INTELLIGENTE WERKZEUGE FÜR DIE ENERGIEWENDE
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Gradtage und Gradtagszahlen sind unverzichtbar für die Bewertung des Energieverbrauchs bei Wärmeprozessen und die Beurteilung von Optimierungsmaßnahmen. Das Konzept von Gradtagen ist ein wichtiges Instrument zur Normalisierung von Energiedaten im Immobiliensektor und in der Industrie.
Die Normalisierung ist ein Prozess, bei dem saisonale Witterungseinflüsse auf den Energieverbrauch korrigiert werden, um die Daten über verschiedene Beobachtungszeiträume und geografische Standorte hinweg vergleichbar zu machen, wie z.B. von der ISO 50001 gefordert.
Energiezähler dienen zur Erhebung elektrischer Größen. Meist geht es um die Erfassung geleisteter Arbeit bzw. bezogener oder „verbrauchter“ (Wirk-)Leistung. In Einzelfällen kann die Messung weiterer Werte wichtig sein, z.B. um die Netzqualität zu überprüfen. So wird bei einigen Modellen die Netzspannung, bei leistungsfähigeren Messgeräten auch Oberschwingungen, Total Harmonic Distortion, Flicker und weitere erfasst. In der Praxis ist zwischen auslesbaren und nichtauslesbaren Zählern sowie zwischen Zählerständen und Momentanwerten zu unterscheiden.
Tipps aus der Praxis:
1. Zählerauswahl: Universalmessgeräte haben das beste Preis-Leistungsverhältnis. Es sollte eine Variante mit Modbus TCP verwendet werden. Diese sind mit allen Auswertungssystemen kompatibel. Herstellerspezifische Protokolle oder Impulse sollten immer vermieden werden!
2. Zählerort: Die Niederspannungshauptverteiler sind der ideale Ort für Zähler. Hier können mehrere Zähler an den Zu- und Abgängen angebracht werden und dadurch Verkabelungsaufwand der Kommunikationsleitungen reduziert werden. Nur wenn die einzelne Anlage nicht am Niederspannungshauptverteiler abgegriffen werden kann, ist eine Zählerinstallation an der Anlage sinnvoll.
Das Messkonzept ist das Fundament eines effektiven betrieblichen Energiemanagements. Mit Hilfe des Messkonzepts können Sie sich ein strukturiertes und umfassendes Bild vom Aufbau der energetischen Infrastruktur im Betrieb verschaffen, indem es die vorliegenden Messstellen aufschlüsselt. Es umfasst sowohl die Metadaten der Messstellen wie beispielsweise die Bezeichnung, als auch die zugeordnete physikalische Messung durch ein Messgerät. Die Erstellung eines Messkonzepts beginnt oftmals mit einer Bestandsaufnahme der vorhandenen Infrastruktur. Daneben dient es aber auch zur Planung neuer Messstellen und der Auslegung der dafür benötigten Messtechnik.
Bei der Erstellung eines ganzheitlichen Messkonzepts muss in bestimmten Fällen die Notwendigkeit einer eichrechtskonformen Messung mitgedacht werden. Das bedeutet, dass die verwendete Messtechnik für diese Messstellen die Anforderungen einer eichrechtskonformen Messung erfüllen.
Ab einem Verbrauch von circa 100 MWh pro Jahr Strom bzw. 500 MWh Wärme erstellen Energieversorger sogenannte Lastprofile. In diesen wird tabellenartig die für den jeweiligen Zählpunkt bereitzustellende Leistung im Viertelstundentakt festgehalten. In diesem 15-Minuten-Takt funktioniert der gesamte Energiemarkt. So lassen sich aus den kumulierten Lastprofilen kurz-, mittel- und langfristige Prognosen erstellen und damit Kraftwerke und der Energieimport und -export steuern.
Abweichungen von diesen kumulierten Planungen werden über den Regelenergiemarkt abgewickelt. Ein Überschuss an Energie ist dabei genauso ein Problem wie eine Unterdeckung, da sich Energie nur aufwendig speichern lässt.
Ist zu viel Energie im Netz, wird diese gewöhnlich kostenfrei abgegeben; ist jedoch zu wenig Energie vorhanden, müssen kurzfristig verfügbare und damit teure und wenig umweltfreundliche Kraftwerke hochgefahren werden, so das der Strompreis auf mehrere Euro pro kWh steigen kann.
Abweichungen von den Lastkurven sind also richtig teuer für die Energieversorger. Unternehmen mit solchen Lastspitzen müssen daher Maluszahlungen an das Energieversorgungsunternehmen leisten. Maluszahlungen sind vermeidbar, denn diese werden in der Regel von großen Lasten verursacht wie z.B. Großküchentechnik, Kühlzellen, Öfen etc.
Passives Lastmanagement misst über Sensoren der Gebäude-Leit-Technik die aktuelle Last und warnt vor Überschreitungen. Die Technik nutzt die Daten der Leittechnik auf, ist kostengünstig und erfordert schnelle Reaktionen vom Personal.
Aktives Lastmanagement funktioniert ähnlich wie aktive Leittechnik und kann sowohl die Zuschaltung von Lasten verhindern als auch aktiv andere, vorher definierte Lasten vom Netz nehmen oder auf Puffer wie z.B. Stromspeicher zurückgreifen. Diese Technik ist mit einem deutlich höheren Aufwand implementierbar und wird in der Regel erst nach der ersten Maluszahlung angedacht.
Noch einen Schritt weiter geht Demand-Response, das Zu- und Abschalten großer Lasten nach Vorgabe des Energieversorgers. Hierfür bieten sich träge Prozesse an wie für Wärme, Kälte oder Klimatisierung, bei denen Verzögerungen von 15 Minuten bis hin zu mehreren Stunden nicht ins Gewicht fallen. Die hierfür erforderlichen Größenordnungen liegen im MW-Bereich und führen zu Bonuszahlungen des Energieversorgers.
Die Gesamtheit dieser Möglichkeiten birgt Energieeffizienz-Potenziale von bis zu 10 Prozent.
Zum Vorsteuerabzug berechtigte Unternehmen können die Mehrwertsteuer mit der Umsatzsteuer verrechnen und kaufen so quasi netto ein.
Unternehmen aus den Branchen Gesundheitswesen, Finanzwesen sowie kommunale, kirchliche und gemeinnützige Einrichtungen sind jedoch nicht vorsteuerabzugsberechtigt, zahlen also im Einkauf 19 Prozent mehr.
Beim Strom sind sowohl die EEG-Umlage als auch die Stromsteuer nicht umsatzsteuerbar, beim Erdgas zählt die Energiesteuer zu den nicht umsatzsteuerbaren Nebenkosten.
Es gibt 3 Wege zumindest den Energieeinkauf umsatzsteuerfrei abzuwickeln.
Netzentgelte lassen sich auf 3 Wegen reduzieren:
Unternehmen mit einem jährlichen Stromverbrauch von über 1 GWh können von reduzierten KWK-Umlagen profitieren.
Diese müssen sie bis zum 31. März des Folgejahres beim zuständigen Netzbetreiber beantragen. Dabei müssen sie angeben, wie viel Strom sie aus dem Netz bezogen und wie viel sie selbst verbraucht haben. Bleibt die Meldung aus, müssen Unternehmen die Umlagen nachzahlen.
Durch die sogenannte „Besondere Ausgleichsregelung“ nach dem EEG-Gesetz §§ 63 ff. können stromintensive Unternehmen einen Antrag auf Begrenzung der EEG-Umlage beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle stellen. Um für die besondere Ausgleichsregelung infrage zu kommen, muss Ihr Unternehmen:
mehr als 1 GWh Strom verbrauchen,
eine Stromkostenintensität von mindestens 16 % (Unternehmen nach Liste 1) bzw. mindestens 20 % (Unternehmen nach Liste 2) haben,
ein zertifiziertes Energiemanagementsystem eingeführt haben und betreiben, oder einen gültigen Eintragungs- oder Verlängerungsbescheid der EMAS-Registrierungsstelle haben (ab 5 GWh).
Die EEG-Umlage ist nicht umsatzsteuerbar.
Besonders energieintensive Unternehmen des produzierenden Gewerbes können vom Spitzenausgleich profitieren. Ihnen wird auch die Steuerlast erstattet, die nach §9 noch übrig bleibt. Um für den Spitzenausgleich infrage zu kommen, muss Ihr Unternehmen folgende Voraussetzungen erfüllen:
Es ist als Unternehmen des produzierenden Gewerbes klassifiziert.
Die gezahlte Stromsteuer im Kalenderjahr übersteigt den Sockelbetrag von 1.000 Euro.
Sie haben ein zertifiziertes Energiemanagementsystem (EnMS) nach DIN EN ISO 50001 oder EMAS eingeführt. Bei kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) genügt ein Energieaudit nach DIN EN 16247-1 oder ein alternatives System zur Verbesserung der Energieeffizienz.
Die Höhe der Entlastung hängt ab von der Differenz der Stromsteuer, die über den Sockelbetrag hinausgeht, und der (fiktiven) Entlastung durch die gesenkten Rentenversicherungsbeiträge.
Die Stromsteuer ist, ebenso wie die Energiesteuer beim Erdgas, nicht umsatzsteuerbar.
Die Einführung eines Energiemanagementsystem erfolgt freiwillig, es gibt keine gesetzliche Verpflichtung. Energieintensive Unternehmen sind besonders motiviert, da sie mit dem Nachweis Energienebenkosten reduzieren können. Ein zertifiziertes Energiemanagementsystem entbindet auch von der Verpflichtung eines regelmäßigen Energieaudits.
Die Einführung eines – systematischen – Energiemanagementsystems bedeutet weit mehr als die Durchführung eines Energieaudits. Es erfolgt eine laufende Erfassung und Auswertung der Energieflüsse in einem Unternehmen an allen Standorten mit dem Ziel sowohl die Relevanz von technischen Maßnahmen als auch von organisatorischen Veränderungen zu bewerten und durchzuführen.
Um tatsächlich Energieträger und Energieverbraucher laufend zu monitoren bedarf es technischer Voraussetzungen. Hierzu zählen einerseits Gebäudeleittechnik um die Daten vor Ort abgreifen zu können als auch Energie-Monitoring-Systeme, um Erzeugung und Zukauf systematisch zu erfassen. So lassen sich Abweichungen leichter erkennen, Trendanalysen anfertigen und Standortvergleiche durchführen.
Ein systemweiter und kontinuierlicher Verbesserungsprozess ist nur mit Einbindung der Unternehmensorganisation möglich. Daher wird mit Einführung eines Energiemanagementsystems auch ein Managementprozess etabliert, der in Managementfunktionen gipfelt und auch die Position eines Energiemanagement-Beauftragten schafft, der idealerweise direkt der Geschäftsleitung unterstellt ist und berichtet.
Die Verbindung von spezieller Technik und Managementprozess ermöglicht eine höhere Akzeptanz im Unternehmen, deckt systematische Abweichungen auf und bietet so eine gute Voraussetzung für die Entwicklung eines eigenen Energieeffizienz-Fahrplanes und somit zur erfolgreichen Umsetzung von Energiesparpotenzialen.
Die gesetzlichen Grundlagen gelten europaweit und sind 2010 in nationalen Gesetzen beschlossen worden. Sie gelten für Unternehmen, die nicht unter die KMU-Definition fallen und schreiben ein Energieaudit nach EN 16247 bindend alle 4 Jahre vor, erstmalig 2015.
Die Euronorm 16247 beschreibt die gesetzlichen Anforderungen zur Durchführung des Energieaudits, zur Qualifizierung des externen Energieauditors sowie zum Nachweis und der Nachweisführung eines Energieaudits. Für Unternehmen mit zahlreichen Standorten gibt Erleichterungen durch das Multi-Site-Verfahren. Schwerpunkte sind eine umfassende Vorort-Datenaufnahme der Energieträger und der wesentlichen Energieverbraucher sowie eine eher pauschale Bewertung von Energiesparpotenzialen in einem ausführlichen Auditbericht. Diese Dokumentation ist dann gegenüber den staatlichen Kontrollorganen, in Deutschland das BAfA, in Österreich die Monitoringstelle, nachzuweisen.
Sogenannte Nicht-KMUs sind Unternehmen, die mehr als 250 Arbeitnehmer in Vollzeit beschäftigen oder mehr als 50 Mio. Euro Jahresumsatz erzielen mit einer Bilanzsumme von mehr als 43 Mio. Euro.
Darüber hinaus gilt die Verpflichtung auch wenn eine öffentliche Einrichtung mehr als 25% des Kapitals verwaltet oder das Unternehmen nicht eigenständig ist, das heißt eine Beteiligung von min. 25% und max. 50% durch ein größeres Unternehmen innerhalb der EU besteht.
Die Einführung eines Umweltmanagementsystem erfolgt freiwillig, es gibt keine gesetzliche Verpflichtung. Ein gem. EMAS zertifiziertes Umweltmanagementsystem ist eine Kombination aus Umweltmanagement und Umweltaudit und entbindet von der Verpflichtung eines regelmäßigen Energieaudits.
EMAS (Eco-Management and Audit Scheme) geht einige Schritte weiter als die ISO-Norm 14001. Zertifizierte Unternehmen sind verpflichtet jährlich eine Umwelterklärung zu veröffentlichen, in der sie über die direkten und indirekten Umweltauswirkungen ihres Geschäftsbetriebes berichten und mit ihren selbst gestellten Umweltzielen vergleichen. Diese Erklärungen sind von einem staatlich überwachten Umweltgutachter zu überprüfen. Darüber hinaus muss das komplette Umweltmanagementsystem alle 3 Jahre rezertifiziert werden.
Die ISO-Norm 14001 und die europäische Norm EMAS substituieren sich. EMAS findet keine internationale Anerkennung, obwohl die Anforderungen deutlich höher sind.
Ein gem. EMAS zertifiziertes Umweltmanagementsystem entbindet nicht zuletzt von der Verpflichtung eines regelmäßigen Energieaudits.
Die Einführung eines Umweltmanagementsystem erfolgt freiwillig, es gibt keine gesetzliche Verpflichtung. Ein zertifiziertes Umweltmanagementsystem gem. ISO 14001 erweitert ein Energiemanagementsystem um Umweltaspekte, entbindet jedoch nicht von der Verpflichtung eines regelmäßigen Energieaudits.
Ein zertifiziertes Umweltmanagementsystem erleichtert die Erreichung etwaiger Umwelt- bzw. Klimaziele durch Messung und, idealerweise Reduzierung, der Treibhausgasemissionen.
Aktuell liegt der Fokus der Politik rein auf CO2-Emissionen, auch wenn diese prinzipiell ein gutes Indiz für alle weiteren Emissionen darstellen. Ein Umweltmanagementsystem erweitert ein Energiemanagementsystem um den wichtigen Aspekt der Stoffstromanalyse. Hierbei werden über den Energieverbrauch hinaus sämtliche Prozesse innerhalb eines Unternehmens betrachtet, die begrenzte Ressourcen nutzen (z.B. Kopierpapier), weitere Emissionen außerhalb des Unternehmens bedingen (z.B. Abfall und Abwasser) oder auch das Funktionieren des Unternehmens erst ermöglichen (z.B. Dienstreisen, Fahrten von und zur Arbeit). Ein zertifiziertes Umweltmanagementsystem entbindet nicht von der Verpflichtung eines regelmäßigen Energieaudits, erleichtert jedoch die Erstellung von CO2-Bilanzen und Nachhaltigkeitsberichten. Die regelmäßige Durchführung einer Stoffstromanalyse erweitert den Horizont aller Mitarbeiter Richtung Nachhaltigkeit und erleichtert so die effizientere Nutzung von Ressourcen.
Qualitätsmanagement dient der Verbesserung von Produkten bzw. Dienstleistungen durch Erfüllung von Kundenanforderungen. Ein QMS (Qualitäts-Management-System) ist daher auf Kundenzufriedenheit ausgerichtet. Qualität ist insofern ein Maßstab, anhand dessen der Kunde seine Kaufentscheidungen trifft. Daher steht dieser Maßstab auch für die Leistungsfähigkeit des Herstellers und damit seine Wettbewerbssituation.
Nach der Qualitäts-Management-Norm ISO 9001 ist Qualität hierbei der Grad der Erfüllung gegebener Anforderungen. Ziel eines QMS ist die systematische Einführung und Beibehaltung eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses. Qualität vermindert Fehlerkosten. Das ist die Motivation.
Insbesondere die ISO 9001 zeigt, das die Einführung eines QMS nicht nur bedeutet, auf dem Papier die Anforderungen der Norm zu erfüllen. Management-System bedeutet, das es sich um eine strategische Unternehmensentscheidung handelt und um eine laufende Management-Aufgabe.
Im Zuge der laufenden Anpassung der ISO-Normen aneinander lassen sich verschiedene Management-Systeme immer besser miteinander verknüpfen, zum Beispiel das Qualitäts-Management-System mit einem Energie-Management-System und vielleicht auch einem Umwelt-Management-System und einem Risiko-Management-System.
Die regelmässige Kontrolle der monatlichen Abrechnungsdaten der Energieversorger ist eine aufwendige und stupide, und damit fehleranfällige Prozedur. Ein nicht unerheblicher Anteil der Energieabrechnungen enthält Fehler, aus welchen Gründen auch immer.
Fehler summieren sich zu Kosten.
Die Kontrolle der Abrechnungen und das Finden der Fehler inklusive der damit verbundenen Kommunikation verursacht ebenfalls Kosten. Die Alternative hierzu ist das Energie-Controlling, ein zeitgenauer Blick auf die virtuellen Energiekonten der Energieversorger. So lassen sich nicht nur alle Abrechnungen automatisiert prüfen und zur Korrektur einreichen, darüber hinaus lässt sich auch der aktuelle Energieverbrauch zeitgenau mit den eigenen Daten aus der Leittechnik abgleichen, anstatt auf die nächste Abrechnung zum nächsten Monatsanfang zu warten.
Dies entspricht einem Zeitvorsprung von bis zu 30 Tagen. Dies kann bei deutlichen Abweichungen einen erheblichen Kostenfaktor darstellen.
Energie-Controlling wird gewöhnlich als Mietlösung via Internet angeboten.
Die Gesamtheit dieser Möglichkeiten birgt Einspar-Potenziale von bis zu 15 Prozent bei den Energieabrechnungen und bis zu 85% beim personellen Aufwand.
Energie-Monitoring beschreibt die Erfassung und Analyse sämtlicher Verbraucher und Erzeuger. Hierzu zählen nicht nur Strom und Wärme, sondern auch Wasser sowie energieintensive Medien wie Kälte, Druckluft, Wasserdampf etc. Darüber hinaus müssen weitere Informationen wie Raum- und Außentemperatur, Betriebsstunden, Besucherfrequenz bzw. Auslastung etc. erfasst werden um äußere Einflüsse herausrechnen zu können.
Ein Energie-Monitoring-System besteht einerseits aus Hardware wie Sensoren, Datenlogger und Übertragungstechnik und andererseits aus Software zur Visualisierung und Auswertung der Energieströme und Daten.
Nur mit genauer Kenntnis der Energieströme lassen sich Trends und Abweichungen erkennen sowie Standorte vergleichen. Dies ist Voraussetzung für ein Lastmanagement-System oder auch ein Energie-Management-System nach ISO 50001.
Um komplexe Abläufe im Unternehmen inklusive der Umwandlung energetischer Medien und Träger verstehen zu können, müssen diese Daten mit Sensoren vor Ort erfasst und zentral visualisiert und ausgewertet werden.
Zeitreihen von Energieverbrauchern und -erzeugern lassen Abweichungen erkennen. Welche Transport- und Umwandlungsverluste entstehen wo? Auf diese Weise ist Ursachenforschung möglich.
Mit einer Verknüpfung zum computergestützten Facility-Management-System lassen sich weitere Daten analysieren. Wie lange halten welche Verbrauchsartikel – und warum? Gibt es Abhängigkeiten von Herstellern, Einsatzzwecken, Temperaturbereichen etc.?
Leittechnik, die nicht nur passiv Sensordaten anzeigt und protokolliert sondern sich steuern läßt, wird als aktive Gebäude-Leit-Technik bezeichnet. Über Aktoren lassen sich Heizungskurven, Beleuchtungsszenarien oder auch die Kennlinie eines BHKW ändern.
Soll der menschliche Faktor komplett ausgeblendet werden, kommt Gebäudeautomation zum Einsatz. Endstufe ist der vollständige Verzicht auf von Menschen bedienbaren Schaltern und Reglern. Sensoren erkennen ob Personen anwesend sind und regeln Licht und Wärme in Abhängigkeit von äußeren und inneren Kennzahlen. Sensoren starten den PC mit dem richtigen Nutzerprofil , stellen den Schreibtisch auf die optimale Höhe ein und erfassen Anwesenheitszeiten. Der Energieverbrauch wird minimiert und der Komfort steigt beträchtlich an.
Die Gesamtheit dieser Möglichkeiten birgt Energieeffizienz-Potenziale von bis zu 10 Prozent.
Verfügt das Unternehmen über zumindest eine Liegenschaft mit mehreren Gebäuden, ist ein Freiflächen- und Gebäudemanagement empfehlenswert.
In einem Facility-Management-System werden nicht nur technische Anlagen an den einzelnen Standorten erfasst, sondern auch Wartungs- und Austauschzyklen mit Lagerbestand und Nachbestellungen.
Fortgeschrittene computergestützte Facility-Management-Systeme können nicht nur eine permanente Inventur darstellen sondern auch eine komplette Datenaufnahme unterstützen (mit 3D-Kameras und Punktwolken) und diese auch als 3D-Plan und in Datenbanken auswerten. Dies ist die perfekte Basis für die Planung und nachhaltige Betriebsführung einer automatisierten Gebäudeleittechnik (Medien und Träger).
Die Gesamtheit dieser Möglichkeiten birgt Energieeffizienz-Potenziale von bis zu 10 Prozent.
Die Einsatzgebiete von Solarthermie sind Trinkwassererwärmung, Heizungsunterstützung sowie Schwimmbadwasser- und Lufterwärmung. In unseren Breiten kommen praktisch nur Kollektoren zum Einsatz, die keine Konzentration der Sonnenstrahlung bewirken.
Für Schwimmbäder kommen meist einfache Absorber aus Kunststoff zum Einsatz, zur leichten Trinkwassererwärmung Absorber aus Edelstahl, für die Lufterwärmung bis 40°C Luft- oder Hybridkollektoren und zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung bis 100°C Flach- oder Vakuumkollektoren sowie Weiterentwicklungen.
Große Anlagen arbeiten mit Solarpufferspeichern sowie Nachheizspeicher und Vorwärmspeicher. Das macht die Systeme deutlich komplexer. Hier werden Durchflußsysteme von Speicherladesystemen unterschieden.
Die spezifischen Investitionskosten sinken mit der Systemgröße. Eine gebräuchliche Vergleichsgröße verschiedener Systeme ist der solare Wärmepreis (Kosten pro kWh solar bereitgestellter Wärme). Große Solarthermie-Anlagen können durchaus betriebswirtschaftlich rentabel sein. In jedem Fall leisten sie einen Beitrag zur Energiewende, da Wärme nicht zentral erzeugt und mit Leitungsverlusten transportiert wird bzw. über fossile Brennstoffe erzeugt wird – der CO2-Fussabdruck verringert sich deutlich.
Heizungsanlagen, unabhängig von ihrer Größenordnung, werden in einem frühen Stadium konzipiert und geplant, idealerweise nach dem Stand der Technik, jedoch eher selten an die tatsächlichen Erstnutzungen oder eventuellen Umnutzungsmöglichkeiten angepasst.
Ein hydraulischer Abgleich erfolgt standardmäßig bei Installation der Anlage. Im Zeitverlauf driften Vorlauf- und Rücklauftemperatur aufgrund von Nutzungsanpassungen, Erweiterungen oder Stilllegungen und neuen Anforderungen immer weiter auseinander.
Ein erneuter oder gar regelmäßiger hydraulischer Abgleich kann den Wirkungsgrad, und damit den Energieverbrauch der gesamten Heizungsanlage, um bis zu 30 Prozent verbessern.
Zusätzliche Komponenten und Maßnahmen wie elektronische Ventile, die Vermeidung thermischer Kurzschlüsse (Brücken), Wärmerückgewinnung, Kraft-Wärme-Kopplungen und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungen, können weitere Potenziale erschliessen.
Wichtig: Die Projektierung von Blockheizkraftwerken sollte auf zuvor optimierten Heizungs- und Klimadaten basieren, also Optimierungen, die bereits durchgeführt und verifiziert worden sind. Ein Blockheizkraftwerk realisiert bereits mit der Inbetriebnahme Potenziale, die jedoch weit unter den Einsparmöglichkeiten bleiben, wenn Heizung und Klimatisierung nicht darauf abgestimmt sind.
Stromspeicher unterscheiden sich systemseitig in Systeme mit Gleichstromwandler (DC-Kopplung) und Systeme mit einem zusätzlichen Wechselrichter (AC-Kopplung).
DC-Systeme können prinzipiell höhere Wirkungsgrade erreichen und Herstellungskosten sparen, da sie keinen zweiten Wechselrichter benötigen.
AC-Systeme lassen sich leichter an bestehende netzgekoppelte Anlagen anschließen.
Günstige Stromspeicher arbeiten mit Blei-Akkumulatoren. Die Lebensdauer liegt unter 2.000 Zyklen, die Entnahmekapazität liegt bei 50% und sie müssen alle 6 Monate gewartet werden. Die Weiterentwicklung, der Blei-Gel-Akku hat eine höhere Zyklenfestigkeit von fast 3.000 und eine höhere Entnahmekapazität von bis zu 80%.
Lithium-Ionen-Akkus sind deutlich wartungsärmer, deutlich teurer und erreichen bis zu 10.000 Zyklen, wenn sie nicht unter die Hälfte ihrer Kapazität entladen werden. Die Selbstentladung gegenüber Blei-Akkus ist um 50% – 80% niedriger. Dafür ist dieser Akkutyp deutlich empfindlicher, was Tiefenentladung und Temperatur betrifft. Daher kommen Batteriemanagementsysteme und auch Temperaturmanagementsysteme zum Einsatz um eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren zu gewährleisten.
WEA (Windenergieanlagen) wandeln die im Rotorkreis vorhandene Strömungsenergie des Windes in elektrische Energie um. Der Wirkungsgrad beträgt bis zu 50%. WEA werden in unterschiedlichen Größen hergestellt. Ziel ist es nicht die maximale Leistung zu erzielen sondern den optimalen Energieertrag. Das bedeutet, das sich heute eine Anlage den wechselnden Windbedingungen anpassen muss.
Große Anlagen haben einen Rotordurchmesser von bis zu 130 Metern und eine Nennleistung von bis zu 8 MW. Eine durchschnittliche Anlage leistet gut 2,4 MW und erzeugt je nach Standort 7 – 10 GWh pro Jahr. Aktuell liegt der Fokus auf dem Ersatz älterer und damit leistungsschwächerer Anlagen. Darüber hinaus legt der Gesetzgeber mit der Mindestabstandsregelung und dem Leistungsdeckel Neuerrichtungen deutliche Steine in den Weg.
Eine smarte Alternative sind sogenannte Schwachwindenergieanlagen. Das Genehmigungsverfahren ist aufgrund der geringen Turmhöhe von 30 Metern überschaubar und dauert erfahrungsgemäß nur 3 – 5 Monate. Der Regionalplan gilt nicht, da solche Anlagen nicht raumbedeutsam sind. Der Abstand zu Wohngebieten beträgt aus Lärmschutzgründen nur 300 Meter (Vorgaben je nach Bundesland), der Mindestabstand zu Gebäuden liegt bei 50 Meter sowie zu Straßen maximal 60 Meter (Autobahn, Bundesstraßen 40 Meter, Straßen 20 Meter). Die Leistung beträgt bis zu 500 kW und erzeugt je nach Windproduktion bis zu 1 GWh pro Jahr.
Kleine Windenergieanlagen bis 5 kW sind eher für Privathaushalte vorgesehen.
PVA (Photovoltaikanlagen) unterscheiden sich zwischen netzgekoppelten und autarken Systemen. Beide lassen sich mit Stromspeichern ausstatten.
Photovoltaikanlagen lassen sich auf Dächern installieren, in die Gebäudehülle integrieren oder auch auf Freiflächen aufstellen. Insbesondere auf Freiflächen kommen auch nachgeführte Systeme zum Einsatz (einachsig oder zweiachsig), die höhere Investitionen erfordern jedoch auch höhere Erträge liefern.
Wichtig für die Wahl des Standortes ist die Ausrichtung zur Sonne und eine möglichst verschattungsfreie Fläche. Flachdächer bieten flexiblere Möglichkeiten der Anordnung. Nach Süden ausgerichtete Dächer mit einer Neigung von 30°, der Einstrahlungsgewinn gegenüber einer horizontalen Fläche beträgt ungefähr 13%. Ab einer Neigung von 12° ist der Selbstreinigungseffekt ausreichend, so das auf manuelle Reinigung verzichtet werden kann.
Silizium-Hochleistungszellen haben inzwischen einen Wirkungsgrad im Bereich 17% – 20%. Der Jahresertrag ist abhängig vom Standort und erhöht sich von Nord nach Süd von bis zu 1.140 kWh/m2 bis über 1.290 kWh/m2.
Wenn Stromspeicher eingesetzt werden, lassen sich Eigenverbrauchs- und solarer Deckungsanteil noch weiter steigern.
Autarke Energieerzeugung entlastet die Netze und verringern die CO2-Emissionen, daher wird der Einsatz von BHKW durch Reduzierung der EEG-Umlage gefördert.
Ein BHKW (Blockheizkraftwerk) ist die klassische Anwendung der Kraft-Wärme-Kopplung. Darunter versteht man die zeitgleiche Erzeugung von Strom (früher Kraft) und Wärme.
Verfügbare Technologien sind Otto- und Dieselmotoren, Stirlingmotoren, Gasturbinen und Brennstoffzellen.
Otto- und Dieselmotoren sind die Klassiker, diese werden entweder mit Gas oder Öl betrieben. Der elektrische Wirkungsgrad liegt im Bereich 20% – 35% und der thermische Wirkungsgrad im Bereich 50% – 75%.
Stirlingmotoren sind deutlich leiser und auch wartungsärmer, dafür ist die Stromausbeute deutlich geringer. Der elektrische Wirkungsgrad liegt im Bereich 10% – 15%, der thermische Wirkungsgrad dafür im Bereich 70% – 90%.
Gasturbinen kommen eher für Großverbraucher in Frage und werden auch mit Leistungen von mehreren hundert Megawatt angeboten. Die Abgastemperatur ist deutlich höher als bei Otto-, Diesel- und Stirlingmotoren und beträgt bis zu 1.500°C. Der Gesamtwirkungsgrad liegt unter 60%, dafür sind die Investitionskosten deutlich geringer.
Brennstoffzellen wandeln die Energie elektrochemisch um, die Zwischenstufen Wärme und mechanische Arbeit. Der elektrische Wirkungsgrad liegt im Bereich 25% – 60% und der thermische Wirkungsgrad im Bereich 30% – 70%.
Durch die Kombination von Strom- und Wärmeerzeugung werden Gesamtwirkungsgrade im Bereich 80% – 100% erzielt, die Nutzungsgrade sind etwas geringer.
Autarke Energieerzeugung entlastet die Netze und verringern die CO2-Emissionen, daher wird der Einsatz von BHKW durch Reduzierung der EEG-Umlage gefördert.
Eine optimierte Beleuchtung kann den Verbrauch und die damit verbundenen Kosten um bis 90 Prozent senken.
Ein reiner Austausch der Leuchtmittel kann diese Potenziale nicht ausschöpfen. Sogenannte Retrofits verfügen neben eingeschränkten Steuerungsmöglichkeiten aufgrund der vorgegebenen Bauform auch nicht über ein optimiertes Thermodesign, um die heute möglichen 100.000 Betriebsstunden zu garantieren. Diese Laufleistungen werden insbesondere durch den Einsatz von Platinen realisiert, die es inzwischen in allen Bauformen und Größen gibt.
Der Einsatz von Hochleistungs-LEDs mit 200 Lumen/Watt führt zu einer doppelten Lichtleistung bzw. halbierten Verbrauch gegenüber der Ware aus dem Fachhandel. Hochleistungs-LEDs und die thermische Entkopplung von der Treiberelektronik durch Platinentechnik ermöglicht neben einer deutlich längeren Lebensdauer auch völlig neue Konzepte, wie beispielsweise Linienlicht.
Je nach Ausgangssituation sind so Effizienzsteigerungen um bis zu 70 Prozent machbar. Weitere Potenziale lassen sich durch Einsatz einer Lichtsteuerung erschließen, die die Helligkeit in Abhängigkeit von natürlichen Lichtquellen regelt und die Beleuchtung dimmt. Darüber hinaus können Präsenzmelder Lichtschalter und Zeitschaltuhren komplett ersetzen, da Licht nur dort, und auch nur so lange erzeugt wird, wie sich Personen in der Nähe aufhalten.
LEDs gibt es in verschiedenen Abstrahlwinkeln, Farbtemperaturen, Farbechtheitskoeffizienten und Qualitätsstufen. Der Einsatz optimaler Abstrahlwinkel sorgt für eine gleichmäßigere Ausleuchtung, die Auswahl der perfekten Farbtemperatur ermöglicht konzentrierteres Abarbeiten oder leichteres Abschalten und nur farbechtes Licht erzeugt die gewünschte Wirkung. LEDs gehen bei bestimmungsgemäßem Gebrauch zum Laufzeitende nicht einfach aus, sie werden langsam dunkler. Die höchste Qualitätsstufe L80B10 gewährleistet, dass maximal 80 Prozent einer Charge über die gesamte Laufzeit maximal 10 Prozent an Leuchtkraft verlieren.
Über die Senkung von Energieverbrauch und Umweltbelastung hinaus enthalten LEDs keine schädlichen Stoffe, flimmern nicht, haben keine Einschaltverzögerung und verlängern die Wartungszyklen und den damit verbundenen Ressourceneinsatz von Personal und Lagerhaltung deutlich.
LEDs ermöglichen durch neu gedachte Beleuchtungskonzepte auch eine signifikante Reduzierung des Installations- und Montageaufwandes, da beispielsweise bei Linienlicht nur ein Kabelauslass am Ende eines Ganges erforderlich ist und bis zu 6 Metern vormontierte Linien gegenüber Einzelleuchten montiert werden können.
Die Gesamtheit dieser Möglichkeiten birgt Energieeffizienz-Potenziale von bis zu 90 Prozent.
Eine optimierte Spannungsversorgung kann den gesamten Stromverbrauch und die damit verbundenen Kosten um bis zu 15 Prozent senken.
Die internationale Norm IEC 60038 legt fest, dass die tatsächliche Spannung einphasiger und dreiphasiger Netze um ±10 Prozent von der Nennspannung abweichen kann. Einphasige Verbraucher müssen folglich in einem Bereich von 207 bis 253 Volt sicher arbeiten. Analog gilt dieses bei dreiphasigen Geräten mit Spannungstoleranzen von 360 bis 440 Volt. Vor diesem Hintergrund müssen elektrische Betriebsmittel so ausgelegt sein, dass Ssie ihre Nennwerte bei minimal zulässiger Spannung noch erreichen und dass die thermische Beanspruchung bei höchstzulässiger Spannung nicht überschritten wird. Daraus folgt der Ansatz, elektrischen Verbrauchern nur so viel Spannung zuzuführen, wie sie tatsächlich benötigen, um so letztlich Strom zu sparen.
Seit Ratifizierung der Energiewende steigt die Anzahl der Einspeisepunkte in dem ursprünglich nur in eine Richtung konstruierten Netz, nämlich vom Kraftwerk zur Steckdose. Um Strom in ein Leitungsnetz einspeisen zu können, muss die Einspeisespannung höher als die vorhandene Netzspannung sein. Diese Gesetzmäßigkeit sorgt mit wachsender Anzahl und Dichte der Einspeisepunkte für eine Netzspannung deutlich oberhalb des Mittelwertes. Spannungsregelungsanlagen können diese unnötig hohe Spannung auf eine definierte Schwelle absenken.
Die Definition der unteren Schwelle erfolgt auf Basis einer Langzeit-Minuten-Lastmessung und ergibt sich aus dem Verhältnis ohmscher, kapazitiven und induktiver Verbraucher. Die Differenz zwischen aktueller Netzspannung und der definierten unteren Spannungsebene ergibt das Einsparpotenzial.
Spannungsregelungsanlagen regeln die aktuelle Netzspannung dynamisch nach und können so auch bei extremen Laständerungen und Spannungsschwankungen die Spannung stabilisieren. Überspannungen werden komplett vermieden.
Darüber hinaus wird eine Verkürzung der Lebensdauer technischer Anlagen verhindert, wenn diese nicht in der Nähe ihrer Grenzwerte betrieben werden.
Die damit verbundene Blindleistungskompensation nutzt dem Verbraucher, da er die durch den Blindstrom verursachten Leitungsverluste, welche als Verlustwärme abgeführt werden, über die Netznutzungsentgelte bezahlen muss (§10 Stromnetzentgeltverordnung). Für das Energieversorgungsunternehmen reduzieren sich durch den niedrigeren Strom die Belastung der Netze und somit deren (ohmsche) Lei(s)tungsverluste. So können Versorgungsanlagen eingespart werden bzw. müssen nicht erweitert werden. Um diesen Effekt beim Verbraucher zu erreichen, wird bei Großabnehmern (Sondervertragskunden) die Blindenergie zusätzlich gemessen und in der Stromrechnung berechnet. Es besteht deshalb ein deutlicher monetärer Anreiz, den Leistungsfaktor innerhalb gewisser Grenzen zu halten. Betreibt der Verbraucher eine funktionierende Blindstromkompensationsanlage entfallen im Idealfall sämtliche Mehrkosten durch Blindleistung.
Im Zuge der Lastmessung erfolgt auch eine Messung des tatsächlichen Wirkungsgrades der eingesetzten Transformatoren sowie eine Analyse der einzelnen Phasen. Phasenungleichheiten führen genau wie erhöhte Temperaturen im Traforaum zu einer Verringerung des Wirkungsgrades und damit zu einer Verringerung der Lebensdauer und zu einem höheren Eigenverbrauch, der in Ausnahmefällen bis zu 5 Prozent betragen kann.
Eine Korrektur dieser Symptome verhindert plötzliche Transformatorausfälle und deren Folgekosten, sorgt für einen zuverlässigen Betrieb aller elektrischen Verbraucher und reduziert den nicht unerheblichen Eigenverbrauch.
Die Gesamtheit dieser Möglichkeiten birgt Energieeffizienz-Potenziale von bis zu 15 Prozent.
Unter dem Begriff Lichtsteuerung subsumieren wir sowohl die zeitabhängige Lichtsteuerung als auch Autodimmer und Präsenzmelder.
Die zeitabhängige Lichtsteuerung stammt noch aus der Zeit als zahlreiche Leuchtmittel nicht dimmbar waren und daher ganze Zonen ab- bzw. zugeschaltet wurden, z.B. in den Nachtstunden nur jede 3. Lampe noch leuchtete. Heute kann die Lichtsteuerung die Beleuchtung auch zeitabhängig dimmen, z.B. in den Nachtstunden auf 20 Prozent. Die Verkabelung ist hierfür recht aufwendig, oftmals jedoch vorhanden. Die Alternative sind Steuergeräte in jeder Lampe oder Lampengruppe.
Autodimmer passen die Helligkeit der Lampen in Abhängigkeit von der natürlichen Beleuchtung an, so das Licht tatsächlich erst zugeschaltet wird, wenn die Sonneneinstrahlung nicht mehr ausreicht. Darüber hinaus sorgen Autodimmer dafür das die Lampen in Fensternähe tendenziell weniger hell leuchten als die Lampen im Gang.
Präsenzmelder sind die Weiterentwicklung der Bewegungsmelder, da diese nicht nur bei Bewegung die Lampe oder Lampengruppe einschalten und mit einer Nachlaufzeit wieder ausschalten, sondern auf Anwesenheit reagieren. Solange Personen in der Reichweite des Sensors sind, bleibt das Licht also eingeschaltet. Schalter werden überflüssig und blenden so den menschlichen Faktor aus (der Mensch schaltet Licht gern ein, vergisst jedoch tendenziell das Ausschalten).