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Gutachten: Stromnetze 2020plus

Im Auftrag der Bundestagsfraktion von Bündnis 90/Die Grünen erstellte Ecofys ein konzeptuellen Bericht für ein Elektrizitätsnetz der Zukunft. Das Konzept gibt einen Überblick über verschiedene Technologien (smart grids, super grids, ect.), zeigt wichtige unterschiedliche Forschungsprojekte auf und identifiziert Abhängigkeiten zwischen einzelnen Technologien. Barrieren, die einen zeitnahen Einsatz dieser Technologien bremsen können, werden ebenso aufgezeigt wie der erforderliche Investitionsbedarf. Ergänzend werden politische Maßnahmen vorgestellt, die den Übergang von der heutigen Netzstruktur zu einem zukunftsfähigen Elektrizitätsnetz unterstützen. Der Schwerpunkt der Studie liegt dabei auf den Vorteilen einer unabhängigen Netzgesellschaft unter mehrheitlicher Beteiligung der öffentlichen Hand.

Hochleistungs-Halbleiter für eine energieeffiziente Hoch-spannungs-Gleichstrom-Übertragung, Teilvorhaben: Leistungsdichteanhebung des HGÜ-Konverters

Die neue Bundesregierung hat im Koalitionsvertrag festgelegt, dass im Jahr 2030 80% des Strombedarfs aus erneuerbaren Energien stammen sollen. Offshore Windenergie ist ein wesentlicher Bestandteil dieser ehrgeizigen Ziele. Die Kapazitäten sollen auf mindestens 30 GW in 2030, 40 GW in 2035 und 70 GW in 2045 ausgebaut werden. Die Anbindung der Windparks an das Verbundnetz erfolgt dann über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, genauso wie der Transport der elektrischen Energie in die Verbrauchszentren West- und Süddeutschlands. Damit wird auch der Wirkungsgrad der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung noch wichtiger. Größter Hebel - sowohl für die Wirkungsgradverbesserung als auch für die Reduktion der Investitionskosten der HGÜ Konverter - ist dabei die Reduktion der Anzahl der in Reihe geschalteten Submodule. Die Reihenschaltzahl ist durch die Sperrspannung der verwendeten Leistungshalbleiter bestimmt. Um die genannte Einsparziele zu erreichen, muss eine ganze Reihe innovativer Lösungen erforscht werden. Der Konverter muss für eine höhere Spannung pro Submodul geeignet sein, die Submodule müssen für die höhere Betriebsspannung ertüchtigt werden, vor allem aber - und dies ist die zentrale Innovation - muss die Sperrspannung der IGBT Module von 4500 V auf 6500 V angehoben werden, ohne dass die Verluste dabei signifikant steigen. Um dieses Ziel erreichen zu können, sind daher grundlegende Forschungsarbeiten an verschiedenen Stellen erforderlich. Es müssen sowohl die Chiptechnologie von IGBT und Diode, die Aufbau- und Verbindungstechnik im Modul als auch die Ansteuertechnik substantiell verbessert werden und kontinuierlich im Wechselspiel auf ihren Nutzen und ihre Umsetzbarkeit für zukünftige HGÜ Anlagen geprüft und co-optimiert werden.

Analyse von Bietstrategien und deren Einfluss auf den Strompreis im EU-Binnenmarkt, Teilvorhaben: Herleitung von Bietstrategien sowie Entwicklung eines strategisch Handelnden P'n'P Agenten und Evaluierung von Bietstrategien in zukünftigen Szenarios

Die Stromerzeuger bieten an der Strombörse einen Erzeugungspreis an, der die variablen Kosten des Kraftwerksbetriebs widerspiegelt. Anhand dieser Grenzkosten wird nach dem Merit-Order Prinzip schließlich der Strompreis ermittelt. Es ist jedoch zu hinterfragen, ob das Bieten nach Grenzkosten heute wie auch in einem zukünftig deutlich heterogener aufgestellten Kraftwerksportfolio, das an der Börse Handel treibt, weiterhin Bestand hat. So verändert die aktuelle Situation an den Energiemärkten durch die unvorhergesehenen starken Preisanstiege der Rohstoffe das gewohnte Handelsbild, denn bei einem gleichgebliebenen Kraftwerkspark sind die Beschaffungskosten bspw. für Gaskraftwerke überproportional gestiegen. Auch der europaweite Ausbau der erneuerbaren Energien kann Einfluss auf das Bietverhalten der Marktteilnehmer haben. Da die Grenzkosten der erneuerbaren Energien Anlagen nahezu null sind, kann deren zunehmender Handel an den Märkten zu großen Differenzen zwischen den Grenzkosten der bietenden Kraftwerke führen. Gleichzeitig können besonders die zu erwartenden Volatilitäten bei der Erzeugung aus erneuerbaren Energien zu sehr geringen Strompreisen führen und damit Refinanzierungen erschweren. Zusätzlich verbindet die europäische Marktkopplung unterschiedliche Erzeugungsparks miteinander und verändert damit ebenfalls die bestehenden Märkte und deren Handelseigenschaften. So kann es finanziell attraktiv erscheinen, einen Aufschlag auf die Grenzkosten oder eine strategisch platzierte Stromnachfrage zu nutzen. Im Rahmen des Vorhabens sollen daher die an der EPEX SPOT vorhandenen Gebotsdaten in den Preiskurven auf strategische Muster hin analysiert werden. Gefundene Strategien werden in einem zweiten Schritt in die Zukunft getestet. Dazu wird deren Einfluss auf den Strompreis und Investitionen in flexible Erzeugungstechnologien in Deutschland unter Berücksichtigung der in Zukunft stark unterschiedlichen nationalen Stromerzeugungssysteme in Europa untersucht.

CO2-Sequestrierung kleinerer Emittenten in kalzium- und magnesiumhaltigen Rohstoffen/Produkten - Seq-kalz

TCOpt - Total Cost of Ownership-optimierte Kühlanlagen für Schienenfahrzeuge, Teilvorhaben: Entwicklung, Validierung und Optimierung einer Zustandsüberwachung v. Wärmeübertragern auf Korrosionsfortschritt und Kühlmittelzustand

Hochleistungs-Halbleiter für eine energieeffiziente Hoch-spannungs-Gleichstrom-Übertragung

Die neue Bundesregierung hat im Koalitionsvertrag festgelegt, dass im Jahr 2030 80% des Strombedarfs aus erneuerbaren Energien stammen sollen. Offshore Windenergie ist ein wesentlicher Bestandteil dieser ehrgeizigen Ziele. Die Kapazitäten sollen auf mindestens 30 GW in 2030, 40 GW in 2035 und 70 GW in 2045 ausgebaut werden. Die Anbindung der Windparks an das Verbundnetz erfolgt dann über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, genauso wie der Transport der elektrischen Energie in die Verbrauchszentren West- und Süddeutschlands. Damit wird auch der Wirkungsgrad der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung noch wichtiger. Größter Hebel - sowohl für die Wirkungsgradverbesserung als auch für die Reduktion der Investitionskosten der HGÜ Konverter - ist dabei die Reduktion der Anzahl der in Reihe geschalteten Submodule. Die Reihenschaltzahl ist durch die Sperrspannung der verwendeten Leistungshalbleiter bestimmt. Um die genannte Einsparziele zu erreichen, muss eine ganze Reihe innovativer Lösungen erforscht werden. Der Konverter muss für eine höhere Spannung pro Submodul geeignet sein, die Submodule müssen für die höhere Betriebsspannung ertüchtigt werden, vor allem aber - und dies ist die zentrale Innovation - muss die Sperrspannung der IGBT Module von 4500 V auf 6500 V angehoben werden, ohne dass die Verluste dabei signifikant steigen. Um dieses Ziel erreichen zu können, sind daher grundlegende Forschungsarbeiten an verschiedenen Stellen erforderlich. Es müssen sowohl die Chiptechnologie von IGBT und Diode, die Aufbau- und Verbindungstechnik im Modul als auch die Ansteuertechnik substantiell verbessert werden und kontinuierlich im Wechselspiel auf ihren Nutzen und ihre Umsetzbarkeit für zukünftige HGÜ Anlagen geprüft und co-optimiert werden.

Hochleistungs-Halbleiter für eine energieeffiziente Hoch-spannungs-Gleichstrom-Übertragung, Teilvorhaben: Ansteuerungsinnovationen und Potentiale zukünftiger Halbleiter

Die neue Bundesregierung hat im Koalitionsvertrag festgelegt, dass im Jahr 2030 80% des Strombedarfs aus erneuerbaren Energien stammen sollen. Offshore Windenergie ist ein wesentlicher Bestandteil dieser ehrgeizigen Ziele. Die Kapazitäten sollen auf mindestens 30 GW in 2030, 40 GW in 2035 und 70 GW in 2045 ausgebaut werden. Die Anbindung der Windparks an das Verbundnetz erfolgt dann über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, genauso wie der Transport der elektrischen Energie in die Verbrauchszentren West- und Süddeutschlands. Damit wird auch der Wirkungsgrad der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung noch wichtiger. Größter Hebel - sowohl für die Wirkungsgradverbesserung als auch für die Reduktion der Investitionskosten der HGÜ Konverter - ist dabei die Reduktion der Anzahl der in Reihe geschalteten Submodule. Die Reihenschaltzahl ist durch die Sperrspannung der verwendeten Leistungshalbleiter bestimmt. Um die genannte Einsparziele zu erreichen, muss eine ganze Reihe innovativer Lösungen erforscht werden. Der Konverter muss für eine höhere Spannung pro Submodul geeignet sein, die Submodule müssen für die höhere Betriebsspannung ertüchtigt werden, vor allem aber - und dies ist die zentrale Innovation - muss die Sperrspannung der IGBT Module von 4500 V auf 6500 V angehoben werden, ohne dass die Verluste dabei signifikant steigen. Um dieses Ziel erreichen zu können, sind daher grundlegende Forschungsarbeiten an verschiedenen Stellen erforderlich. Es müssen sowohl die Chiptechnologie von IGBT und Diode, die Aufbau- und Verbindungstechnik im Modul als auch die Ansteuertechnik substantiell verbessert werden und kontinuierlich im Wechselspiel auf ihren Nutzen und ihre Umsetzbarkeit für zukünftige HGÜ Anlagen geprüft und co-optimiert werden.

Doppelfassaden und ihr Einfluss auf die Energieeffizienz

Fallstudien werden herangezogen um leistungsfähige Doppelfassaden in ihrer Wirkung auf Systeme der Gebäudetechnik sowie auf die Energieeffizienz des Gebäudes zu untersuchen. Bei der ersten Fallstudie handelt es sich um einen 21-geschossigen Büroturm im Zentrum von Berlin mit Fertigstellungsdatum 1999. Die Doppelfassade wirkt als solarthermischer Schacht und ermöglicht die natürliche Lüftung des Turmes während 70Prozent des Jahres. Für die verbleibende Zeit erfolgt die Versorgung mechanisch über Quellluft und sorptionsgestützte Klimatisierung. Das zweite Gebäude hat die Funktion einer Hauptverwaltung nahe Frankfurt, fertiggestellt im Jahr 2000. Hier ermöglicht ein extrem effizientes Doppelfassadensystem den Verzicht auf ein konventionelles Heizsystem. Ein Kapillarrohrsystem in der Decke sorgt für Kühlung und Heizung. Die Einsparungen an den konventionellen Systemen können somit den gestiegenen Fassadenkosten gegen gerechnet werden. Die dritte Fallstudie beschäftigt sich mit dem erstgereihten Wettbewerbsentwurf für die neue Hauptverwaltung der europäischen Zentralbank in Frankfurt. Eine zweite Gebäudehülle in Kombination mit einer energetisch optimierten Gebäudeform erlaubt während des gesamten Jahres die natürliche Lüftung des Hochhauses. Zusätzlich zur Ersparnis in den laufenden Betriebsenergiekosten wird ein enormes Einsparpotential bezüglich Investitionskosten (Wegfall des mechanischen Lüftungssystems und Anlagentechnik) geschaffen sowie die Maximierung nutzbarer Fläche (Wegfall/Verringerung der Versorgungsschächte) ermöglicht. Die Fallstudien zeigen deutlich, dass höchst effiziente Doppelfassaden nicht nur das energetische Gebäudeverhalten verbessern können, sondern genauso die Investitionskosten signifikant senken können. Deshalb ist die Wirtschaftlichkeit einer solchen Maßnahme nicht nur bezüglich ihrem Potential zur Senkung von Energiekosten zu bewerten, sondern immer im Zusammenhang mit einer möglichen Reduktion der Investitionskosten für HLK-Systeme im Gebäude zu sehen. Eine bloße Reduktion der Größe dieser Systeme führt oft zu keinen bemerkenswerten Einsparungen.

Die Finanzierung der energetischen Gebäudemodernisierung, Teilprojekt 3: Gebäudeeigentümer und Immobilienmarkt

Die Finanzierung der energetischen Gebäudemodernisierung

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