Rationelle Energieverwendung durch Wärmerückgewinnung

CO2-Emissionen lassen sich ohne Verzicht auf Energiedienstleistungen durch rationelle Energieverwendung, Energieträgersubstitution und CO2-Entsorgung reduzieren. An der Universität Würzburg wurden zwei computer-gestützte Verfahrensmodelle entwickelt, die eine optimale Kombination von Techniken der Wärmerückgewinnung und Techniken der CO2-Rückhaltung in Großfeuerungsanlagen ermitteln. Mit ihrer Hilfe werden Energiesparpotentiale, Emissionsminderungsmöglichkeiten und Kosten für regionale und nationale Energiesysteme berechnet. Die Modelle berücksichtigen Wärmetauschernetzwerke, Wärmepumpen und Kraft-Wärme-Kopplung, sowie das Ausfrieren von CO2 unter Druck. Sie verfolgen und minimieren die Qualitätsverluste der Energie beim Durchlaufen von Prozeßketten, die der Versorgung von vorgegebenen Energiebedarfsprofilen dienen. Das stochastische Optimierungsmodell ECCO beschreibt die Versorgung einzelner industrieller und privater Prozesse in einer Region, die einen zeitlich schwankenden Energiebedarf aufweisen. Das statische Modell LEO II dient der Abschätzung von Obergrenzen der Einsparpotentiale auf nationaler Ebene. Es greift dazu auf hochaggregierte Bedarfsprofile zurück. Für eine Modellstadt wurde mit ECCO eine Reduzierung des Primärenergieeinsatzes um 25% durch Wärmerückgewinnung ermittelt. Die CO2-Emissionen gehen gleichzeitig um 30% zurück. Die mit LEO II ermittelte Obergrenze für das CO2-Minderungspotential, das die genannten Maßnahmen erwarten lassen, liegt in der (alten) Bundesrepublik bei 70%.

1 Einleitung.- 1.1 Probleme der Energieversorgung.- 1.2 Energiebedarf und -Versorgung in der Bundesrepublik.- 1.3 Exergie, Energiequalität und Wärmerückgewinnung.- 2 Wärmerückgewinnung in regionalen Energiesystemen mit zeitlichen Bedarfsschwankungen.- 2.1 Entwicklung eines Modells zur Energie-, Kosten- und CO2-Optimierung (ECCO).- 2.2 Die Datenbasis: Konstruktion einer Modellstadt.- 2.3 Ergebnisse der Optimierung mit ECCO.- 2.4 Zusammenfassung und Kritik des Modells ECCO.- 3 Statische Optimierung der Wärmerückgewinnung in nationalen Energiesystemen.- 3.1 Statische Energieoptimierung.- 3.2 Die Kosten der Wärmerückgewinnung im statischen Vektoroptimierungsmodell LEO-II.- 3.3 Die Auswirkungen der CO2-Rückhaltung im statischen Vektoroptimierungsmodell LEO-II.- 3.4 Zusammenfassung der Vektoroptimierung mit LEO-II.- 4 Zusammenfassung, Konsequenzen, Ausblick.- 4.1 Zusammenfassung.- 4.2 Konsequenzen der Modellergebnisse.- 4.3 Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen des Modells ECCO.- A Ergänzungen zur Exergieanalyse.- A.1 Exergieanalyse eines Wärmetauschers.- A.2 Exergieanalyse der Raumheizung.- B Simulation der Fluktuationen des Energiebedarfs im Rahmen der stochastischen Optimierung.- C Lineare Programmierung und Vektoroptimierung.- C.1 Lineare Programmierung mit Hilfe des Simplex-Algorithmus.- C.2 Vektoroptimierung.- D Daten für die regionale Optimierung.- D.1 Energiebedarf der Modellstadt.- D.2 Energieversorgungstechniken in der Modellstadt.- D.3 Brennstoffe zum Betrieb der Energieversorgungstechniken.- D.4 Nutzbare Abwärme in der Modellstadt.- D.5 Versorgungspfade in der Modellstadt.- D.6 Beispiele zur Kostenberechnung.- E Ergänzende Ergebnis-Tabellen für die regionale Optimierung.- Nachwort.