Ein Systemansatz für die Endenergienutzung

15. April 2022 von Bruno De Wachter
Ein Systemansatz für die Endenergienutzung

Die Optimierung der Energienutzung in Gebäuden und in der Industrie erfordert einen Systemansatz, um das volle Potenzial auszuschöpfen. Diese Idee setzt sich durch, wie der Vorschlag des ITRE-Ausschusses des Europäischen Parlaments zeigt, eine Definition von "Systemeffizienz" in die Energieeffizienzrichtlinie aufzunehmen.

Eine klare und eindeutige Definition von Systemeffizienz ist ein wichtiger erster Schritt, aber kann eine Optimierung auf Systemebene tatsächlich in die Praxis umgesetzt werden? Die Kartierung der Energieflüsse ist ein erster Schritt zur Optimierung von Funktionsbereichen wie Beleuchtung oder Druckluft.

In den letzten Jahren sind einfach zu installierende Plug-and-Play-Energieüberwachungssysteme auf den Markt gekommen, aber die Nutzung des Energieflusses durch eine Überwachungskampagne wurde außerhalb großer Industrieanlagen kaum durchgeführt.


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Die Optimierung der Energienutzung in Gebäuden und in der Industrie erfordert einen Systemansatz, um das volle Potenzial auszuschöpfen. Dieser Gedanke setzt sich durch, wie der Vorschlag des ITRE-Ausschusses des Europäischen Parlaments zeigt, eine Definition von "Systemeffizienz" in die Energieeffizienzrichtlinie aufzunehmen. Die ursprünglich vorgeschlagene Definition ist ein guter Ausgangspunkt für Überlegungen zu diesem Thema.

 

Das Konzept eines systemischen Ansatzes für die Energieeffizienz ist nicht neu, wurde aber bis vor kurzem von den EU-Regulierungsbehörden weitgehend vernachlässigt, wahrscheinlich, weil es verschiedene regulatorische Komplexitäten mit sich bringt. Eine Schwierigkeit besteht darin, eine klare und eindeutige Definition dafür zu formulieren, was ein solcher Ansatz eigentlich bedeutet. In seinem Berichtsentwurf zur EED-Neufassung definiert der ITRE-Ausschuss des Europäischen Parlaments "Systemeffizienz" als die Auswahl energieeffizienter Lösungen, wenn diese auch einen kosteneffizienten Dekarbonisierungspfad, zusätzliche Flexibilität und die effiziente Nutzung von Ressourcen ermöglichen[1].

Diese Definition erkennt zu Recht an, dass es mehrere politische Ziele gibt, die zu Interessenkonflikten führen können, beispielsweise zwischen Energieeffizienz und Ressourceneffizienz. Um sicherzustellen, dass ein ideales Gleichgewicht zwischen diesen verschiedenen Zielen angestrebt wird, muss die Optimierung gleichzeitig für alle diese Ziele und auf der Ebene des gesamten energiebetriebenen Systems erfolgen.

 

Die Effizienz von Funktionseinheiten

Die Verwendung des Wortes "Lösung" deutet darauf hin, dass nicht die Geräte selbst das Ziel der Energieeffizienzmaßnahmen sein sollten, sondern die Erbringung bestimmter Dienstleistungen, wie Heizung und Kühlung, Beleuchtung oder industrielle Bewegung, um nur einige zu nennen. Es wäre präziser, sie als funktionale Einheiten zu definieren, die dann alle Komponenten auf der Verbrauchsseite der Stromzähler umfassen, die für die Bereitstellung einer bestimmten Dienstleistung oder Funktion erforderlich sind. Eine solche Definition schließt ausdrücklich auch die Stromkreise und Rohrleitungsnetze ein, die sich zwischen dem Stromzähler und dem Endenergieverbrauch befinden und die sonst Gefahr laufen, durch die Maschen der Regulierung zu fallen.

Insbesondere Stromkabel bergen ein verstecktes Energiesparpotenzial. Der wirtschaftlichste Kabelquerschnitt ist oft mehr als doppelt so groß wie das vorgeschriebene Minimum. Die Dimensionierung von Kabeln ist mit einem produktorientierten Ansatz wie Ecodesign schwer zu regeln, da der optimale Kabelquerschnitt von der Belastung abhängt. Energetisch gesehen ist der Stromkreis inhärent ein Teil der Anlage, die er versorgt. Daher sollte die Optimierung auf der Ebene des Funktionssystems erfolgen, sei es eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, ein Wärmepumpensystem oder eine PV-Dachanlage. Vor allem in Nichtwohngebäuden ist das Energieeinsparpotenzial einer wirtschaftlichen Kabeldimensionierung beträchtlich.

Wenn eine Optimierung auf der Ebene der funktionalen Einheiten angestrebt wird, ist die Art und Weise, wie die energieverbrauchenden Komponenten kombiniert, gesteuert und betrieben werden, ein wesentlicher Bestandteil der Gleichung. Ein großer Vorteil eines solchen Ansatzes besteht darin, dass er die Über- oder Unterdimensionierung von Geräten bekämpft, die eine häufige Ursache für Energieverluste ist und nicht unter die Ökodesign-Verordnung für Geräte fällt. Die Optimierung auf der Ebene der Funktionseinheiten wird auch Möglichkeiten zur Rückgewinnung von Wärmeverlusten aufzeigen, zum Beispiel durch Vorwärmung des einströmenden Wassers. Und sie wird sicherstellen, dass die Automatisierung und Steuerung auf der Grundlage der besonderen Betriebsbedingungen jedes einzelnen Standorts optimiert werden.

 

Abbildung 1 - Die Reduzierung der Energieintensität, die allein durch regelmäßige Energieaudits erreicht wird, verglichen mit der Reduzierung, die durch die Einbettung dieser Audits in ein Energiemanagementsystem erreicht wird (Anton Barckhausen, Juliane Becker, Peter Malodobry, Nathanael Harfst, Ulrich Nissen, Energiemanagementsystem in der Praxis, Umwelt Bundesambt, 2019).

 

Die Bewertung der Energie- und Kosteneffizienz einer Funktionseinheit muss unabhängig vom eingesetzten Energieträger bzw. der eingesetzten Technologie erfolgen, wobei der Primärenergieeinsatz als technologieneutrales Kriterium herangezogen wird. Auf diese Weise wird der potenzielle Gewinn durch den Wechsel zu einer anderen Technologie oder Energiequelle berücksichtigt.

Eine weitere Frage, die sich aus der ITRE-Definition ergibt, ist die genaue Bedeutung des Begriffs "kosteneffizient". Es wäre zu begrüßen, wenn klargestellt würde, dass es sich um die Lebenszykluskosteneffizienz der untersuchten Maßnahmen handelt. Obwohl die Gesamtbetriebskosten (TCO) und die Lebenszykluskostenrechnung (LCC) gängige Entscheidungshilfen sind, werden sie noch lange nicht systematisch eingesetzt. Einfache Amortisationszeiten (PBT) sind ein weiter verbreitetes Kriterium für Investitionen, haben aber den Nachteil, dass sie jegliche wirtschaftlichen Einsparungen nach der vollständigen Amortisation der Investition außer Acht lassen. Regulatorische Anreize könnten dazu beitragen, die Praxis auf TCO und LCC umzustellen.

 

Von der Messung zur Entscheidungsfindung

Eine klare und eindeutige Definition der Systemeffizienz ist ein wichtiger erster Schritt, aber kann eine Optimierung auf Systemebene tatsächlich in die Praxis umgesetzt werden? Eine Herausforderung des Systemansatzes ist der Einblick, den er in die Energieflüsse einer Organisation erfordert.

 

Abbildung 2 - Die Abbildung der Energieflüsse ist ein erster Schritt zur Optimierung von Funktionsbereichen wie Beleuchtung oder Druckluft (Autor: Jinho Jung, lizenziert unter Creative Commons CC BY-NC-SA 2.0).

 

In der Vergangenheit wurde die Erfassung der Energieflüsse durch eine Überwachungskampagne kaum außerhalb großer Industrieanlagen durchgeführt, aber in den letzten Jahren sind einfach zu installierende Plug-and-Play-Energieüberwachungssysteme auf den Markt gekommen, die die Datenerfassung und -aggregation auch für kleine Organisationen zugänglich machen. Staatliche Anreize, die die Installation solcher Systeme fördern, könnten ein wichtiger Hebel für einen Systemansatz zur Energieeffizienz und Dekarbonisierung sein.

Sobald die Mess- und Überwachungsergebnisse einfließen, wird die Notwendigkeit, sie zu verarbeiten, natürlich zu einer Art Energiemanagement führen. Die Strukturierung und Formalisierung dieses Managements ist der nächste wichtige Schritt, der erforderlich ist, um die Kluft zwischen Produkten und Systemen zu überbrücken und die Aufspaltung zwischen Anschaffungskosten und Betriebskosten zu überwinden. Formalisiertes Energiemanagement wird in der Großindustrie zunehmend durch das ISO 50001-Format übernommen, ist aber in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) praktisch nicht vorhanden. Eine auf KMU zugeschnittene Norm für "Energiemanagement lite", idealerweise in Verbindung mit regulatorischen Anreizen, wäre ein willkommener Anreiz.

 

Eine umfassende Definition

Angesichts der technologischen Entwicklungen, die das Energiemonitoring einem breiteren Publikum zugänglich machen, ist es an der Zeit, den Systemansatz in die Energieeffizienzrichtlinie aufzunehmen. Unter Berücksichtigung aller oben formulierten Argumente könnte die folgende Definition präziser sein: "Systemeffizienz" bedeutet die Effizienz einer funktionalen Einheit, einschließlich aller ihrer Komponenten, die sich auf der Verbrauchsseite von Verbrauchszählern befinden, einschließlich der Art und Weise, wie diese Komponenten kombiniert und betrieben werden, bewertet über den gesamten Lebenszyklus des Systems und unabhängig von der Energiequelle oder Technologie, was einen kosteneffizienten Dekarbonisierungspfad, zusätzliche Flexibilität und die effiziente Nutzung von Energie und Ressourcen ermöglicht.

 

Eine ausführlichere Diskussion findet sich im Whitepaper 'Ein Systemansatz für die Endenergienutzung'.

 

 

[1] EP ITRE Entwurf eines Berichts über die Energieeffizienzrichtlinie (22/02/2022) (2021/0203(COD)). Link: PR_COD_1recastingam (europa.eu)