Electrification of industrial process heat : long-term applications, potentials and impacts

Converting electricity into heat offers the opportunity to make of use large scales of renewable (surplus) energy in the long run in order to reduce shut-downs of renewable power plants and to substitute fossil fuels. Electrification seems to be also very promising for industrial heat applications, as it enables high process temperatures to be achieved in a tailor-made and efficient way and enables the utilisation of other energy sources like waste heat, geothermal or ambient heat (via heat pumps). This article analyses theoretical and technical electrification potentials of Steam Generation and Other Process Heat Generation in the following energy-intensive branches: iron & steel, non-ferrous metal, iron foundries, refineries, base chemicals, glass, cement clinker and paper industry in Germany. Literature research, expert interviews as well as own modelling were conducted to determine potentials and their implementation barriers. Based on these methods, market potential to electrify industrial steam generation was estimated. On the basis of two climate protection scenarios, the effects of both a monovalent and a hybrid industrial power-to-heat strategy were quantified with regard to greenhouse gas reduction and energy efficiency (primary energy saving). The pathway towards electrification will be reflected by criteria such as path dependency, dependency of infrastructure and system compatibility. Recommendations for research and development as well as policies are derived from the overall analysis. The article shows that electrification can be an important option to achieving high CO2-savings in the industrial heating sector in a long-term perspective. However, the scenario calculations show that electrification does not in itself guarantee reduction of greenhouse gases or savings of primary energy. To reach these goals, it is essential to further develop industrial heat pumps and to map electrification and further development of renewable energy (including infrastructure such as power networks and storage facilities) in a concerted strategy

Erneuerbar, energieeffizient & flexibel : Vision und Roadmap für treibhausgasneutrale Nichtwohngebäude

Das Forschungsvorhaben FlexGeber hat die Darstellung des Flexibilitätspotentials von gewerblich und industriell genutzten Gebäuden in Deutschland sowie die Verknüpfung mit den sich wandelnden Anforderungen des Energiesystems zum Ziel. Im Rahmen des Projekts wurde durch die Projektpartner eine gemeinsame Vision für einen treibhausgasneutralen Nichtwohngebäudebestand erarbeitet. Die Vision stellt ein von den Projektpartner geteiltes Zielszenario dar, in welchem ein treibhausgasneutraler Nichtwohngebäudebestand Realität ist. Im vorliegenden Bericht betrachten das IKEM und das Wuppertal Institut die für ein solches Szenario erforderlichen gesellschaftlichen, wirtschaftlichen, ökologischen und politischen Rahmenbedingungen

Hemmnisanalyse zu Änderungen des Nutzerverhaltens und Optimierung der Organisationsprozesse zur Schaffung von Flexibilität in gewerblich und industriell genutzten Gebäuden

Ziel dieses Teilvorhabens innerhalb des FlexGeber-Projektes war die Initiierung und Begleitung eines Prozesses zur Identifikation und (idealerweise späteren) Realisierung von Effizienz-, Erneuerbaren- und Flexibilitätspotenzialen in den Industriebetrieben Taifun-Tofu GmbH (Lebensmittel) und Hermann Peter KG (Baustoffe). Dazu haben die Forschenden jeweils in einem Workshop relevante Akteure zusammengebracht und Wissen zur Bestimmung und Bewertung von Flexibilitäten aus technischer, rechtlich-politischer sowie strukturell-organisatorischer Sicht erarbeitet und vermittelt. Gemeinsam klärten sie, welche Informationen in welchem Format für Unternehmen erforderlich und relevant sind, um Flexibilitätsoptionen identifizieren und umsetzen zu können. Insgesamt gliedert sich die methodische Vorgehensweise in vier zentrale Arbeitsschritte: Vor-Ort-Begehungen bei den Reallaboren, Identifikation technischer Hotspots, Akteursworkshop sowie abschließende Auswertung. Der vorliegende Teilbericht dokumentiert diesen Prozess und fokussiert auf die Identifikation von möglichen Effizienz-, Erneuerbaren- und Flexibilitätsoptionen und der Erfassung von Hemmnissen, die einer Umsetzung von Maßnahmen zur Erschließung der Potenziale bei den Praxispartnern entgegenstehen. Da die Workshops vornehmlich auf die Unternehmen Taifun-Tofu und Hermann Peter ausgerichtet waren, fokussiert dieser Bericht auf Hemmnisse, die diese Unternehmen bzw. Unternehmen dieser Branchen betreffen. Darüber hinaus ist ein Kapitel zu Hemmnissen, die sich aus dem Demonstrationsvorhaben des Fraunhofer ISE-Campus (Ausbau des Kältenetzes und Installation von Kältespeichern) ableiten, ist in diesem Bericht enthalten

Cross-Impact-Analysen zur Transformation städtischer Energieinfrastrukturen am Beispiel KWK und Wasserstoff: Ergebnisse des Teilprojekts "Transformation und Vernetzung städtischer Energieinfrastrukturen" im Gesamtprojekt "Energiewende Ruhr"

Der hier vorliegende Report ist das Ergebnis des Teilprojekts "Transformation und Vernetzung städtischer Energieinfrastrukturen", welches Teil des "Rahmenprogramms zur Umsetzung der Energiewende in den Kommunen des Ruhrgebiets - Energiewende Ruhr" ist. Die Transformation der Energieinfrastruktur, in einer Region die noch immer überwiegend auf zentrale Erzeugung und entsprechende Versorgungssysteme ausgerichtet sind, zählt zu den großen Herausforderungen einer gelungenen Energiewende - auch wenn nur ein Teil dieser Herausforderungen in der Region selbst beeinflusst werden kann. Im Rahmen des Teilprojekts wurden zentrale technologisch-infrastrukturelle Herausforderungen im Kontext der Umsetzung der Energiewende im kommunalen Bereich analysiert. Insbesondere war hierbei von Interesse, wie das gezielte Vernetzen unterschiedlicher Infrastrukturbereiche (Strom, Wärme, Verkehr) einen Beitrag dazu leisten kann, Effizienzpotenziale zu heben und damit ein nachhaltiges und zukunftsfähiges Infrastruktursystem zu schaffen. Inhaltlich fokussierten die Analysen auf die Bereiche Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und Wasserstoff. Bislang wurden solche mittel- und langfristigen Transformationsprozesse häufig allein durch technologiebezogene Szenarien und Strategien beschrieben. Der Ansatz erweist sich zunehmend als nicht zielführend, da er sich zu sehr auf einzelne Technologiebereiche beschränkt und das systemische Zusammenspiel zu wenig beleuchtet. Zudem werden weitere Faktoren (Nutzerverhalten, Investitionsentscheidungen, finanzielle Handlungsspielräume auf der Verbraucherseite, Akteursnetzwerke etc.) zumeist nur marginal betrachtet. Im Rahmen des Projekts wurde daher der methodische Zugang einer Cross-Impact-Bilanz gewählt, um diskursiv und partizipatorisch qualitative Zukunftsbilder für die Technologiebereiche zu entwerfen

Heizen ohne Öl und Gas bis 2035 : ein Sofortprogramm für erneuerbare Wärme und effiziente Gebäude ; Studie im Auftrag von Greenpeace e.V.

Um einen angemessenen Beitrag zu einer Begrenzung des weltweiten Temperaturanstiegs auf 1,5 Grad Celsius zu leisten, müsste Deutschland und damit auch der Gebäudesektor schon bis 2035 treibhausgasneutral sein. Greenpeace hat daher das Wuppertal Institut beauftragt, ein Sechs-Punkte-Sofortprogramm für erneuerbare Wärme und effiziente Gebäude zu erarbeiten, mit dem dieses Ziel erreichbar wird. Das Sofortprogramm sieht vor, dass in drei zentralen Bereichen jeweils eine ordnungsrechtliche Maßnahme mit einer spezifischen, dazu passenden finanziellen Fördermaßnahme kombiniert wird: 1) Ausstiegsgesetz für fossile Heizungen und Förderung für elektrische Wärmepumpen und Solarthermie. 2) Pflicht und Förderung für die energetische Sanierung ineffizienter Gebäude mit ökologischen Kriterien. 3) Gesetz mit Zielen sowie förderlichen Bestimmungen und dazu passende Förderung für Erneuerbare-Wärmenetze: Ausbau und Umstieg auf grüne Wärmeerzeugung. So erhöht das Sofortprogramm die energetische Sanierungsrate auf drei bis vier Prozent pro Jahr und führt dazu, dass schon 2035 fast zwei Drittel der Gebäude mit Wärmepumpen und etwa ein Viertel mit Nah- und Fernwärme aus erneuerbaren Energien beheizt werden und ein Drittel zusätzlich mit thermischen Solaranlagen ausgestattet wird

Die Rolle der Wärme im Energiesystem : Systemaspekte

Der zentrale Treiber des Endenergiebedarfs in Deutschland ist die Wärmenachfrage in Form von Raumwärme (29,2 %), Warmwasser (5,5 %) und Prozesswärme (21,1 %). Mit insgesamt 5.179 PJ (1.439 TWh) ist Wärme verantwortlich für rund 56 % des gesamten Endenergiebedarfs von 9.268 PJ im Jahr 2013 1. Hinzu kommt eine weitere Nachfrage von 2,1% für Klimakälte (0,4 %) und sonstige Prozesskälte (1,7 %). In der Endenergiebilanz für Deutschland verringerte sich in den Jahren von 1990 bis 2012 der Brennstoffverbrauch für die Wärmebereitstellung um 13 %. Im Vergleich zum Kraftstoffverbrauch beispielsweise, welcher sich im gleichen Zeitraum sogar geringfügig erhöhte (+ 3 %), fällt die Bilanz im Wärmebereich deutlich positiver aus, gleichwohl bleibt der größte Teil des bestehenden Effizienzpotenzials bis dato nicht ausgeschöpft

The interaction of images and text during comprehension of garden-path sentences: is integration better than good enough?

One of the main goals of reading is to construct a discourse representation. However, when information in the discourse is confusing or ambiguous, readers are often not able to create a fluid, accurate understanding of the text. Decades of research on temporarily ambiguous garden-path sentences have given the field of psycholinguistics a comprehensive understanding of how readers process, and often misinterpret, garden-path sentences. Both online and offline data demonstrate that when reading garden-path sentences (e.g., As the guard and officer wrestled the thief that was fleeing fell down the stairs), readers may not arrive at the correct, syntactically-licensed interpretation (i.e., that the guard and officer are wrestling each other) despite apparent reanalysis. The garden-path sentence processing model claims that readers often parse sentences by developing only shallow representations of the structure, and thus never return from "down the garden path" to arrive at the correct, syntactically licensed interpretation (Ferreira, Ferraro, & Bailey, 2002; Ferreira & Patson, 2007). In this dissertation, I seek to test the bounds of the garden-path model of sentence processing by investigating contextual influences on language processing. Specifically, how are reading processes are affected by the presence of extralinguistic information (e.g., imagery) with garden-path sentences. If readers are able to properly make use of linguistic (words) and nonlinguistic (pictorial) information, does it help them avoid inaccurate interpretation? For means of comparison, a related question is the role of imagery on linguistic disambiguation for less proficient readers who might rely more on the nonlinguistic code (e.g., nonnative speakers). I approach the issue of visual and linguistic (multimedia) processing by investigating specifically whether or not nonnative speakers of English, compared to native speakers, rely differently on non-linguistic information to parse and understand ambiguous, garden-path sentences

Wege zur Klimaneutralität : Energierahmenstudie Mannheim

Die Stadt Mannheim kann spätestens bis zum Jahr 2050 vollständig klimaneutral werden und damit einen maßgeblichen Beitrag zur Umsetzung der Ziele des Pariser Klimaabkommens auf kommunaler Ebene leisten. Das ist das zentrale Ergebnis der vorliegenden "Energierahmenstudie Mannheim", die das Energieunternehmen MVV in Abstimmung mit der Stadt beim Wuppertal Institut in Auftrag gegeben hat. Die Studie untersucht und beschreibt die Handlungsmöglichkeiten und Umsetzungsvoraussetzungen in den Bereichen Strom, Wärme, Verkehr und Industrie

Handbuch methodischer Grundfragen zur Masterplan-Erstellung - Kommunale Masterpläne für 100 % Klimaschutz

Masterplan-Kommunen sind die Vorreiter unter den Klimaschutzkommunen und müssen über das bisher in der Breite bereits Begonnene hinausgehen. Sie stehen vor großen strukturellen und finanziellen Herausforderungen, aber auch vor großen Chancen. Die Chancen ergeben sich insbesondere für ein verbessertes und lebenswerteres Umfeld in der Kommune und damit auch für eine gesteigerte Lebensqualität. Die Einbindung aller Akteure in der Kommune, innerhalb und außerhalb der Verwaltung, ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg zum Ziel „Null Emissionen“. Vor allem die Einbindung der Wirtschaft vor Ort und der Bürgerinnen und Bürger ist essenziell, wenn eine Transformation angestoßen und umgesetzt werden soll. Das Handbuch unterstützt die Masterplan-Kommunen mit der vorliegenden methodischen Herangehensweise auf ihrem Weg

Konversion der Wärmeversorgungsstrukturen

Eine besondere Herausforderung für die Wärmewende stellen leitungsgebundene Wärmeversorgungsstrukturen dar. Aufgrund ihrer hohen Kapitalbindung bei gleichzeitig hoher Lebensdauer müssen hier frühzeitig die richtigen Weichen in Richtung Energiewende gestellt werden. Eine Vielzahl von Akteuren, Stadtwerken und Energieversorgern, über Planer und Handwerker bis hin zur Immobilienwirtschaft stehen vor der Schwierigkeit, einen langfristig kompatiblen Pfad in Richtung Klimaschutz und Energiewende einzuleiten. Vor diesem Hintergrund sollen in diesem Artikel aus technologischer Sicht Optionen aus dem Themenfeld "LowEx und gekoppelte Wärmeversorgungsstrukturen" näher betrachtet werden