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.
Ziel des Forschungsprojekts ist die Erstellung eines EDV-gestützten internet- oder intranetbasierten Bewertungs- und Dokumentationsinstruments (eBNB). Mit dem eBNB soll eine Vereinheitlichung und Vereinfachung der planungs- und baubegleitenden Anwendung des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen erreicht werden. Ausgangslage: Die Anwendung des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB) erfolgt bisher vornehmlich mit Unterstützung üblicher IT-Büroanwendungen, wie z.B. Textverarbeitungs und Tabellenkalkulationsprogrammen. Zu diesem Zweck werden zahlreiche standardisierte Dateien zur Verfügung gestellt. Informationen müssen über diese Dateien mehrmals manuell erfasst, ausgewertet und geprüft werden. Eine prozessbegleitende Nachhaltigkeitsbewertung ist damit aufwendig und fehleranfällig. Eine strukturierte und auswertbare Sammlung von Bewertungsdaten ist nicht möglich. Ziel: Das Forschungsprojekt soll mit der Entwicklung des IT-Systems 'Elektronisches Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen' (eBNB) eine zentrale, datenbankbasierte und leistungsfähige IT-Lösung für die Bauverwaltungen der öffentlichen Hand bereitstellen, die zum einen die effiziente und ressourcenschonende Anwendung des BNB gewährleistet und zum anderen die Verwendung des BNB als ein Qualitätsmanagementsystem im Rahmen des Bauprojektmanagements während der gesamten Projektlaufzeit ermöglicht. Das eBNB soll die Bewertung und Dokumentation der Nachhaltigkeitsqualitäten von Gebäuden und Außenanlagen prozessbegleitend in der Zielfindungs-, Planungs-, Bau-, Inbetriebnahme- und Nutzungsphase ermöglichen und das Erkennen von Optimierungspotenzialen unterstützen. Ein weiteres wesentliches Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, mit dem eBNB eine Datenbank zur einheitlichen Dokumentation und Archivierung der Bewertungsdaten abgeschlossener BNB-Bewertungen zu erstellen, mit der die Pflege und Fortschreibung des BNB zukünftig unterstützt, die wissenschaftliche Auswertung der Projekte und des BNB erlaubt sowie die Generierung von Kennwerten für den Planungs- und Bauprozess ermöglicht wird.
<p>Endenergieverbrauch nach Energieträgern und Sektoren</p><p>Der Endenergieverbrauch in Deutschland ist seit Beginn der 1990er Jahre bis zum Jahr 2019 kaum gesunken. Im langjährigen Trend war nur der Wärmeverbrauch rückläufig, während der Verbrauch von Kraftstoff und Strom nahezu konstant blieben. Seit 2020 ist der Endenergieverbrauch auf Grund der „Coronakrise“ als auch in Folge des Krieges gegen die Ukraine rückläufig.</p><p>Allgemeine Entwicklung und Einflussfaktoren</p><p>Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a> (EEV) in Deutschland ist seit Beginn der 1990er Jahre nur in geringem Umfang gesunken (siehe Abb. „Endenergieverbrauch nach Sektoren“). Energie wird zwar immer effizienter genutzt und teilweise eingespart, doch Wirtschaftswachstum und Konsumsteigerungen verhindern einen deutlicheren Rückgang des absoluten Endenergieverbrauchs (siehe auch Artikel<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/energieproduktivitaet">"Energieproduktivität"</a>). Im kurzfristigen Zeitraum eines Jahres betrachtet hat die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/w?tag=Witterung#alphabar">Witterung</a>, die sich auf den Bedarf an Wärmeenergie auswirkt, großen Einfluss auf die Verbrauchsentwicklung. Auch die Corona-Pandemie verursachte im Jahr 2020 einen Sondereffekt, der Endenergieverbrauch sank auf den bis dato niedrigsten Wert seit 1990. Zwar stieg der Verbrauch in 2021 in Folge der wirtschaftlichen Erholung nach der Pandemie wieder an. Doch seit dem russischen Angriffskrieg auf die Ukraine reduzierte sich der EEV zwei Jahre hintereinander. Somit lag der Verbrauch des Jahres 2023 auf einem historischen Tiefstand seit der Wiedervereinigung.</p><p>Der Gesetzgeber hat im Herbst 2023 das „Energieeffizienzgesetz“ (EnEfG) beschlossen. Dieses sieht vor, dass der Endenergieverbrauch gegenüber dem Wert des Jahres 2008 bis 2030 um etwa 26,5 % sinken soll (1.867 <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=TWh#alphabar">TWh</a>) und bis 2045 um 45 % (1.400 TWh). Dabei legt das EnEfG für die Ziele eine von der in der deutschen Energiestatistik verwendeten Definition der AG Energiebilanzen leicht abweichende Definition zugrunde. Diese Abweichungen betreffen insbesondere die Umweltwärme und oberflächennahe Geothermie, die bei der Berechnung des Indikators nicht einbezogen werden. Damit wird eine Konvention der europäischen Energieeffizienz-Richtlinie übernommen. Der so ermittelte EEV (also ohne Umweltwärme und Geothermie) lag 2022 etwa 1 % unter dem von der AG Energiebilanzen ermittelten Wert. Durch den Ausbau der Wärmepumpentechnik wird der aus Umweltwärme bereitgestellte EEV künftig voraussichtlich wachsen.</p><p>Entwicklung des Endenergieverbrauchs nach Sektoren und Energieträgern</p><p>Im Sektor<strong>Industrie</strong>ist der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a> (EEV) abgesehen von Jahren mit Konjunktureinbrüchen (2009, 2020 sowie 2022/23) in den letzten drei Jahrzehnten nahezu konstant geblieben. Fortschritte bei der Energieeffizienz wurden durch das Wirtschaftswachstum kompensiert (siehe Abb. „Endenergieverbrauch nach Energieträgern“). Etwa zwei Drittel des Endenergieverbrauchs werden in der Industrie für <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Prozesswrme#alphabar">Prozesswärme</a> benötigt. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/m?tag=Mechanische_Energie#alphabar">Mechanische Energie</a> zum Beispiel zum Betrieb von Motoren oder Maschinen sorgt für circa ein Viertel des Verbrauchs, Raumwärme hat nur einen kleinen Anteil (siehe auch Artikel „<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/energieverbrauch-fuer-fossile-erneuerbare-waerme">Energieverbrauch für fossile und erneuerbare Wärme</a>“).</p><p>Der Kraftstoffverbrauch im<strong>Verkehrssektor</strong>war lange weitgehend unverändert, stieg dann in den Jahren bis 2018 aber auf einen neuen Höchstwert. Im Zuge der Verkehrseinschränkungen durch die Corona-Krise im Jahr 2020 fiel der Verbrauch auf den niedrigsten Wert seit 1990. Auch im Jahr 2021 lag der Energieverbrauch noch auf einem verhältnismäßig niedrigen Niveau, bevor er im Jahr 2022 wieder leicht anstieg. 2023 reduzierte sich der EEV des Sektors erneut leicht aufgrund des geringeren Energiebedarfs im Straßenverkehr – der Energieverbrauch der Luftfahrt stieg dagegen innerhalb von zwölf Monaten leicht an. Insgesamt liegt der EEV des gesamten Verkehrssektors noch deutlich unter dem Niveau vor der Corona-Pandemie (siehe Abb. „Endenergieverbrauch nach Energieträgern und Sektoren im Jahr 2023“).</p><p>Im Verkehrssektor werden zu über 90 % Kraftstoffe aus Mineralöl eingesetzt, Biokraftstoffe und Strom spielen bislang nur eine geringfügige Rolle. Fast die gesamte im Verkehr eingesetzte Energie wird zur Erzeugung von mechanischer Energie verwendet, wovon bei Verbrennungsmotoren durchschnittlich jedoch nur weniger als die Hälfte für den Antrieb umgewandelt wird. Ein großer Anteil geht als Abwärme verloren. Der Anteil des Stroms am Endenergieverbrauch im Verkehr beträgt etwas mehr als 2 %, stieg in den letzten Jahren jedoch.</p><p>Der Endenergieverbrauch der<strong>privaten Haushalte</strong>wird zu etwa 70 % von dem Energieverbrauch für Raumwärme bestimmt. Zwar wurden viele Wohngebäude in den letzten Jahrzehnten gedämmt, gleichzeitig hat die zu beheizende Wohnfläche zugenommen. Da die hier dargestellten Daten nicht temperaturbereinigt sind, wird der Energieverbrauch der Haushalte eines Jahres sehr von der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/w?tag=Witterung#alphabar">Witterung</a> des jeweiligen Jahres beeinflusst, insbesondere von den Temperaturen in den Wintermonaten. Dadurch schwankt der EEV der privaten Haushalte deutlich. Langfristig sinkt der EEV der Haushalte zwar, seit 2014 zeigt der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a> jedoch wieder einen Aufwärts-Trend.</p><p>Erdgas und Heizöl weisen beim EEV der Haushalte die höchsten Anteile auf, auch erneuerbare Wärme wird verstärkt in diesem Sektor eingesetzt. Zunehmende Bedeutung kommt auch der Fernwärme aus fossilen und erneuerbaren Energieträgern zu (siehe auch Artikel<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/wohnen/energieverbrauch-privater-haushalte">"Energieverbrauch der privaten Haushalte"</a>).</p><p>Der Endenergieverbrauch des Sektors<strong>Gewerbe, Handel und Dienstleistungen</strong>(GHD) ist in den letzten Jahrzehnten ebenfalls deutlich zurück gegangen: Er lag 2023 etwa 25 % niedriger als im Jahr 2008. Der Energieverbrauch des Sektors ist dabei stark von der Witterung abhängig. Raumwärme macht hier immerhin fast die Hälfte des Endenergieverbrauchs aus. Da im GHD-Sektor viele Gebäude in den letzten Jahrzehnten energetisch ertüchtigt und gedämmt wurden, ist aber der absolute Bedarf an Raumwärme deutlich zurückgegangen. Gleichzeitig ist im GHD-Sektor der relative Stromanteil von allen Endenergiesektoren am höchsten, was auf den Stromeinsatz für mechanische Energie, Informations- und Kommunikationstechnik sowie Beleuchtung zurückzuführen ist. Die Umstellung auf sparsame LED-Beleuchtung hat aber in den letzten Jahren zu Energieeinsparungen geführt.</p><p>Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Bruttoendenergieverbrauch</p><p>Ein immer größerer Anteil des Bruttoendenergieverbrauchs wird in Deutschland durch erneuerbare Energien gedeckt. Anders als der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Endenergieverbrauch#alphabar">Endenergieverbrauch</a> umfasst der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Bruttoendenergieverbrauch#alphabar">Bruttoendenergieverbrauch</a> (BEEV) neben dem Endenergieverbrauch der Letztverbraucher (private Haushalte, GHD, Industrie und Verkehr) auch die Eigenverbräuche der Erzeugungsanlagen und die Leitungsverluste.</p><p>In seinem „Nationalen Energie- und Klimaplan“ (NECP) hat sich Deutschland verpflichtet, den Anteil der Erneuerbaren am BEEV bis zum Jahr 2030 auf 41 % zu steigern. Die NECPs der EU-Mitgliedsstaaten beschreiben die unterschiedlichen nationalen Beiträge zur Erreichung der europäischen Erneuerbaren- und Klimaziele. Um das deutsche Ziel zu erreichen, wird in den nächsten Jahren eine deutliche Beschleunigung des Ausbaus der erneuerbaren Energien sowie der Elektrifizierung der Wärmeversorgung (durch Wärmepumpen) und der E-Mobilität nötig werden.</p><p>Bei den Werten des Anteils der erneuerbaren Energien ist zu berücksichtigen, dass bei der Berechnung des erneuerbaren Anteils gemäß der EU-Richtlinie 2018/2001 verschiedene spezielle Rechenregeln angewandt werden müssen. Beispielsweise wird über eine „Normalisierung“ der Einfluss ungewöhnlich guter oder schlechter <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/w?tag=Witterung#alphabar">Witterung</a> korrigiert.</p>