Berücksichtigung von energiewirtschaftlichen Entwicklungen in der Ökobilanzierung durch eine stündliche Auflösung der Emissions- und Primärenergiefaktoren

Veröffentlichung in der BWK, Ausgabe 3-2015

Durch die Zunahme volatiler Energieträger an der Stromerzeugung steigt die zeitliche Variabilität des Erzeugungssystems, wodurch eine höhere zeitliche Auflösung der Emissionen und des Primärenergiebedarfs erstrebenswert wird. Durch stündlich berechnete Emissions- und  Primärenergiefaktoren ist es möglich, den Fußabdruck zeitabhängiger Verbraucher (zum Beispiel Elektrofahrzeuge, industrielle Prozesse) genauer zu bestimmen.

Im Rahmen aktueller Projekte wird die Umweltwirkung von elektrischen Antrieben sowie der Lastverschiebung untersucht. Für die Ökobilanz von Elektrofahrzeugen beziehungsweise der Flexibilisierung stromintensiver Prozesse ist der zeitabhängige Strombezug eine entscheidende Einflussgröße. Die Zusammensetzung der Stromerzeugung ist jedoch aufgrund tages- und jahrzeitlicher Schwankungen ständigen Änderungen unterworfen (siehe Abbildung 1).

Abb 1 Erzeugungsverteilung 480Abbildung 1:  Anteil der Stromerzeugung nach Kraftwerkstyp am Beispiel der ersten Januar- und Juniwoche des Jahres 2013 (eigene Darstellung basierend auf Marktdaten der EEX /EEX-01 14/ und BMWi-Energiedaten /BMWI-07 14/)

Ein erhöhter Anteil der volatilen erneuerbaren Energien hat dieses Verhalten in den letzten Jahren zusätzlich verstärkt. Der Zeitpunkt des Strombezugs ist daher nicht nur für die Stabilisierung eines zunehmend erneuerbaren Energiesystems, sondern auch für die Ökobilanz von neuen Stromverbrauchern und Lastflexibilisierungsoptionen entscheidend.

Werden in einer Ökobilanz über das Jahr gemittelte Emissions- und Primärenergiefaktoren verwendet, findet die zusehends an Bedeutung gewinnende zeitliche Dimension des Strombezugs keine Berücksichtigung. Es werden daher stündliche Emissions- und Primärenergiefaktoren, wie beispielhaft in Abbildung 2 und Abbildung 3 dargestellt, eingeführt.

In Abbildung 2 ist deutlich der starke Einfluss der konventionellen Erzeugung auf die Emissionsfaktoren zu erkennen. Bei einem hohen Anteil Erneuerbarer Energien in der Erzeugung fallen die Emissionen dementsprechend stark ab. Zudem sind die Emissionen in der Winterwoche niedriger als in der Sommerwoche. Dies ist auf eine höhere und gleichmäßigere Windeinspeisung (sehr niedriger spezifischer Emissionswert) zurückzuführen. In der Sommerwoche hingegen kann aufgrund von Einspeisespitzen der Photovoltaik jeweils zur Mittagszeit eine Reduktion des Emissionsfaktors beobachtet werden.

Abb-2 EmissionsfaktorenAbbildung 2:  Stündlich gemittelte Emissionsfaktoren am Beispiel der Januar- und Juniwoche des Jahres 2013 (eigene Darstellung basierend auf dem Erzeugungsanteil und spezifischen Emissionsfaktoren aus der ecoinvent-Datenbank /ECOINV-01 14/)

Für den Primärenergiebedarf (Abbildung 3) ergibt sich im Vergleich zu den Emissionen eine Glättung der stündlichen Faktoren, da der Unterschied zwischen erneuerbaren und konventionellen Primärenergiefaktoren nicht so ausgeprägt ist wie für die Emissionsfaktoren. Dadurch ist der Anteil der Erneuerbaren am Gesamtprimärenergiefaktor größer als am Gesamtemissionsfaktor. Dennoch ist weiterhin zu beobachten, dass in Zeiten eines hohen Anteils Erneuerbarer Energien der Primärenergiefaktor zum Teil deutlich absinkt.

Abb-3 PrimaerenergiefaktorenAbbildung 3:  Stündlich gemittelte Primärenergiefaktoren am Beispiel der Januar- und Juniwoche des Jahres 2013 (eigene Darstellung basierend auf dem Erzeugungsanteil und spezifischen Primärenergiefaktoren aus der ecoinvent-Datenbank /ECOINV-01 14/)

Die Erhöhung oder Verschiebung der Gesamtlast durch einen neuen oder flexibilisierten Verbraucher bedingt einen veränderten Kraftwerkseinsatz. Ein genauerer Ansatz, um die Emissionserhöhung oder -minderung zu bestimmen, ist daher die Berechnung der tatsächlich durch den neuen Verbraucherlastgang entstandenen oder vermiedenen Emissionen. Die Berechnung erfolgt über die Differenz der Gesamtemissionen der in jeder Stunde eingesetzten Kraftwerke vor und nach Erhöhung oder Verschiebung der Last.

Um aktuelle energiewirtschaftliche Entwicklungen, wie zum Beispiel die steigende volatile Erzeugung aus Erneuerbaren Energien oder die zunehmende Bedeutung der Verbrauchsflexibilisierung, in der Ökobilanzierung zu berücksichtigen, ist eine höhere zeitliche Auflösung der Emissions- und Primärenergiefaktoren sehr hilfreich. Neue Verbraucher und Optionen der Lastverschiebung können und sollten hinsichtlich des Zeitpunkts des Strombezugs sowie der Auswirkung auf den Kraftwerkseinsatz untersucht werden, um ihre Umweltwirkung und ihren Beitrag zur Systemstabilität zu bestimmen.

Quellen:

/EEX-01 14/
 
Marktdaten verschiedener Jahre in: http://www.transparency.eex.com/de/ (abgerufen am 10.07.2014). Leipzig: European Energy Exchange AG (EEX), 2014
/BMWI-07 14/
 
Energiedaten: Gesamtausgabe. Berlin: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2014
/ECOINV-01 14/ 
 
The ecoinvent database, Version 3.0 in: http://www.ecoinvent.org/. Zürich: Swiss Centre for Life Cycle Inventories, 2014
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