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Mit neuartigen, leichten und flexiblen Konstruktionen aus Folien oder textilem Gewebe lassen sich Gebäude energetisch optimieren. Hier zu sehen die auffällig elementierte Membranfassade eines Schulungszentrums.
© Jan Cremers, München

Dieses Plusenergie-Gebäude erzeugt mehr Energie als es verbraucht.
© Fraunhofer IBP

Fernwärmeleitung in Berlin
© TU Berlin

Blockheizkraftwerke sind ein zentraler Baustein der meisten Fernwärmenetze.
© COMUNA-metall GmbH

Primärenergiebedarf und CO2-Emissionen für das gesamte EU27 Energiesystem in 2010 und unter der Annahme, dass der Anteil der Fernwärmeversorgung und KWK (DH) auf 30 % oder 50 % steigt.
© Heat Roadmap Europe 2050

Fernwärmesysteme in Europa für Städte mit mehr als 5.000 Einwohnern.
© Halmstad University (Sweden): District Heating and Cooling Database 2013

Weltweit installierte Speicherkapazität und installierte Stromerzeugungsleistung.
© Fraunhofer UMSICHT

Mobiler Sorptionsspeicher
© ZAE Bayern, Andreas Krönauer
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Energieeffizienz-Technologien I

Bis zum Jahr 2020 soll der Energieverbrauch in Deutschland bezogen auf 2008 um ein Fünftel sinken, bis 2050 sogar um die Hälfte. Technologien zur Steigerung der Energieeffizienz können hierzu einen wesentlichen Beitrag leisten. In der Working Party Energy End Use Technologies erforschen und diskutieren Wissenschaftler Lösungen für einen möglichst geringen Ressourceneinsatz. Wichtige Themen der Technologieinitiativen sind energieeffiziente Gebäude, Smart Grids, Fernwärmenetze, Energiespeicher und Wärmepumpen.

Etwa ein Drittel der Primärenergie wird in nicht-industriellen Gebäuden wie Wohnhäusern, Büros und Schulen benötigt. Im Vergleich zu anderen Sektoren lassen sich im Gebäudebereich mit relativ geringem Aufwand Energieverbrauch und CO2-Emissionen reduzieren. Die Entwicklung zur Energieeffizienz im Wohnungsbau ist eine der Voraussetzungen, um den zukünftigen politischen Herausforderungen ohne Komforteinbußen begegnen zu können. Auch aus diesen Gründen ist der Bereich „Energy in Buildings and Communities“ (EBC) das größte Implementing Agreement mit deutscher Beteiligung.

Es war eine der ersten Initiativen, die im Rahmen des Technologie-Netzwerks gegründet wurde. Zunächst als „Energy Conservation in Buildings and Communities“ tituliert, erhielt sie 2012 ihren heutigen Namen. Seit der Gründung wurden 65 internationale Projekte angestoßen. Es liegen Berichte zu 53 abgeschlossenen Vorhaben vor. Im Moment arbeiten 25 Länder in dieser Technologieinitiative mit. Die Zahl der Mitglieder variierte über die vergangenen 30 Jahre. Derzeit wirken sich die Folgen der Finanzkrise immer noch auf die Möglichkeiten zur Mitarbeit bei einigen Ländern aus.

Volkswirtschaften mit besonderer Relevanz auf dem Energiesektor haben seit einigen Jahren verstärkt Interesse an der Mitarbeit gezeigt. So ist neben den klassischen OECD-Ländern auch China dem Programm beigetreten und leistet aktive Beiträge. Das Executive Committee bemüht sich, weitere relevante Schwellenländer für eine Mitarbeit zu gewinnen. Deren Infrastrukturen und Städte verzeichnen die höchsten Wachstumsraten und sie verfügen über das größte Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz.

Null-Energie-Gebäude als Perspektive

Das EBC hat einen strategischen Fahrplan für 2014-2019 ausgearbeitet. Die Ziele wurden im Executive Committee und in einem Future Building Forum mit internationalen Experten diskutiert. Schwerpunkte der zukünftigen Forschung sollen auf der Weiterentwicklung von Null-Energie-Gebäuden und dezentralen, umweltfreundlichen Energieumwandlungs- und Verteilungssystemen liegen. Die hierzu formulierte Vision geht davon aus, dass diesbezügliche Technologien für Neubauten bis zum Jahr 2030 verfügbar sind und auch zunehmend bei der Modernisierung eingesetzt werden. Der Auftrag des EBC Programms bis 2019 ist es, die Transformation des Gebäudebestandes, der Quartiere und Städte in punkto Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu beschleunigen. Hierzu sollen die Ergebnisse der in internationaler Zusammenarbeit durchgeführten, technologie-orientierten Forschungs- und Entwicklungsvorhaben der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Die deutschen Beteiligungen an diesem Programm orientieren sich seit den Anfängen an nationalen energiepolitischen Vorgaben. Bei den laufenden 15 Vorhaben engagiert sich Deutschland besonders in den Folgenden:

  • Integration of Micro-generation and Related Energy Technologies in Buildings
    (Annex 54)
  • Reliable Building Energy Performance Characterisation Based on Full Scale Dynamic Measurements (Annex 58)
  • New Generation Computational Tools for Building & Community Energy Systems (Annex 60)
  • Business and Technical Concepts for Deep Energy Retrofit of Public Buildings
    (Annex 61).

Die Akzeptanz von Smart Grids steigern

Eines der jüngsten Implementing Agreements, in denen Deutschland sich engagiert, nennt sich International Smart Grid Action Network (ISGAN). Es wurde im Jahr 2010 ins Leben gerufen.

Mit der Gründung dieser Technologieinitiative reagierte die IEA auf aktuelle Entwicklungen im Stromsektor. Da zunehmend regenerativ erzeugter Strom eingespeist wird, müssen die Verteilnetze entsprechend angepasst werden. Sie müssen in der Lage sein, elektrische Energie von dezentralen Stromerzeugern wie Photovoltaikanlagen oder Biogasanlagen aufzunehmen. Darüber hinaus müssen sie mit der tageszeitlich und witterungsbedingt stark schwankenden Produktion der regenerativen Energieanlagen umgehen können. Eine weitere Anforderung stellt für die teilnehmenden Staaten die erhöhte Einbindung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen dar. Diese sind nicht nur Stromabnehmer, sondern können auch als Stromspeicher fungieren. Mit Smart Grids lassen sich darüber hinaus Stromnetze effektiver und deren Potenzial umfassender nutzen. Damit können sie auch zur Vermeidung von Treibhausgasen großer, fossil befeuerter Kraftwerke beitragen.

Im Rahmen von ISGAN wird multilateral auf den Gebieten Entwicklung und Verbreitung von Stromnetztechniken, deren Anwendungen und Methoden zusammengearbeitet. Ziel ist, das Verständnis und die Akzeptanz von Smart Grid Technologien zu erhöhen. Dazu gehört der Austausch über nationale Projekte und Programme. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die Entwicklung von gemeinsamen Standards und Normen.

Eine weitere Aufgabe ist es, den teilnehmenden Staaten die Erarbeitung von Regierungsstrategien in diesem Bereich zu ermöglichen. ISGAN berät Regierungs- und Regulierungsbehörden zum Thema Smart Grids auf Basis des vorhandenen internationalen Expertenwissens. Wichtige Themen sind Regulierungsfragen, Finanz- und Geschäftsmodelle, Technologieentwicklung, erforderliche Fähigkeiten und Kenntnisse von Arbeitskräften sowie die Einbindung und Verpflichtung von Konsumenten und Produzenten.

In Kooperation mit der IEA und anderen will ISGAN den regionalen und globalen Nutzen von Smart Grids international auf höchster politischer Ebene deutlich machen. Zur Umsetzung seiner Ziele werden existierende Smart Grid Programme der Mitgliedsstaaten erhoben und katalogisiert sowie Kosten von Technologien, deren Anwendungen und Systeme analysiert. Hierzu entstehen in Mitgliedsstaaten große Testzentren. Diese geben Auskunft über die Möglichkeiten der nationalen Technologien. Stromtransport- und Stromverteilungssysteme werden unter Nutzung von Smart Grid Technologien bewertet, um deren Entwicklung und Anwendung zu beschleunigen.

Effizienz-Potenziale der Fernwärme ausschöpfen

Nach Analysen in der „Heat Roadmap Europe 2050“ werden aktuell rund 60 Millionen EU-Bürger mit Energie aus Fernwärmesystemen versorgt. Diese Anlagen decken aber nur einen Teil des Wärmebedarfs der Städte, die sie beliefern. Rund 57 % der EU-Bevölkerung lebt in Regionen mit wenigstens einem Fernwärmesystem. Die  Studie kommt zu dem Schluss, dass die Versorgung mit Fernwärme für Gebäude weiter ausgebaut werden könnte, auf 30 % Marktanteil in 2030 und 50 % in 2050. Dazu müssen unter anderem vorhandene Technologien und Systeme weiter optimiert werden.

Das Implementing Agreement District Heating and Cooling (DHC) beschäftigt sich mit Forschung und Entwicklung rund um die Themen Fernwärme, Fernkälte und Kraft-Wärme-Kopplung. Die Grundidee dahinter: Werden mehrere Gebäude über ein Rohrleitungsnetz verbunden, so können umweltfreundliche Wärme- und Kälteerzeuger die Verbraucher durch Bedarfsausgleich effizienter versorgen. Zu den eingesetzten Technologien zählen hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, die Nutzung von industrieller Abwärme oder Solarthermie für die Beheizung sowie die Verwendung von Grundwasser oder Kälte aus Wärme für die Gebäudekühlung. Die Kraft-Wärme-Kopplung ist ein zentraler Baustein der meisten Fernwärmenetze. Die Verteilung kann sowohl in großen, ausgedehnten Netzen mit zentralem Erzeuger oder mehreren dezentralen Erzeugern, als auch in kleineren Inselnetzen erfolgen. Laut „Heat Roadmap Europe 2050“ wird ein Ausbau der Fernwärmeversorgung den Primärenergiebedarf aus fossilen Energieträgern senken sowie die CO2-Emissionen reduzieren.

Im Annex TS1 „Low Temperature District Heating for Future Energy Systems“ ist Deutschland als Operating Agent aktiv. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das Potenzial von Niedertemperatur-Fernwärmesystemen zu bewerten. Schwerpunkte liegen vor allem auf der Kosteneffizienz, den Einsatzmöglichkeiten erneuerbarer Energien sowie der CO2-Reduktion auf kommunaler Ebene. Dazu sollen Werkzeuge, Leitfäden, Empfehlungen, Best practice-Beispiele und Hintergrundinformationen für Entscheidungsträger im Gebäude-, Energie- und Politikbereich erstellt werden. In halbjährlich stattfindenden Workshops stellen die Beteiligten den aktuellen Stand ihrer nationalen Projekte vor.

Der deutsche AGFW-Verband verwaltet Annex X. Dieses Forschungsprogramm läuft von 2011 bis 2014 und befasst sich mit den folgenden Themen:

  • Verbesserte Instandhaltungsstrategien für Fernwärmeleitungen
  • Wirtschaftliche und technische Optimierung der Integration von erneuerbaren Energien und Abwärmenutzung in Fernwärmesysteme
  • Schritte zur Fernwärme der vierten Generation: Erfahrungen und Potenziale der Niedertemperatur-Fernwärme
  • Entwicklung eines universellen Modells und Berechnungswerkzeugs zur Bestimmung des Primärenergiefaktors und der CO2-Emissionen in Fernwärme- und Fernkältesystemen.

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Adressen

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IEA

Implementing Agreements

Webadressen aller Implementing Agreements mit deutscher Beteiligung in der Working Party on Energy End-Use Technologies

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Advanced Materials for Transportation
Advanced Motor Fuels
District Heating & Cooling
Energy in Buildings and Communities
Emissions Reduction in Combustion
Energy Conservation Through Energy Storage
Heat Pumping Technologies
High-Temperature Superconductivity
Hybrid Electric Vehicles
Industrial Energy-Related Technologies and Systems
International Smart Grid Action Network

Webadressen aller Implementing Agreements mit deutscher Beteiligung in der Working Party on Fossil Fuels

Clean Coal Centre
Greenhouse Gas R&D

Webadressen aller Implementing Agreements mit deutscher Beteiligung im Fusion Power Coordinating Committee

Fusion Materials
Plasma-Wall Interaction in Textor
Stellarator-Heliotron Concepts
Cooperation on Tokamak Programmes

Links

Energy Technology Perspectives
Weblink zur Publikation der IEA in der OECD iLibrary

World Energy Outlook
Weblink zur Publikation der IEA in der OECD iLibrary

Energieforschung IEA
Weblink zur deutschsprachigen IEA-Website

Infotipp

RAVE - Forschen am Offshore-Testfeld
BINE-Themeninfo I/2012

Photovoltaik - Innovationen
BINE-Themeninfo II/2011

Neue Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen
BINE-Themeninfo II/2010