Bestandsaufnahme: Stromverbrauch und Lastprofile Auswahl von Strom-Anwendungen und -Branchen

In einem ersten Arbeitsschritt erfolgt zur Ermittlung der Ver-brauchsstruktur eine feingliedrige Differenzierung des Stromver-brauchs nach Sektoren und Anwendungsbereichen. Hierfür wird auf die Ergebnisse der von Prognos, Fraunhofer ISI und TU Mün-chen für das UBA erstellte Datenbasis Energieeffizienz zurückge-griffen [Prognos et al. 2015]. Auf Basis der sogenannten Endener-gieverbrauchs-Matrix werden die stromintensivsten Anwendungen und Branchen der Sektoren ermittelt. Dabei werden zwei Selekti-onskriterien angewendet:

4) In den Sektoren Private Haushalte (PHH), Gewerbe, Han-del und Dienstleistungen (GHD), Industrie und Verkehr werden Anwendungen (PHH und Verkehr) bzw. Branchen (GHD und Industrie) selektioniert, die mehr als 1 % der Sektornachfrage im Jahr 2013 ausmachen. Mit diesem ers-ten Selektionsschritt können 67 Anwendungen und Bran-chen über alle Sektoren identifiziert werden, die mit 390 TWh rund 80 % der Gesamtstromnachfrage repräsentie-ren.

5) Die Auswahl wird in einem zweiten Selektionsschritt weiter eingegrenzt. Es werden nur noch Anwendungen (im Sektor

PHH und Verkehr) und Branchen (in den Sektoren GHD und Industrie), die mehr als 5 TWh Stromverbrauch im Jahr aufweisen weiter berücksichtigt. Mit diesem Auswahlver-fahren können 30 Anwendungen und Branchen identifiziert werden, die etwas mehr als die Hälfte der jährlichen Ge-samtstromnachfrage im Jahr 2013 ausmachen.

Die durch die zwei Selektionsschritte identifizierten, stromintensi-ven Anwendungen und Branchen sind in Abbildung 5-1 zusam-mengefasst.

Abbildung 5-1: Stromintensive Anwendungen und Branchen des jeweiligen Sektors (erster Selektionsschritt)

Grün markiert sind jene Anwendungen und Branchen, die mehr als 5 TWh Jahresstromverbrauch vorweisen (zweiter Selek-tionsschritt).

Beschreibung der Charakteristik von Verbrauchsprofilen ausgewählter Anwendungen

Den ausgewählten Anwendungen und Branchen werden in einem nächsten Schritt stündliche Stromverbrauchsprofile zugeordnet.

Die Datenverfügbarkeit für Stromverbrauchsprofile ist vor allem im Vergleich der verschiedenen Sektoren unterschiedlich gut. Für Pri-vate Haushalte sind aus verschiedenen Literaturquellen [Gawlik et al. 2014, FhG ISE 2015, Widén et al. 2009, element energy 2014]

Haushalte GHD Industrie Verkehr

Raumwärme

Strom WP Handel

Strom konv. Sonstige private Dienstleistungen Direktheizung

Warmwasser Elektroboiler

Prozesswärme

Kochen Handel Grundstoffchemie/Elektrolyse

Sonstige private Dienstleistungen Maschinenbau Gesundheit, Vet, Soziales Metallerzeugnisse

Papier

Gummi- u. Kunststoffwaren Roheisen, Stahl u. Ferrolegierungen NE-Metalle u. -gießereien Kraftwagen u. Kraftwagenteile Ernährung u. Tabak

Beleuchtung

Beleuchtung Kleinbetriebe, Handwerk

Baugewerbe Handel Kredit, Versicherung Sonstige private Dienstleistungen Gesundheit, Vet, Soziales Erziehung, Unterricht öffentliche Verwaltung Verkehr, Nachrichten IKT

TV Handel

Video Verkehr, Nachrichten

Phono/Radio Sonstige private Dienstleistungen

PC öffentliche Verwaltung

Kraft/mechan. Energie

Waschmaschinen Kleinbetriebe, Handwerk Grundstoffchemie/Elektrolyse Eisenb.-Pers-nahverk.

Kaffeemaschine Handel Maschinenbau Eisenb.-Pers-fernverk.

Dunstabzugshaube Verkehr, Nachrichten Metallerzeugnisse Kommunale Bahnen

Wäschetrockner Sonstige private Dienstleistungen Papier Güterverkehr Schiene

Geschirrspüler Gesundheit, Vet, Soziales Gummi- u. Kunststoffwaren Zement, Beton, Steine u. Mineralien Roheisen, Stahl u. Ferrolegierungen NE-Metalle u. -gießereien Kraftwagen u. Kraftwagenteile Ernährung u. Tabak

Sonstige private Dienstleistungen

Branche/Anwendung > 5 TWh

Branche/Anwendung > 1% des Sektors (< 5 TWh)

Informationen und Daten vorliegend. Dabei sind Daten bis auf die Ebene einzelner Anwendungen vorhanden. Für den GHD-Sektor ist die Datengrundlage weniger gut, aber es liegen einige Informa-tionen zu Lastprofilen für den GHD-Sektor insgesamt und einzelne Anwendungen und Branchen aus vorhandenen Studien [element energy 2012] vor. Die Verfügbarkeit von Informationen für den dustrie-Sektor ist allgemein eher gering. Teilweise können aus In-formationen zu Industrieprozessen und Fallbeispiele für einzelne Unternehmen Daten gewonnen werden [UIE 2008, Paulus et al.

2011]. Für einzelnen Ländern liegen auch Stromverbrauchsprofile für den Industrie-Sektor insgesamt vor. Im Verkehrssektor liegen aus Veröffentlichungen einzelner Unternehmen (bspw. im Schie-nenverkehr) teilweise schematische Profile für den Stromver-brauch vor. Abbildung 5-2 gibt einen Überblick über die Daten-grundlage in den jeweiligen Sektoren.

Abbildung 5-2: Bewertung der Datenverfügbarkeit in den betrachteten Energiever-brauchssektoren

Die Verbrauchsprofile der einzelnen Branchen und Verwendungs-zwecke sind von verschiedenen Faktoren abhängig. Der Stromver-brauch für Raumwärme hängt beispielsweise stark von der Außen-temperatur ab und besitzt damit eine saisonal geprägte Charakte-ristik. Der Verbrauch für Beleuchtung orientiert sich hingegen vor allem am Tageslicht, wodurch das Profil eine eindeutige Tages-struktur aufweist. Geräte wie Waschmaschinen oder Spülmaschi-nen sowie Geräte im IKT-Bereich werden vor allem abhängig vom

Haushalte GHD Industrie Verkehr

Raumwärme

Strom WP Handel

Strom konv. Sonstige private Dienstleistungen Direktheizung

Warmwasser Elektroboiler

Prozesswärme

Kochen Handel Grundstoffchemie/Elektrolyse

Sonstige private Dienstleistungen Maschinenbau Gesundheit, Vet, Soziales Metallerzeugnisse

Papier

Gummi- u. Kunststoffwaren Roheisen, Stahl u. Ferrolegierungen NE-Metalle u. -gießereien Kraftwagen u. Kraftwagenteile Ernährung u. Tabak

Beleuchtung

Beleuchtung Kleinbetriebe, Handwerk

Baugewerbe Handel Kredit, Versicherung Sonstige private Dienstleistungen Gesundheit, Vet, Soziales Erziehung, Unterricht öffentliche Verwaltung Verkehr, Nachrichten IKT

TV Handel

Video Verkehr, Nachrichten

Phono/Radio Sonstige private Dienstleistungen

PC öffentliche Verwaltung

Kraft/mechan. Energie

Waschmaschinen Kleinbetriebe, Handwerk Grundstoffchemie/Elektrolyse Eisenb.-Pers-nahverk.

Kaffeemaschine Handel Maschinenbau Eisenb.-Pers-fernverk.

Dunstabzugshaube Verkehr, Nachrichten Metallerzeugnisse Kommunale Bahnen

Wäschetrockner Sonstige private Dienstleistungen Papier Güterverkehr Schiene

Geschirrspüler Gesundheit, Vet, Soziales Gummi- u. Kunststoffwaren Zement, Beton, Steine u. Mineralien Roheisen, Stahl u. Ferrolegierungen NE-Metalle u. -gießereien Kraftwagen u. Kraftwagenteile Ernährung u. Tabak

Sonstige private Dienstleistungen

gute

Bedarf der Nutzer betrieben und können auch im Wochen- und Ta-gesverlauf signifikante Strukturen aufweisen (z. B. weisen TV- und Audio-Geräte vor allem in den Abendstunden, an Wochenenden und in den Wintermonaten einen höheren Stromverbrauch auf). In-dustrieprozesse, vor allem stromintensive Prozesse, weisen insbe-sondere in der Aggregation über eine Vielzahl von Anlagen ein fla-chen Verbrauchsprofil auf, dass durch hohe Volllaststunden ge-kennzeichnet ist. Dementsprechend ergeben sich Verbrauchspro-file, die charakteristische Tages-, Wochen- und saisonale Profile aufweisen.

Zu berücksichtigen ist, dass es sich bei den im Folgenden berück-sichtigten Profilen nicht um die Verbrauchscharakteristik einzelner Geräte oder Prozesse handelt, sondern um eine Abbildung des aggregierten Stromverbrauchs in diesen Anwendungen. Damit werden die Profile in der Summe aufgrund der Ungleichzeitigkeiten der einzelnen Prozesse und Anwendungen geglättet.

Abbildung 5-3 zeigt synthetische Tagesprofile für einzelne Anwen-dungen im Bereich der Privaten Haushalte, die auf Basis von Infor-mationen und Daten zu Stromverbrauchsprofilen generiert wurden.

Deutlich zu erkennen sind die verhaltensbedingten Verbrauchs-spitzen in den Abendstunden und teilweise auch in den Mittags-stunden für die Anwendungen IKT, Waschmaschinen/Trockner und Prozesswärme (z. B. Kochen). Aufgrund des Verlaufs des Ta-geslichts und der aktivitätsbedingten Nutzung von Beleuchtung zeigt sich im Stromverbrauch für Beleuchtungszwecke eine Spitze am frühen Vormittag sowie am Abend. Kühl- und Gefriergeräte weisen hingegen in der Aggregation ein mehr oder weniger kon-stantes Verbrauchsprofil auf.

Abbildung 5-3: Normierte Profile für den Sektor Private Haushalte (Tagesprofile für die Übergangszeit)

Die hier ausgewiesenen Profile gelten für die Übergangszeit. Für die Winter- und Sommermonate ergeben sich teilweise unter-schiedliche Profile [Gawlik et al. 2014]. Dies ist bedingt durch an-dere Verläufe bei Tageslicht (Beleuchtung) und geringere durch-schnittliche Temperaturen (Raumwärme). Allerdings zeigen sich auch saisonale Abhängigkeiten in verhaltensbestimmten Anwen-dungsbereichen (z. B. höhere Abendspitze bei IKT im Winter). Ab-bildung 5-4 zeigt einen Vergleich von generierten synthetischen Verbrauchsprofilen für Winter- und Sommertage bzw. Wintertage für Beleuchtung und Raumwärme (konventionell mit Nachtspei-cher).

Abbildung 5-4: Normierte Profile für den Sektor Private Haushalte (Tagesprofile für Win-ter//Übergangszeit)

Verbrauchsprofile im GHD-Bereich sind vor allem durch Büro- und Geschäftsöffnungszeiten sowie saisonale Aspekte geprägt. Durch die hohen Anteile von Beleuchtung und IKT am Stromverbrauch im

0

Raumwärme (Winter) Raumwärme (Sommer)

0 0,5 1

0 4 8 12 16 20 24

Beleuchtung (Winter) Beleuchtung (Sommer)

vor allem von einer aktivitätsabhängigen Spitze (z. B. in Schulen, im Einzelhandel und im Bereich sonstiger betrieblicher Dienstleis-tungen) im Tagesverlauf und einer Grundlast in den Abend- und Nachtstunden gekennzeichnet ist (vgl. Abbildung 5-5). Bei hohen Anteilen von Beleuchtung und IKT am sektoralen Verbrauch und einer hohen Aktivitätsabhängigkeit dieser Anwendungen (z. B.

PCs in Bürogebäuden), ergibt sich eine ausgeprägte Tagesspitze.

Hohe Anteile an Prozesswärme- und Kälteerzeugungs-Anwendun-gen führen hingeKälteerzeugungs-Anwendun-gen dazu, dass das Tagesprofil durch einen ho-hen Grundlast-Anteil geprägt ist (z. B. Krankenhäuser). Einzelne Sektoren im GHD-Bereich (z. B. Gaststätten und Freizeiteinrich-tungen) weisen aufgrund deren spezifischer Aktivitätsprofile ein davon abweichendes Lastprofil auf.

Abbildung 5-5: Normierte Profile für den Sektor Private GHD (Tagesprofile für die Über-gangszeit)

Wie bereits angesprochen, ist die Informationsbasis im Industrie-Sektor deutlich lückenhafter und beruht vor allem auf groben allge-meinen Einschätzungen und einzelnen Fallbeispielen. Aufgrund der vorliegenden Informationen kann aber davon ausgegangen werden, dass Verbrauchsprofile in für den Industriesektor relevan-ten Anwendungen (vor allem mechanische Energie und Prozess-wärme) deutlich weniger volatile Profile aufweisen, als dies bei den Privaten Haushalten der Fall ist.

Insbesondere in der energieintensiven Industrie sind Anwendun-gen mit hohem Stromverbrauch durch eine in der Regel konstante, hohe Last geprägt. Dies ist zum Teil auf die Kapitalintensität dieser Prozesse und damit das Bestreben, hohe Volllaststunden zu errei-chen, zurückzuführen [Paulus et al. 2011]. Besonders ausgeprägt

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sind solche Profile in der Metallindustrie (Elektrolyse, Lichtbogen-prozess), in der Chemieindustrie (Elektrolyse), in der Papierindust-rie und in der Zement-Herstellung (mechanische Energie). Quer-schnittstechnologien (z. B. zur Kühlung) und sonstige Anwendun-gen (z. B. Beleuchtung und IKT in büroähnlichen Bereichen) wei-sen aufgrund des aktivitätsgetriebenen Einsatzes teilweise charak-teristische Wochenprofile auf [Gils 2014], deren Anteil am gesam-ten Stromverbrauch im Industrie-Sektor ist aber deutlich geringer.

Teilweise liegen im Industrie-Sektor auch Profile vor, die von einer wirtschaftlichen Optimierung bestimmt werden. Das zeigt sich bei-spielsweise in Off-Peak Spitzen für Prozesse bestimmter Industrie-sektoren [UIE 2008].

5.1.3 Vergleich von Stromverbrauchsprofilen mit

Im Dokument Grundsatzstudie Energieeffizienz (Seite 113-119)