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Geschichte | Geographie | Wirtschaft | Gesellschaft
Rahel Meyer, 2000 | Lenzburg, AG
Boya Zhang, 2000 | Lenzburg, AG
Im Rahmen der Energiestrategie 2050 wurde beschlossen, den Verbrauch fossiler Energieträger zu reduzieren und zunehmend auf eine dezentrale erneuerbare Energieproduktion zu setzen. In dieser Arbeit wurde anhand von zehn Modellen untersucht, welche Kombination von Technologien zur teilautonomen, erneuerbaren Energieversorgung eines Wohnquartiers eingesetzt werden sollte und welcher Anteil des Energieverbrauchs dadurch gedeckt werden kann. Dazu wurden die unterschiedlichen Möglichkeiten zur Produktion erneuerbarer Energien untersucht, verschieden kombiniert und anschliessend bezüglich Energiedeckungsgrad und Investitionskosten verglichen. Da sich herausstellte, dass der Stromverbrauch des Quartiers nur zu max. 79% gedeckt werden kann, wurde die Empfehlung abgegeben, das Energiemanko durch Produktion aus Gaskombikraftwerke abzudecken.
Fragestellung
Ziel der Arbeit war es, anhand verschiedener Modelle eine umsetzbare Lösung zur teilautonomen Deckung des Energiebedarfs des Aarauer Gönhardquartiers aufzuzeigen. Dadurch sollte die Frage beantwortet werden, welcher Anteil des Gesamtenergieverbrauchs des Quartiers autonom mit erneuerbaren Energien ökonomisch abdeckbar ist und welche Technologien dazu eingesetzt werden sollten. Zudem sollte untersucht werden, mittels welcher Technologie der restliche benötigte Strom gedeckt werden kann.
Methodik
Der Bedarf an elektrischer Energie basiert auf den gemessenen 1/4h Lastgangkurven des Quartiers. Die für die Untersuchungen relevanten Tages- und Monatsaggregate wurden mit Hilfe von MS-Excel gebildet. Zur Bestimmung des thermischen Energieverbrauchs wurde das Quartier bezüglich Einwohner- und Gebäudezahl, der Grösse der Häuser und deren Zustand analysiert. Die möglichen Stromproduktion von Photovoltaikanlagen (PV) im Quartier wurde durch eine Solarpotenzialanalyse und die Produktionsdaten einer 1 kWp-PV-Anlage erfasst. Sowohl die getroffenen Annahmen als auch die Ergebnisse wurden in Interviews mit Experten bezüglich Umsetzbarkeit verifiziert. Die Investitionsbereitschaft der Anwohner wurde über eine Umfrage ermittelt. Schliesslich wurden zehn Modelle erstellt, in welchen verschiedenen Technologien zur Gewinnung erneuerbarer Energie sinnvoll kombiniert wurden. Die Modelle wurden anschliessend bezüglich Kosten und Energiedeckungsgrad verglichen.
Ergebnisse
Aus unseren Modellen geht hervor, dass für die erneuerbare autonome Stromproduktion lediglich PV-Anlagen in Frage kommen. Die Modelle unterscheiden sich somit nur hinsichtlich ihrer Wärmegewinnung. Das beste Verhältnis zwischen tiefen Kosten und hohem Energiedeckungsgrad kann durch die Kombination von Fernwärme und Wärmepumpen (WP) erreicht werden. Dabei werden alle Häuser, welche sich nahe am bestehenden Fernwärmenetz befinden, mit Fernwärme versorgt. Bei den restlichen Gebäuden werden WP eingesetzt. Der Wärmebedarf kann damit vollständig gedeckt werden, der Strombedarf nur zu 38%. Durch den Einsatz von Fernwärme und Luft-Wasser-WP können 78% des Gesamtenergieverbrauchs gedeckt werden, mit Sole-Wasser-WP sind es 79%. Werden dabei mehrere Häuser an eine gemeinsame Sole-Wasser-WP angeschlossen, reduzieren sich die Kosten. Mit dem Einsatz von Batteriespeichern kann der Energiedeckungsgrad auf etwa 84% erhöht werden. Der restliche Strombedarf wird vorzugsweise mittels Gaskombikraftwerken gedeckt.
Diskussion
Das beste Verhältnis zwischen hohem Energiedeckungsgrad und tiefen Kosten ist mit einer Kombination von PV-Anlagen, Fernwärme und Sole-Wasser-WP, die in Hauszusammenschlüssen gemeinschaftlich genutzt werden, erreichbar. Da hierfür mit grob geschätzten Leitungskosten gerechnet wurde, ist die Kostenrechnung dieses Modells allerdings als relativ ungenau anzusehen. Sollten die Kosten wesentlich höher ausfallen als berechnet, so sollte anstelle von Sole-Wasser-WP-Zusammenschlüssen auf Luft-Wasser-WP gesetzt werden. Durch Batteriespeicher kann der Stromdeckungsgrad erhöht werden. Die Kosten hierfür übersteigen allerdings die Investitionsbereitschaft der Anwohner des Quartiers.
Schlussfolgerungen
Aus den Resultaten der Arbeit lässt sich schliessen, dass durch den kombinierten Einsatz von PV-Anlagen, Fernwärme und die gemeinschaftliche Nutzung von Sole-Wasser-WP ein autonomer Energiedeckungsgrad von 79% (über das ganze Jahr) erreicht werden kann. Der Energiedeckungsgrad könnte durch Batteriespeicher zwar auf 84% angehoben werden, allerdings wäre dies aktuell mit hohen Kosten verbunden, die mit der Investitionsbereitschaft der Anwohner nicht vereinbar sind. Dies könnte sich in Zukunft durch eine Erhöhung des Strompreises ab dem Netz oder eine Senkung der Kosten für Batteriespeicher ändern.
Würdigung durch den Experten
Prof. Michael Höckel
Die beiden Maturandinnen haben die komplexe Thematik der Umsetzung der Energiewende auf ein abgegrenztes Quartier im schweizerischen Mittelland angewendet. Der zukünftige Energiebedarf dieser Region wurde auf Basis von gemessenen Lastgängen hochgerechnet und mittels einer Tabellenkalkulation sinnvoll aggregiert. Die Möglichkeiten der Bedarfsdeckung wurden umfassend beschrieben und die relevanten wirtschaftlichen Grunddaten über eine Literaturstudie erarbeitet. Zum Abschluss wurden verschiedene Bedarfsdeckungsmodelle erarbeitet und energiewirtschaftlich bewertet.
Prädikat:
sehr gut
Alte Kantonsschule Aarau
Lehrer: Michael Haueter