritten der insgesamt rund 900 Erdgaszapfsäulen in Deutschland wird Bio-Erdgas beigemischt, sodass derzeit rein rechnerisch ein Anteil von 20 Prozent am vertankten Erdgas regenerativ ist. (Stand 2017)

Stromnetz

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Rund 36 900 Kilometer Höchstspannungsleitungen vernetzen Deutschland. Dieses Stromnetz, das mit Spannungen von 220 und 380 Kilovolt betrieben wird, bildet die Grundlage für eine sichere Stromversorgung. Um vor allem die an Land und vor der Küste geplanten Windparks optimal in das Stromnetz zu integrieren und die Weiterleitung des dort erzeugten Stroms in die Verbrauchszentren zu gewährleisten, ist ein weiterer Ausbau erforderlich. Bis 2020 muss das Höchstspannungsnetz laut Studien der dena um bis zu 4.300 Kilometer ausgebaut werden, damit der Windstrom von Nord nach Süd fließen kann.

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Spannungsebenen Stromnetz:

 

Niederspannung: bis einschließlich 1 Kilovolt

Mittelspannung: über 1 bis einschließlich 72,5 Kilovolt

Hochspannung: über 72,5 bis einschließlich 125 Kilovolt

Höchstspannung: über 125 Kilovolt

2017 betrug der Netto-Stromverbrauch in Deutschland 530 Mrd. kWh.

Wärmenetze

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

In Deutschland werden von den Wärmeversorgern 26.400 Kilometer Wärmetrassen und 100 Kilometer Kältenetze betrieben. Über 372.000 Fernwärmeanschlüsse wurden 5,7 Millionen Haushalte mit Fernwärme versorgt. (Stand 2017)

 

Im Jahr 2017 betrug die Nettowärmeerzeugung für die leitungsgebundene Wärmeversorgung über Wärmenetzsysteme in Deutschland rund 139 Mrd. kWh. Mit 60 Mrd. kWh (43 Prozent) wurde der größte Teil dieser Nah- und Fernwärme aus Erdgas erzeugt. Stein- und Braunkohle trugen zusammen rund 26 Prozent (36 Mrd. kWh) zur Erzeugung bei. Bereits 14 Prozent der Fernwärme werden aus Erneuerbaren Energien erzeugt.

In privaten Haushalten wird die Fernwärme zum größten Teil für Raumwärme genutzt. Der Wärmeverbrauch in der Industrie ist eher von konjunkturellen Entwicklungen abhängig; die Betriebe des Verarbeitenden Gewerbes nutzen Fernwärme und Fernkälte zumeist in Industrieprozessen. Im Sektor Gewerbe/Handel/Dienstleistungen spielt neben der Nutzung für Raumwärme auch die Verwendung zur Warmwasserbereitung und für weitere Heiz- und Kühlprozesse eine Rolle.

Factsheet

IKT-Infrastruktur

Foto: iStockphoto

Aktuell besitzen bereits mehr als 75 Prozent der Haushalte in Deutschland einen Internet-Anschluss mit 50 Mbit/s oder mehr. Der Mobilfunkstandard LTE erreicht inzwischen sogar mehr als 95 Prozent der Haushalte. Noch schnellere Glasfaser-Direktanschlüsse (FTTB/H) sind immerhin schon für rund sieben Prozent der deutschen Haushalte verfügbar.

Foto: iStockphoto

Um den Ausbau digitaler Hochgeschwindigkeitsnetze in Deutschland zu beschleunigen, haben Bundestag und Bundesrat dem vom BMVI entworfenen Gesetz zur Erleichterung des Ausbaus digitaler Hochgeschwindigkeitsnetze, kurz DigiNetz-Gesetz, zugestimmt. Bei neuen Straßen und Neubaugebieten müssen Glasfaserkabel künftig mitverlegt werden. Das gilt auch bei der Erschließung von Gewerbegebieten. Dabei sollen die Glasfaserkabel bis zu den einzelnen Gebäuden verlegt werden. (Quelle: BMVI, Februar 2019)

 

Viele kommunale Versorgungsunternehmen sowie die Energie- und Wasserwirtschaft treiben den Ausbau digitaler Infrastruktur insbesondere in ländlichen Regionen voran.

Abwasser

Foto: C. Bach

In Deutschland sind über 96 Prozent der Gesamtbevölkerung an die öffentliche Kanalisation angeschlossen.

 

Das heißt, das Abwasser der Haushalte wurde in der öffentlichen Kanalisation gesammelt - rund 540.723 Kilometer Abwasserkanäle - und in Kläranlagen geleitet. In öffentlichen Kläranlagen werden jährlich insgesamt etwa 10,07 Milliarden Kubikmeter Abwasser behandelt (Quelle: BMU, Februar 2019).

Foto: C. Bach

97 Prozent der kommunalen Abwässer in Deutschland werden mit dem höchsten EU-Standard behandelt, dies ist die biologische Behandlung mit Nährstoffelimination, das heißt die dritte Reinigungsstufe entsprechend der EU-Kommunalabwasserrichtlinie.

 

Die Entwicklung der Investitionen in der öffentlichen Abwasserbeseitigung steht in engem Zusammenhang mit der Weiterentwicklung der Anlagen zur Abwasserbeseitigung, also der Kanalnetze und der Kläranlagen. Technische Weiterentwicklungen finden gerade in der Abwasserentsorgung kontinuierlich statt. Das bewirkt auch einen weiterhin hohen Investitionsbedarf. Er lag in 2014 bei 4,8 Mrd. Euro (Quelle: Stat. Bundesamt & BDEW, 2016)

Import-Pipeline

Quelle: BDEW, Foto: Swen Gottschall

Deutschland ist aktuell zu über 90 Prozent auf Importe von Erdgas angewiesen. Im Wesentlichen aus den Produzentenländern Russland Niederlande und Norwegen gelangen die Erdgas-Importmengen per Pipeline nach Deutschland. Geringe Mengen werden auch aus Dänemark bezogen. Die inländische Eigenproduktion lag 2017 nur noch bei rund 6 Prozent vom deutschen Erdgasbezug. Das deutsche Erdgasnetz ist gut in das wachsende europäische Erdgasversorgungsnetz integriert.

Foto: Ingram Täschner

Deutschland ist aktuell zu über 90 Prozent auf Importe von Erdgas angewiesen. Im Wesentlichen aus den Produzentenländern Russland Niederlande und Norwegen gelangen die Erdgas-Importmengen per Pipeline nach Deutschland. Geringe Mengen werden auch aus Dänemark bezogen. Die inländische Eigenproduktion lag 2017 nur noch bei rund 6 Prozent vom deutschen Erdgasbezug. Das deutsche Erdgasnetz ist gut in das wachsende europäische Erdgasversorgungsnetz integriert.