Integrierte Bewertung interdependenter Energieeffizienzmaßnahmen : eine modellgestützte Analyse am Beispiel von Querschnittstechnologien

Abstract

Die Energieeffizienz ist eine der Säulen der deutschen Energiewende. Ein Problem ist, dass die in Studien als wirtschaftlich identifizierten Energieeffizienzpotenziale nicht in Gänze realisiert werden. Als Grund werden u. a. fehlerhafte Potenzialanalysen infolge der unzureichenden Berücksichtigung von Wechselwirkungen zwischen Energieeffizienzmaßnahmen diskutiert. Daher wird in dieser Arbeit die Rolle von Wechselwirkungen zwischen Energieeffizienzmaßnahmen bei der Bewertung von Energieeffizienzpotenzialen im industriellen Kontext analysiert. Im ersten Teil dieser Arbeit werden einleitend bestehende Limitierungen bei der Bewertung von Wechselwirkungen zwischen Energieeffizienzmaßnahmen diskutiert. Darauf aufbauend wird ein Verfahren zur adäquaten Bewertung interdependenter Energieeffizienzmaßnahmen entwickelt (i. F. integrierte Bewertung). Dieses wird als Bottom-up-Energienachfragemodell mit modular-hierarchischer Struktur und nicht linearer Programmierung am Beispiel von Querschnittstechnologien in MATLAB umgesetzt. Die integrierte Bewertung kombiniert die endogene Berechnung des Endenergieeinsparpotenzials mit einem heuristischen Optimierungsansatz. Ferner ermöglicht das Energienachfragemodell die Berücksichtigung der heterogenen Ausprägung des Anlagenbestands, der unterschiedlichen Lastzustände einzelner Verbraucher sowie der Wechselwirkungen zwischen Technologien und Energieeffizienzmaßnahmen. Die Eignung bestehender Methoden sowie der integrierten Bewertung wird mittels vergleichender Analyse von je 720 Variantenrechnungen am Beispiel von Querschnittstechnologien bewertet. Durch die quantitativen Ergebnisse wird evident, dass eine Vernachlässigung von Wechselwirkungen zwischen Energieeffizienzmaßnahmen zu signifikanten Fehleinschätzungen bei der Potenzialanalyse führt. Dahingegen liefern bestehende Approximationsalgorithmen auf aggregierter Ebene plausible Ergebnisse, während Aussagen zu individuellen Energieeffizienzmaßnahmen kritisch zu hinterfragen sind. Die integrierte Bewertung ermöglicht sowohl auf aggregierter Ebene als auch zu einzelnen Energieeffizienzmaßnahmen plausible Aussagen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird das entwickelte Energienachfragemodell im Rahmen einer Potenzialanalyse für Querschnittstechnologien am Beispiel der kunststoffverarbeitenden Industrie in Deutschland angewandt. Für die betrachteten Querschnittstechnologien wird ein durch eine gesteigerte Energieeffizienz induziertes wirtschaftliches Endenergieeinsparpotenzial von 1.384 GWh bzw. 0,17 kWh/kg bezogen auf die Güterproduktion identifiziert. Dabei weist u. a. die Optimierung der Kälteversorgung signifikante wirtschaftliche Endenergieeinsparpotenziale auf. Im Rahmen der Potenzialanalyse konnte speziell die freie Kühlung als ‚noregret-Maßnahme‘ identifiziert werden. Im Hinblick auf die formulierte Zielsetzung dieser Arbeit wird vor allem der Einfluss von Wechselwirkungen zwischen Energieeffizienzmaßnahmen analysiert. Durch die Vernachlässigung dieser Wechselwirkungen wird das wirtschaftliche Endenergieeinsparpotenzial um ein Drittel überschätzt.