Energieeffizienz, Strukturwandel und Produktionsentwicklung der deutschen Industrie

Aufbauend auf den Ergebnissen der Enquete-Kommission "Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre des 11. Deutschen Bundestages im Jahre 1990 hatte die Bundesregierung in mehreren Kabinettsbeschlüssen Anfang der 90er Jahre die wesentlichen Grundelemente einer umfangreichen Strategie zur Reduktion der anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen festgelegt. Besonderes Gewicht haben dabei die energiebedingten Emissionen und hier besonders die CO$_{2}$-Emissionen, die durch die Verbrennung fossiler Energieträger entstehen. Seit den ersten Beschlüssen der Bundesregierung, die CO$_{2}$-Emissionen bis zum Jahre 2005 um üehr als 25 % gegenüber seinem Ausgangswert von 1,08 Mrd. t im Jahre 1987 zu vermindern, sind die Emissionen der Treibhausgase deutlich zurückgegangen, die CO$_{2}$-Emissionen bis Ende 1995 auf etwa 890 Mio. 1. Das Reduktionsziel wurde von Bundeskanzler Kohl auf der ersten Nachfolgekonferenz der Klimarahmenkonvention im April 1995 in Berlin nochmals bestätigt. Heute bezweifeln nicht wenige Praktiker in Wirtschaft und Verwaltung, daß dieses Ziel unter halbwegs akzeptablen Kosten und bei dem verbleibenden Zehn-Jahres-Zeithorizont noch zu erreichen sei, weil die bisherigen CO$_{2}$-Emissionsminderungen ausschließlich in Ostdeutschland durch den Zusammenbruch der Wirtschaft und die erhebliche Substitution von Braunkohle durch Erdgas und Heizöl sowie mehr Energieeffizienz erreicht wurden. Andererseits betonen die Klimatologen, Geophysiker und Biologen, daß die Zielsetzung der Verminderung klimarelevanter Gasemissionen der Industrieländer weitere Etappen für 2020 mit 40 bis 50 % (ebenfalls bezogen auf das Jahr 1987) und für Mitte des kommenden Jahrhunderts mit 80 % zu erfüllen habe, wenn man eine nicht vermeidbare moderate Zunahme der Nutzung von fossilen Energieträgern der Schwellen- und Entwicklungsländer in den nächsten Jahrzehnten mitbetrachte. Aufgrund bisheriger Analysen sind einige Energiewirtschaftler - darunter auch die Autoren - der Meinung, daß die Kosten der zur Zielerreichung notwendigen Maßnahmen durchaus im Rahmen des Möglichen seien und andere positive Begleitwirkungen wie netto mehr Beschäftigung, eine bessere Position der Investitionsgtüterindustrie im Export und weniger Umweltschaden zu erwarten seien. Um die Frage von Akzeptanz und Kosten verschiedener klimapolitischer Optionen auf eine hinreichend präzise Basis stellen zu können, dient nunmehr u.a das IKARUS-Instrumentarium dazu, die politische Diskussion um energie-, verkehrs- und klimapolitische Optionen anhand quantitativ arbeitender Modelle und einer großen Datenbank zu unterstützen. Innerhalb von vier Jahren wurde nunmehr ein Instrumentarium erarbeitet, das einerseits über eine einheitlich strukturierte, breit und wissenschaftlich gut abgesicherte Datenbasis verfügt und andererseits aus einer Reihe von Rechenmodellen für Analysen besteht, die der Komplexität des [...

Strategien und Technologien einer pluralistischen Fern- und Nahwärmeversorgung in einem liberalisierten Energiemarkt unter besonderer Berücksichtigung der Kraft-Wärme-Kopplung und erneuerbarer Energien : Kurzfassung der Studie

Die Zusammenfassung dient zwei Zielen: Zunächst werden die wesentlichen Ergebnisse der Langfassung der o.g. Studie referiert; auf dieser Basis werden dann mögliche Maßnahmen und Strategien diskutiert, die kurzfristig (2000-2001) ergriffen werden könnten. Als Akteure kommen hierbei nicht nur die Bundesregierung, die wichtige Rahmenbedingungen zum Marktgeschehen wird setzen müssen, in den Fokus, sondern auch die Betreiber von Heizkraftwerken und KWK-Anlagen und deren Verbände, aber auch andere Akteure wie z. B. Contracting-Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Da die Übergangsphase der Liberalisierung der europäischen Stromwirtschaft in den Jahren 2000-2005 eine besondere Herausforderung für die KWK-Entwicklung darstellt, wird auch ein kurzfristig wirksames Maßnahmenbündel zur Diskussion gestellt. Dem Leser sei zum Verständnis in Erinnerung gerufen, dass diese vorgelegte Analyse im Rahmen einer Vorstudie durchgeführt wurde und langfristig abgesicherte Aussagen auch Analysen mit einschließen müssten, die bis 2010 und 2020 reichen. Weiterführende Arbeiten sollen in einer geplanten Hauptstudie erfolgen

Strategien und Technologien einer pluralistischen Fern- und Nahwärmeversorgung in einem liberalisierten Energiemarkt unter besonderer Berücksichtigung der Kraft-Wärme-Kopplung und regenerativer Energien : Kurztitel: Pluralistische Wärmeversorgung ; AGFW-Hauptstudie - erster Bearbeitungsabschnitt. Band 1, Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplung, Zertifizierungsverfahren und Fördermodelle

Die im vorliegenden Band 1 vorgestellten Ergebnisse sollen der Begleitung der anstehenden KWK-Gesetzgebung in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht dienen. Das derzeitige KWK-(Vorschalt-)Gesetz, welches durch ein neues mit klareren Kriterien verbundenes Gesetz ersetzt werden soll, ist in mehrfacher Hinsicht problematisch, da es Regelungen zum Auffangen von Stranded Investments mit Regelungen zur Förderung von KWK vermischt, keine klare Definition von KWK enthält, industrielle KWK ausgegrenzt und durch die intransparente Förderstruktur das Mittelaufkommen und die Mittelverwendung nicht nachvollziehbar macht. Ein KWK-Ausbau wird sich in der gegenwärtigen Situation des Strommarktes nur auf der Basis einer Förderung entwickeln können (vgl. Vorstudie). Obwohl neue KWK-Anlagen im Vergleich zu neuen Anlagen der ungekoppelten Erzeugung unter Vollkostenbedingungen meist günstiger abschneiden, benötigen sie vor dem Hintergrund des aktuell auf dem Niveau kurzfristiger Grenzkosten geführten Preiskampfes zusätzliche Deckungsbeiträge. Die Analyse der Vielzahl vorgeschlagener Zertifizierungskriterien hat ergeben, dass definierter KWK-Strom eine geeignete Messgröße darstellt. Ausführliche Analysen zeigen, dass die Bestimmung dieses Stromanteils mit Hilfe einer einmaligen Anlagenzertifizierung relativ unproblematisch ist. Eine weitere Differenzierung des so definierten KWK-Stroms, z. B. hinsichtlich der CO2-Effizienz, birgt dagegen die Gefahr so krasser Fördergegensätze zwischen alten und neuen Anlagen sowie zwischen gas- und kohlegefeuerten Anlagen, dass dadurch vorhandene, für zukünftige Anwendungen prädestinierte Standorte verloren gehen könnten und die sinnvolle Auskopplung großer Wärmemengen aus Steinkohlekraftwerken unterbleibt. Die Bewertung verschiedener Fördermodelle ergibt kein eindeutiges Bild, welches Fördermodell zu bevorzugen wäre. Andererseits zeigt sich, dass sich aus allen Bausteinen von Förderinstrumenten ein sinnvolles Instrumentenmix konstruieren lässt

Extending effectiveness to efficiency: Comparing energy and environmental assessment methods for a wet cooling tower

AbstractImproving the environmental performance and energy efficiency of cooling towers requires systematic evaluation. However, methodological challenges emerge when applying typical environmental assessment methods to cooling towers. Hence, this paper compares the methods, analyzes their strengths and weaknesses, and proposes adaptions for evaluating cooling towers. As a case study, we applied five methods for assessing the wet cooling system of the high‐performance data center in Stuttgart. These are material flow analysis (MFA), life cycle inventory, life cycle assessment (LCA), exergy analysis, and life cycle exergy analysis (LCEA). The comparison highlights that the LCA provides the most comprehensive environmental evaluation of cooling systems by considering several environmental impact dimensions. In the case of the wet cooling tower, however, electricity and water consumption cause more than 97% of the environmental impacts in all considered impact categories. Therefore, MFA containing energy flows suffices in many cases. Using exergy efficiency is controversially debated because exergy destruction is part of the technical principle applied in cooling towers and, therefore, difficult to interpret. The LCEA appears inappropriate because construction and disposal barely affect the exergy balance and are associated with transiting exergy. The method comparison demonstrates the need for further methodological development, such as dynamic extensions or the efficiency definition of cooling towers. The paper highlights that the methodological needs depend on the specific application.Ph.D. scholarship by the Graduate and Research School for Energy Efficiency Stuttgart (GREES

Multi-Criteria Comparison of Energy and Environmental Assessment Approaches for the Example of Cooling Towers

Cooling towers remove economically or technically unusable heat using considerable amounts of electricity and, in many cases, water. Several approaches, which vary in methodology, scope, and level of detail, are used for environmental evaluations of these cooling systems. Although the chosen approach has a significant impact on decisions made at the plant level, no methodology has yet been standardized for selecting the approach that best serves the objectives of the evaluation. Thus, this paper provides comparison criteria for the systematic selection of suitable evaluation methods for cooling towers and classifies how the methods score in this respect. These criteria, such as ‘life cycle thinking’, ‘inventoried physical quantities’, ‘temporal resolution’, ‘formalization’, and ‘data availability’, are grouped by overall evaluation objectives such as ‘thoroughness’, ‘scientific soundness’, and ‘usability’. Subsequently, these criteria were used to compare material flow analysis, energy analysis, environmental network analysis, life cycle inventory, life cycle assessment, environmental footprint methods, emergy analysis, exergy analysis, and the physical optimum method. In conclusion, material flow analysis is best suited for the analysis of cooling towers when impact assessment is not required; otherwise, life cycle assessment meets most of the defined criteria. Moreover, only exergy-based methods allow for the inclusion of volatile ambient conditions

EPS, ETS, Renewable obligations and feed in tariffs — Critical reflections on the compatibility of different instruments to combat climate change

AbstractThe Energy Sector is facing its biggest upheaval. Governments around the globe are discussing the best way to combat climate change. Different mechanisms and policies have been introduced to reach a global carbon dioxide reduction of up to 80% by 2050, based on 1990 emission levels. The difficulties in applying different instruments at the same time are often not considered in the discussion of different instruments. However to achieve an effective and efficient reduction of emissions, a look at the whole bundle of instruments and their interrelationship is necessary when future regulations are discussed. This paper will critically assess the effects and the interrelationship of ETS, EPS and feed in tariffs from a European perspective

Free Cooling for Saving Energy: Technical Market Analysis of Dry, Wet, and Hybrid Cooling Based on Manufacturer Data

In light of energy and climate targets, free cooling unlocks a major resource-saving potential compared to refrigeration. To fill the knowledge gap in quantifying this saving potential, we aim to specify the physical and technical limits of cooling tower applications and provide comprehensive data on electricity and water consumption. For this purpose, we distinguish six types of package-type cooling towers: dry, closed wet, open wet, and three types of hybrid systems; defining one generalized system for all types enables comparability. Subsequently, we collect data from 6730 system models of 27 manufacturers, using technical information from data sheets and additional material. The analysis reveals, for example, specific ranges of electricity demand from 0.01 to 0.06 kWel/kWth and highlights influencing factors, including type and operating point. Refrigeration systems would consume approximately ten times more electricity per cooling capacity. Furthermore, the evaluation demonstrates the functional limits, for example, the minimum cooling temperatures. Minimum outlet temperatures using evaporative cooling are up to 16 K lower than for dry cooling. The collected data have crucial implications for designing and optimizing cooling systems, including potential analysis of free cooling and efficiency assessment of cooling towers in operation

Comparing Exergy Analysis and Physical Optimum Method Regarding an Induction Furnace

In order to achieve energy and climate goals, energy and resource efficiency are considered a key measure. Limit-value-oriented methods such as the exergy analysis and the physical optimum method are used to show the limits of efficiency improvement. In this context, the physical optimum represents the theoretical ideal reference process. Despite their similarities, no comprehensive comparison to the exergy analysis has been carried out yet. Thus, the purpose of this study is to close this gap by examining differences and intersections using the example of an induction furnace. The minimum energy input according to the physical optimum method is 1327 MJ/t whereas the exergy of the melting product is 1393 MJ/t, depending on transit flows taken into account. The exergy analysis extends considerably beyond the physical optimum method in terms of the complexity and accuracy of the assessment of material flows by using exergy units. The exergy analysis makes clear which exergy is linked to the losses and thus reveals the potential for coupling processes. This results in different areas of application for the two methods