Zunächst werden, wie im Methodenkapitel (vgl. 3.2.3) beschrieben, die Energie- Anwendungsbilanzen für das Basisjahr 2010 berechnet. Dazu werden zunächst die für den Gewerbesektor in Abbildung 3-3 und den Industriesektor in Abbildung 3-4 veranschaulichten branchenspezifischen Anwendungsbilanzen für Industrie und Gewerbe genutzt. Diese Bilanzen werden anschließend mit betriebsspezifischen Daten weiter verfeinert. Somit liegen anschlie- ßend für jeden der spezifisch betrachteten Betriebe sowie für die kumulierten Betriebe Annahmen für den Energieverbrauch jeder Anwendung vor.

Aus Gründen des Datenschutzes können an dieser Stelle nicht die resultierenden Energiebilan- zen der betrachteten Unternehmen gezeigt werden. Statt dessen zeigt die folgende Abbildung 4-1 die summierten Energiebedarfe der spezifisch betrachteten großen Industrie und GHD- Betriebe sowie der kumuliert betrachteten kleineren Betriebe.

Abbildung 4-1: Strom-, Wärme- und Brennstoffbedarfe in Industrie und Gewerbe 2010

Entwicklung der Anwendungseffizienzen und -intensitäten

Um von den Energiebedarfen in 2010 ausgehend die Bedarfe im Jahr 2050 abschätzen zu können, wird (wie in Kapitel 3.2.3 beschrieben) zunächst eine Aufteilung der Energiebedarfe 2010 auf verschiedene Anwendungen vorgenommen und im nächsten Schritt die Entwicklung der Effizienz und der Nutzungsintensitäten dieser Anwendungen betrachtet.

GHD-Betriebe

Für GHD-Betriebe werden vereinfachend Annahmen über die Entwicklung der Wirkungsgrade und Nutzungsintensitäten getroffen, ohne dass dabei betriebsspezifische Charakteristika unterschieden werden.

Zur Fortschreibung des Energiebedarfs wird das Verhältnis des Energieaufwands 2050 (e2050)

mit dem entsprechenden Wert im Jahr 2010 (e2010) genutzt, wobei das Jahr 2010 als 100%

gesetzt wird. Der verhältnismäßige Energieaufwand 2050 wird berechnet, indem die angegebe- nen Effizienzgewinne pro Jahr (∆-.$. über 40 Jahre exponentiell fortgeschrieben werden: Zur

Fortschreibung des Energiebedarfs werden einerseits technische Effizienzsteigerungen, andererseits ein reduzierter Nutzenergiebedarf berücksichtigt. Technische Effizienzsteigerungen werden als Verhältnis des spezifischen Energieaufwands (pro Nutzenergie) im Jahr 2050 (e2050)

mit dem entsprechenden Wert im Jahr 2010 (e2010) genutzt. Das Jahr 2010 wird als 100%

gesetzt. Der Energieaufwand 2050 wird berechnet, indem die angegebenen Effizienzgewinne pro Jahr (∆-.$. über 40 Jahre exponentiell fortgeschrieben werden:

&2343 &2353∙ (1 − ∆-.$.:3

Dabei wird angenommen, dass Wärmeerzeuger um 0,1% p.a. effizienter werden, Krafterzeuger (Maschinen) und IKT um 1% p.a., Kälteerzeuger und Klimaanlagen ebenfalls um 1% p.a. (Annahme unter Einbeziehung verbesserter Gebäudeisolation) und Beleuchtung um 1,5% p.a.

0" 50.000" 100.000" 150.000" 200.000" Brennstoffe" Raumwärme"&"Warmwasser" Strom" MWh$ große"Industriebetriebe" große"GHDABetriebe" restl."Industrie"und"GHD"

Nachfrage nach Strom und Wärme im MAX-DEZ Konzept 89

Die Nutzungsintensitäten der Energieanwendungen entwickeln sich unabhängig von den Wirkungsgraden. So wird angenommen, dass sich durch verbesserte Prozessführung und durch wassersparende Armaturen die Intensitäten und damit die Endenergiebedarfe für Prozessenergie und Warmwasserbereitung verringern, während durch zunehmende Digitalisierung die Bedarfe an Informations- und Kommunikationstechnologien steigen

Daraus resultieren folgende Indizes für die Endenergieaufwendungen:

Tabelle 4-7: Entwicklung der Energieaufwendungen von Gewerbebetrieben

Anwendung Energiebedarf in

2010 Energiebedarf in spezifischer 2050

Nutzungs-

intensität in 2050 Energiebedarf in resultierender 2050 Prozesswärme 100% 95% 90% 85% mechanische Energie 100% 67% 90% 60% lKT 100% 67% 151% 101% Kälteerzeuger 100% 67% 100% 67% Klimakälte 100% 67%* 100%* 67% Beleuchtung 100% 55% 100% 55% Warmwasser 100% 95% 90% 85% Raumwärme 100% 45%* 100%* 45%

* Bei Raumwärme und Klimakälte ist der verringerte Bedarf durch verbesserte Gebäudeisolation als Effizienzsteigerung berücksichtigt

Industriebetriebe

Für die Fortschreibung der Energiebedarfe in der Industrie wird ebenfalls zunächst für jede Anwendung eine Effizienz- und Intensitätsentwicklung basierend auf (UBA (Hrsg.) 2014) angenommen. Dabei werden betriebsspezifische Charakteristika, die einen Einfluss auf diese Parameter haben können, berücksichtigt. So wird beispielsweise in einem Betrieb, von dem bekannt ist, dass er bereits sehr effiziente Anlagen nutzt, von geringeren Wirkungsgradsteige- rungen ausgegangen. Insgesamt sind die angenommenen Effizienzsteigerungen geringer als bei GHD-Betrieben, da davon ausgegangen wird, dass die Energiekosten in der Industrie einen höheren Einfluss haben und deswegen bereits im Ausgangsjahr effizientere Technologien eingesetzt werden.

Da für die Industriebetriebe auch Abwärmeströme berechnet werden, werden im Unterschied zu den GHD-Betrieben keine pauschalen Effizienzfaktoren (Effizienzsteigerung in % p.a.), sondern Wirkungsgrade verwendet, um die anfallende Abwärmemenge quantifizieren zu können. Aus Gründen des Datenschutzes dürfen die angenommenen Wirkungsgrade und – Entwicklungen hier jedoch nicht aufgeführt werden. Für Klimaanlagen wird angenommen, dass die benötigte Nutzenergie für Klimatisierung und Kühlung durch verbesserte Gebäudeisolation sinkt. Zusätzlich wird eine Steigerung der Anlageneffizienz angenommen.

Die Zukunftskonzepte, die im Rahmen dieses Projektes entwickelt werden, zielen unter anderem auf eine möglichst effiziente Energienutzung ab. Deswegen kommt auch der Nutzung der Abwärme eine besondere Bedeutung zu: Zunächst wird anfallende Abwärme, soweit sinnvoll und technisch möglich, ohne gespeichert zu werden, für die Deckung interner Wärmebedarfsmengen eingesetzt. Die verbleibende Abwärme wird unterschieden nach „nicht nutzbarer Abwärme“, also den Anteilen, die nicht abgegriffen werden können, und „freier Abwärme“ unterschieden, die beispielsweise in ein angeschlossenes Wärmenetz geleitet werden könnte. Als „nicht nutzbare Abwärme“ wird beispielsweise die Abwärme von elektrischen

Geräten verstanden, die im Winter mit zur Raumheizung beiträgt, im Sommer jedoch entlüftet wird. Fallen in einem Betrieb jedoch größere Mengen solcher Abwärme an, wird angenommen, dass das Lüftungssystem mit einer Wärmerückgewinnung ausgestattet ist, so dass die Abwärme nutzbar wird.

Verbleibende Abwärme mit ausreichend hohem Temperaturniveau wird in Nahwärmenetze gespeist, um die Wärmeversorgung nahegelegener Versorgungsgebiete zu unterstützen. Zur Abschätzung der anfallenden Abwärmeströme wird für jeden Prozess die Differenz zwischen End- und Nutzenergie berechnet, bei Kühl-Anlagen fällt außerdem die entzogene Wärme als Abwärme an. Abhängig von der Temperatur, der jahreszeitlichen Charakteristik, dem Ort und dem Einsatzzweck der anfallenden Abwärme kann ein bestimmter Anteil dieser Abwärme genutzt werden. Um diesen Anteil werden die entsprechenden Wärmeenergiebedarfe reduziert.

Energiebedarfe in 2050

Aus den zuvor beschriebenen Untersuchungsschritten lassen sich die Energiebedarfe von Industrie und Gewerbe im Jahr 2050 berechnen. Die folgende Abbildung 4-2 zeigt die Entwick- lung des Energiebedarfs der industriellen und gewerblichen Betriebe zwischen 2010 und 2050.

(a)

(b)

0" 20.000" 40.000" 60.000" 80.000" 100.000" 120.000" 140.000" 160.000" Industrielle"Kleinbetriebe"&"restl."GHD" Nahrungsmi>el" TexAl" Gummi"und"Kunststoffwaren" Maschinenbau" Metallbearbeitung" Gewinnung"von"Steinen"und"Erden" Handel" Krankenhäuser" kommunale"Liegenschaen" Landwirtscha" MWh$ Strombedarf"2010" Strombedarf"2050" Brennstoff"durch"Strom" subsAtuierbar"2050" 0" 20.000" 40.000" 60.000" 80.000" 100.000" 120.000" 140.000" 160.000" Industrielle"Kleinbetriebe"&"restl."GHD" Nahrungsmi>el" TexAl" GummiB"und"Kunststoffwaren" Maschinenbau" Metallbearbeitung" Gewinnung"von"Steinen"und"Erden" Handel" Krankenhäuser" kommunale"Liegenschaen" Landwirtscha" MWh$ Wärmebedarf"(RW"+"WW)"2010" Wärmebedarf"(RW"+"WW)"2050"

Nachfrage nach Strom und Wärme im MAX-DEZ Konzept 91

(c)

Abbildung 4-2: Entwicklung der Energiebedarfe zwischen 2010 und 2050 nach Branchen (a: Strom, b: Raumwärme & Warmwasser, c: Brennstoffe)

Wie zuvor beschrieben, wurden in Industriebetrieben sowie analog dazu für das kommunale Klärgas-Blockheizkraftwerk die im Jahr 2050 anfallenden Abwärmeströme analysiert. Die folgende Abbildung 4-3 zeigt die intern genutzten und die darüber hinaus frei nutzbaren Abwärmemengen.

Abbildung 4-3: Abschätzung der jährlichen intern genutzten und freien Abwärmemengen in 2050

0" 10.000" 20.000" 30.000" 40.000" 50.000" 60.000" Industrielle"Kleinbetriebe"&"restl."GHD" Nahrungsmi?el" Texl" GummiC"und"Kunststoffwaren" Maschinenbau" Metallbearbeitung" Gewinnung"von"Steinen"und"Erden" Handel" Krankenhäuser" kommunale"LiegenschaOen" LandwirtschaO" MWh$ BrennstoQedarf"2010" BrennstoQedarf"2050" Brennstoff"durch"Strom"substuierbar"2050" 30#°C# 40#°C# 60#°C# 60#°C# 40#°C# 50#°C# 80#°C# 0" 5.000" 0.000" 5.000" 20.000" Nahrungsmi1el" Tex6l" Gummi8"und"Kunststoffwaren" Maschinenbau" Metallbearbeitung" Gewinnung"von"Steinen"und" Erden" Klärgas8BHKW" MWh# freie"Abwärme" intern"genutzte"Abwärme" mi/leres#Temperaturniveau#der# freien#Abwärme#

Ergebnisse des MAX-DEZ Konzepts für das Handlungsfeld

Im Dokument Die kommunale Effizienzrevolution für den Klimaschutz in den deutschen Städten - KomRev : Voraussetzungen, Transformationspfade und Wirkungen ; Abschlussbericht (Seite 87-92)