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Energieverbrauch privater Haushalte

<p>Die privaten Haushalte benötigten im Jahr 2023 etwa gleich viel Energie wie im Jahr 1990 und damit gut ein Viertel des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland. Sie verwendeten mehr als zwei Drittel ihres Endenergieverbrauchs, um Räume zu heizen.</p><p>Endenergieverbrauch der privaten Haushalte</p><p>Private Haushalte verbrauchten im Jahr 2023 632 Terawattstunden (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=TWh#alphabar">TWh</a>⁠) Energie, das sind 632 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh). Dies entsprach einem Anteil von gut einem Viertel am gesamten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a>⁠.&nbsp;</p><p>Im Zeitraum von 1990 bis 2023 fiel der Endenergieverbrauch in den Haushalten – ohne Kraftstoffverbrauch, da dieser dem Sektor Verkehr zugeordnet ist – um 3,5&nbsp;% (siehe Abb. „Entwicklung des Endenergieverbrauchs der privaten Haushalte“). Dabei herrschten in den Jahren 1996, 2001 und 2010 sehr kalte Winter, die zu einem erhöhten Brennstoffverbrauch für Raumwärme führten. So lag der Energieverbrauch im sehr kalten Jahr 2010 etwa 12 % über dem Wert des eher warmen Jahres 1990.</p><p>Höchster Anteil am Energieverbrauch zum Heizen</p><p>Die privaten Haushalte benötigen mehr als zwei Drittel ihres Endenergieverbrauchs, um Räume zu heizen (siehe Abb. „Anteile der Anwendungsbereiche am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a>⁠ der privaten Haushalte 2008 und 2023“). Sie nutzen zurzeit dafür hauptsächlich Erdgas und Mineralöl. An dritter Stelle folgt die Gruppe der erneuerbaren Energien, an vierter die Fernwärme. Zu geringen Anteilen werden auch Strom und Kohle eingesetzt. Mit großem Abstand zur Raumwärme folgen die Energieverbräuche für die Anwendungsbereiche Warmwasser sowie sonstige ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prozesswrme#alphabar">Prozesswärme</a>⁠ (Kochen, Waschen etc.) bzw. ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prozessklte#alphabar">Prozesskälte</a>⁠ (Kühlen, Gefrieren etc.).</p><p>Mehr Haushalte, größere Wohnflächen – Energieverbrauch pro Wohnfläche sinkt</p><p>Der Trend zu mehr Haushalten, größeren Wohnflächen und weniger Mitgliedern pro Haushalt (siehe „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/strukturdaten-privater-haushalte/bevoelkerungsentwicklung-struktur-privater">Bevölkerungsentwicklung und Struktur privater Haushalte</a>“) führt tendenziell zu einem höheren Verbrauch. Diesem Trend wirken jedoch der immer bessere energetische Standard bei Neubauten und die Sanierung der Altbauten teilweise entgegen. So sank der spezifische ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a>⁠ (Energieverbrauch pro Wohnfläche) für Raumwärme seit 2008 um 20 % (siehe Abb. „Endenergieverbrauch und -intensität für Raumwärme – Private Haushalte (witterungsbereinigt“)).</p><p>Stromverbrauch mit einem Anteil von rund einem Fünftel</p><p>Der Energieträger Strom hat einen Anteil von rund einem Fünftel am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a>⁠ der privaten Haushalte. Hauptanwendungsbereiche sind die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prozesswrme#alphabar">Prozesswärme</a>⁠ (Waschen, Kochen etc.) und die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prozessklte#alphabar">Prozesskälte</a>⁠ (Kühlen, Gefrieren etc.), die zusammen rund die Hälfte des Stromverbrauchs ausmachen. Mit jeweiligem Abstand folgen die Anwendungsbereiche Informations- und Kommunikationstechnik, Warmwasser und Beleuchtung (siehe Abb. „Anteile der Anwendungsbereiche am Netto-Stromverbrauch der privaten Haushalte 2008 und 2023“).</p><p>Direkte Treibhausgas-Emissionen privater Haushalte sinken</p><p>Der Energieträgermix verschob sich seit 1990 bis heute zugunsten von Brennstoffen mit geringeren Kohlendioxid-Emissionen und erneuerbaren Energien. Das verringerte auch die durch die privaten Haushalte verursachten direkten Kohlendioxid-Emissionen (d.h. ohne Strom und Fernwärme) (siehe Abb. „Direkte Kohlendioxid-Emissionen von Feuerungsanlagen der privaten Haushalte“).</p>

Schwerpunktprogramm (SPP) 1569: Erzeugung multifunktioneller anorganischer Materialien durch molekulare Bionik

norganische Funktionsmaterialien spielen innerhalb der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, etwa im Bereich der Informationstechnik oder der Energieerzeugung und -speicherung, eine zentrale Rolle. Dabei sind komplex strukturierte multifunktionelle Materialien auf rein anorganischer Basis sowie im Verbund mit organischen Anteilen zur Weiterentwicklung dieser Technologien von wesentlicher Bedeutung. Die Erzeugung solcher Materialien mit definierter Struktur und Stöchiometrie über die konventionelle Prozesstechnik, die in der Regel bei erhöhten Temperaturen und/oder Drücken sowie unter erheblichem verfahrenstechnischen Aufwand abläuft, stößt hierbei jedoch an ihre Grenzen. Demgemäß ist die Suche nach neuen Verfahren, die eine Generierung von diesen Materialien bei Umgebungsbedingungen und mit reduziertem prozesstechnischen Aufwand ermöglichen, derzeit Gegenstand weltweiter Forschungsanstrengungen. Für die Bildung von komplex strukturierten anorganischen Festkörpern bei Umgebungsbedingungen liefert die belebte Natur eindrucksvolle Beispiele. So entstehen durch Biomineralisationsprozesse Stoffe wie etwa Calciumphosphat oder -carbonat, deren Bildung genetisch determiniert ist und durch die Wechselwirkung mit Biomolekülen gesteuert wird, wobei unter anderem Selbstorganisationsprozesse eine Rolle spielen. Die hierdurch entstehenden anorganischen Materialien besitzen multifunktionelle Eigenschaften, wobei deren Eigenschaftsspektrum durch den Einbau von bioorganischen Komponenten erweitert wird. Wenngleich viele technisch relevante Materialien bei diesen natürlichen Prozessen keine Rolle spielen, ergeben sich hieraus unmittelbar aussichtsreiche Perspektiven zur Generierung neuer anorganischer Funktionsmaterialien durch spezifische molekulare Interaktionen zwischen bioorganischen und anorganischen Stoffen. Das Hauptziel dieses Schwerpunktprogramms ist daher die Übertragung von Prinzipien der Biomineralisation auf die Generierung von anorganischen Funktionsmaterialien und von deren Hybriden mit bioorganischen Anteilen. Zur Erreichung dieses Ziels werden Arbeiten durchgeführt (1) zur In-vitro- und In-vivo-Synthese anorganischer Funktionsmaterialien und deren Hybride mit bioorganischen Molekülen in Form von Schichten oder 3D-Strukturen, (2) zur Charakterisierung der Bildungsprozesse und der Struktur der Materialien sowie (3) zur Bestimmung und zum Design von deren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Diese experimentellen Untersuchungen werden weiterhin durch Arbeiten zur Modellierung der Materialbildung, -struktur und -eigenschaften begleitet.

KI unterstützte Kommunikationstechnologien zur dynamischen Optimierung von Mobilität und Energiespeichern zur Frequenzstabilisierung und Energieversorgung, Teilvorhaben CampusGenius: Automated Integration with the 5G-Core

Das Ökosystem der Stromnetze ist auf dem Weg zu einem dezentralisierten Energieversorgungs- und Verteilungssystem. Haushalte können mit erneuerbaren Energiequellen wie Sonnenkollektoren oder Windgeneratoren, als verteilte Energieressourcen (DERs - Distributed Energy Resources) bezeichnet, unabhängig von den Stromanbietern operieren und Energie zurück an das Hauptnetz verkaufen. Für die Realisierung dieser Transformation des Stromnetzes wird eine kompetente Kommunikationsinfrastruktur benötigt. Die Einführung des Standards 5G in Mobilfunknetze erleichtert die Entwicklung zukünftiger Energieverwaltungslösungen. Weiterhin ermöglichen neue Technologien die Entwicklung intelligenter Algorithmen für die Steuerung zukünftiger Stromnetze. Hierzu gehören das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT), Vernetzung über Mesh-Netzwerke zur Fernüberwachung des Netzstatus und die Künstliche Intelligenz (KI) für Management und Koordination. In Dymobat wird ein Single-User-Controller für die Verwaltung der einzelnen DERs auch unter Einsatz von privaten 5G-Netzwerken entwickelt. Anschließend wird eine zentrale Steuerungseinheit für die Synchronisierung und Optimierung des Netzbetriebs innerhalb einer kleinen Gruppe von DERs, einem Microgrid, entworfen. Die Kommunikation zwischen und innerhalb der DER soll mittels Mobilfunktechnologie erfolgen. Dabei soll die Energieoptimierung mittels KI-Algorithmen erfolgen und auch den Energietransport mit Fahrzeugen berücksichtigen. Die softwareseitige Integration der KI-Algorithmen und des Energiemanagementsystems in das Kommunikationssystem ist ein wesentlicher Bestandteil dieses Projektes. Die entwickelten Algorithmen werden virtuell in einem Testbed-Modell anhand von realen Eingangsparametern erprobt, optimiert und validiert. Im zweiten Schritt wird ein reales Testfeld konzipiert, installiert und die Leistungsfähigkeit der modellhaft erprobten Algorithmen in einer realen Testumgebung bewertet.

KI unterstützte Kommunikationstechnologien zur dynamischen Optimierung von Mobilität und Energiespeichern zur Frequenzstabilisierung und Energieversorgung, Teilvorhaben SachsenEnergie: Bidirektionales Alltagsladen

Das Ökosystem der Stromnetze ist auf dem Weg zu einem dezentralisierten Energieversorgungs- und Verteilungssystem. Haushalte können mit erneuerbaren Energiequellen wie Sonnenkollektoren oder Windgeneratoren, als verteilte Energieressourcen (DERs - Distributed Energy Resources) bezeichnet, unabhängig von den Stromanbietern operieren und Energie zurück an das Hauptnetz verkaufen. Für die Realisierung dieser Transformation des Stromnetzes wird eine kompetente Kommunikationsinfrastruktur benötigt. Die Einführung des Standards 5G in Mobilfunknetze erleichtert die Entwicklung zukünftiger Energieverwaltungslösungen. Weiterhin ermöglichen neue Technologien die Entwicklung intelligenter Algorithmen für die Steuerung zukünftiger Stromnetze. Hierzu gehören das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT), Vernetzung über Mesh-Netzwerke zur Fernüberwachung des Netzstatus und die Künstliche Intelligenz (KI) für Management und Koordination. In Dymobat wird ein Single-User-Controller für die Verwaltung der einzelnen DERs entwickelt. Anschließend wird eine zentrale Steuerungseinheit für die Synchronisierung und Optimierung des Netzbetriebs innerhalb einer kleinen Gruppe von DERs, Microgrid, entworfen. Im Anschluss werden Mobilitätsalgorithmen für die Nutzung von batterieelektrischen Fahrzeugen als mobile Energiespeicher entwickelt, die temporäre Selbstversorgung von Teilnetzen ermöglichen. Die entwickelten Algorithmen werden virtuell in einem Testbed-Modell anhand von realen Eingangsparametern erprobt, optimiert und validiert. Im zweiten Schritt wird ein reales Testfeld konzipiert, installiert und die Leistungsfähigkeit der modellhaft erprobten Algorithmen in einer realen Testumgebung bewertet und anhand des dadurch erarbeiteten Know-hows weiter verbessert. Das übergeordnete Ziel des Projektes DymoBat ist die Entwicklung von marktfähigen Lösungen für die zukünftige Stromnetzverwaltung zur Nutzung von verteilten Energieressourcen auf Basis der Anwendung von 5G-Technologien.

CO2-Fußabdruck des IKT Sektors: Pilotprojekte testen Methodologien zur Erfassung von Energieverbrauch und Emissionen der Technologiebranche

Zu den wichtigsten Vorhaben der Digital Agenda for Europe (DAE) gehört die Etablierung eines gemeinsamen methodischen Standards zur Erfassung der Energieintensität und der CO2-Emissionen, die bei Herstellung, Transport oder Verkauf von IKT Produkten, Netzwerken oder Dienstleistungen anfallen. Die Industrie der Informations- und Kommunikationstechnologie soll diesen methodischen Rahmen zugleich leicht übernehmen und anwenden können. Um diese Ziele zu erreichen, wurde eine Reihe von Pilotprojekten durchgeführt. Dieser Bericht, den Ecofys gemeinsam mit Quantis und Bio Intelligence Service für die Europäische Kommission erstellte, präsentiert die Ergebnisse aus den Projekten. Die Ergebnisse der Testläufe geben: - den Normorganisationen (SDOs) und der Industrie Rückmeldung, welche nächsten Schritte erforderlich sind, um die Kompatibilität der Methoden sicherzustellen. - den IKT Unternehmen die Sicherheit, dass die Methoden zuverlässig und kosteneffizient sind und sich sowohl im Unternehmen selbst als auch entlang der Lieferkette problemlos einsetzen lassen. - der Europäischen Kommission Aufschluss darüber, auf welche Weise sie ihre Ziele zukünftig am besten umsetzen kann.

Wechselwirkungen zwischen Verkehr und Telekommunikation

Ziel des Projektes ist, Zusammenhaenge und Wechselwirkungen zwischen dem Verkehrsverhalten von Personen und ihrem Kommunikationsverhalten zu erforschen. Insbesondere sollen Aussagen darueber getroffen werden, welchen Beitrag verschiedene Telekommunikationstechniken zur Loesung unserer heutigen Verkehrsprobleme leisten koennen. Dabei ist zu beruecksichtigen, dass sich bereits vorhandene oder auch neue Technologien der Telekommunikation nicht nur auf den Bereich der geschaeftlichen Kommunikation erstrecken, sondern dass auch im privaten Bereich vermehrt Anwendungen dieser Technologien zu finden sind. Gerade fuer den privaten Bereich sind allerdings bisher kaum empirische Erhebungen ueber Auswirkungen, Anwendungsmoeglichkeiten und Diffusionsraten der Technologien durchgefuehrt worden, so dass gesicherte Aussagen ueber das individuelle Aktivitaeten- und Kommunikationsverhalten von Personen nicht moeglich sind. Mit einer von unserem Institut entwickelten Erhebungsmethode sollen naehere Aufschluesse ueber gegenwaertige Aktivitaeten und Kommunikationsverhalten von Personen gewonnen werden, um anschliessend Aussagen ueber die Anwendungsmoeglichkeiten moderner Kommunikationstechnologien zur Loesung unserer heutigen Verkehrsprobleme zu treffen.

Kombination der Niederschlagsschätzung von opportunistischen Sensoren und geostationären Satelliten

Der Umsetzungsplan der COP27 enthält eine sehr klare Aussage. "Ein Drittel der Welt, darunter 60% von Afrika, hat keinen Zugang zu Frühwarn- und Klimainformationsdiensten". Dies gilt vor allem für niederschlagsbezogene Warnungen. Der Grund dafür ist das fast vollständige Fehlen von Wetterradaren auf in Afrika und die mangelnde Dichte von Niederschlagsmessstationen. Im Gegensatz dazu sind geostationäre Satelliten (GEOsat) und potentiell auch kommerzielle Richtfunkstrecken (CML) und Satelliten-Mikrowellenverbindungen (SML) nahezu in Echtzeit verfügbar und können zur Niederschlagsschätzung verwendet werden. Die quantitative Niederschlagsschätzung (QPE) aus GEOsat-Daten ist jedoch aufgrund der indirekten Beziehung zwischen der Niederschlagsmenge und den tatsächlichen Messungen, die im sichtbaren und infraroten Spektrum durchgeführt werden, eine Herausforderung. Für die QPE aus SML- und CML-Daten, insbesondere auf der Grundlage groß angelegter CML-Studien in Europa, wurde gezeigt, dass sie mit der QPE aus Radar- und Regenmessern gleichwertig sein kann. In Ermangelung von Referenzdaten, wie es in Entwicklungsländern häufig der Fall ist, sind die bestehenden maßgeschneiderten semi-empirischen Prozessierungsmethoden jedoch oft nicht direkt anwendbar. GEOsat-Daten haben das Potenzial, die CML/SML-Prozessierung in diesen Regionen zu unterstützen, und umgekehrt könnte die CML/SML-QPE zur Anpassung der GEOsat-QPE verwendet werden. Das übergeordnete Ziel des Projekts MERGOSAT ist daher die Entwicklung neuartiger Methoden zur Erstellung verbesserter Echtzeit-Niederschlagskarten für datenarme Regionen durch eine Kombination von GEOsat-Daten und CML/SML-QPE. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir uns auf drei Aspekte konzentrieren: 1) Schaffung einer Grundlage für allgemeinere CML/SML-QPE-Modelle durch Verbesserung des Verständnisses der Prozesse die die EM-Ausbreitung von CML und SML beeinflussen. 2) Entwicklung geeigneter CML/SML-QPE-Modelle, die in datenarmen Regionen anwendbar sind, aufbauend auf den neuen Erkenntnissen über WAA und DSD und unter innovativer Nutzung von GEOsat-Daten. 3) Verbesserung der GEOsat-QPE mit DeepLearning-Methoden und Entwicklung eines neuen Verfahrens, das die Zusammenführung mit CML/SML-Daten mit sub-stündlicher Auflösung ermöglicht. Wir werden unsere Forschung auf unser umfangreiches Archiv von CML-Daten, auch aus Afrika, und die zunehmende Verfügbarkeit von SML-Daten stützen. Zusätzliche Daten aus Feldexperimenten werden mit modernsten Simulationen der EM-Ausbreitung kombiniert. Darüber hinaus werden wir neueste Techniken des DeepLearnings und unsere Hochleistungs-Recheninfrastruktur nutzen. In Kombination mit den erweiterten Fähigkeiten des kürzlich gestarteten MTG GEOsat wird uns dies ermöglichen, unsere Ziele erfolgreich anzugehen und die methodische Grundlage zu schaffen, die erforderlich ist, um datenarme Regionen mit verbesserten und zuverlässigen Niederschlagsinformationen nahezu in Echtzeit zu versorgen.

Research Group on Spatial Decision Support Systems

The research interests of our group are in two areas of Spatial Information Science: 1) spatial decision support techniques and 2) human-computer interaction in collaborative spatial decision making and problem solving. In the area of spatial decision support techniques we aim at supporting people (individuals, groups and organizations) in solving spatial decision problems by addressing three fundamental steps of decision process: intelligence, design, and choice. The focal research problems here are: - Idea generation tools including structured diagramming and cartographic visualization (2D, 3D) supporting 'spatial thinking' and the identification of value-objective-attribute hierarchies; - GeoSimulation models to generate decision options and compute their consequences; - Multi-criteria analysis techniques to evaluate decision options using spatial data about option impacts and user preferences; - Participatory techniques and collaborative approaches to group decision making. Subsequent research questions we are interested include: - Which software architectures are useful for developing robust spatial decision support systems? - Can a generic toolkit for spatial decision support be created? - What decision support services can be offered on-line in wide area networks (Internet) using open spatial data standards? In the area of human-computer interaction research our rational is that methods and techniques for spatial decision support must be subjected to empirical studies so that substantive knowledge about the intended effects of applying geospatial information technologies can be developed. We plan to study information processing, and problem-solving in interactive, collaborative spatial decision environments built by others and ourselves. In building prototype software environments we use off-the-shelf GIS software such as ArcGIS, Idrisi, Grass, use the existing GIS toolkits such as ArcObjects, apply various geosimulation tools, and use higher level programming languages such as Java and VB. Substantive domains for application development and testing of collaborative decision support environments include: - Urban development and transportation planning; - Community planning; - Water resource management; - Land use change. Our group welcomes interested students and other potential participants who would like to work with us in the broadly-defined research area of SDSS. We are very much open to new ideas, which may expand the above listed research interests.

Digitalisiertes Wärmekraftwerk für eine effizientere urbane Fernwärmeversorgung, Teilvorhaben: Entwicklung, Integration und Erprobung eines Digitalisierten Wärmekraftwerks

Im Zuge der Dekarbonisierung der Fernwärmsysteme werden die bisher meist zentralen Strukturen einer Transformation hin zu dezentralen Systemen unterzogen. Fernwärmesysteme werden hierbei bspw. um Großwärmepumpen, solarthermische Erzeuger und kleinere KWK-Anlagen erweitert. Weiter werden niedrige Systemtemperaturen sowie diversifizierte und sektorgekoppelte Erzeugereinheiten angestrebt. Aus dieser Transformation erwachsen für Wärmeversorger und Netzbetreiber neue Herausforderungen wie bspw. der kostenoptimale und flexible Einsatz der unterschiedlichsten Wärmeerzeuger (teilweise mit Kopplung an den Strommarkt), die stärkere Belastung der hydraulischen Systeme durch druck- und temperaturseitig stark dynamisierte bidirektionale Strömungen oder die Bestrebungen der Wärmekunden nach kostengünstigen, umweltfreundlichen und sicheren Wärmeangeboten (einschließlich Trinkwasserhygiene und Lastmanagement). In diesem Kontext führt die Digitalisierung in Kombination mit geeigneter Sensorik zu einer besseren Kenntnis des Wärmebedarfs, einer Zustandserkennung im Wärmenetz sowie einem intelligenten und vorausschauenden Wärmespeicher- und Erzeugermanagement. Das Vorhaben DigiHeat fokussiert auf Ansätze zum zielgerichteten und effizienten Einsatz von Technologien zur Datenübertragung und -verarbeitung im Fernwärmesektor. Es kombiniert hierbei konkrete Digitalisierungsmaßnahmen beteiligten Stadtwerke Gießen, Marburg und Hanau mit der Entwicklung und Praxiserprobung des innovativen Konzepts eines 'Digitalisierten Wärmekraftwerks'. Bei diesem wird die IKT-Systemarchitektur des virtuellen Kraftwerks, wie sie im Stromsektor bereits vielfach Anwendung findet, auf den Anwendungsfall Fernwärme vorgenommen. Der zielgerichtete und effiziente Einsatz von Kommunikationstechnologien und Datenübertragungsstandards soll dazu führen, dass ein Fernwärmesystem mit Erzeugern, Verteilung und Verbrauch möglichst effizient im Sinne eines 'Digitalisierten Wärmekraftwerks' betrieben werden kann.

Transregio TRR 228: Zukunft im ländlichen Afrika: Zukunft-Machen und sozial-ökologische Transformation; Future Rural Africa: Future-making and social-ecological transformation, Teilprojekct C04: Sozial-ökologische Transformation durch mobile Informationsdienste

Das Projekt untersucht, inwiefern Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) eine zentrale Rolle für zukunftsorientiertes Handelns im ländlichen Afrika spielen. Anhand mobiler Informationsdienste für Landwirte im Rift Valley (Kenia) und Kilombero-Tal (Tansania) werden die mit IKT in Verbindung gebrachten Entwicklungsvisionen historisch eingeordnet, die Übersetzung zukunftsbezogenen Wissens in konkrete Handlungsoptionen nachvollzogen und untersucht, wie diese Dienste tatsächlich lokale landwirtschaftliche Praktiken anleiten und somit zu sozial-ökologischer Transformation beitragen.

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