Monitoring von Energiesystemen

Zusammenfassung

Überblick

Lange war das Monitoring von Energiesystemen eher der Wissenschaft vorbehalten. Im Zuge der Transformation der Energiewirtschaft in eine nachhaltige Energiewirtschaft kommt jedoch der Beobachtungs- und Bewertungsfunktion des Anlagenmonitorings eine entscheidende Rolle zu. Gerade in Systemen mit Nutzung regenerativer Energiequellen kommt es darauf an, für eine optimale Funktion dieser Anlagen im alltäglichen Betrieb zu sorgen. Nur dadurch kann deren Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit letztlich nachgewiesen werden. Selbstverständlich ist es nicht nur in nachhaltigen Systemen von zentraler Bedeutung die Energieflüsse von der Bereitstellung über die Verteilung bis zur Nutzung im Einzelnen zu kennen und zu bewerten. Der folgende Beitrag zeigt die Dimensionen des Monitoring von Energiesystemen auf und gibt Empfehlungen zum Handeln.

Gesetze, Vorschriften und Rechtsprechung

Grundlegende Normen sind:

• DIN EN ISO 50001, Ausgabe 2018-11 "Energiemanagementsysteme – Anforderungen mit Anleitung zur Anwendung". Generelles Ziel dieser Norm ist es, Organisationen beim Aufbau von Systemen und Prozessen zur Verbesserung ihrer Energieeffizienz zu unterstützen.
• ISO 14001, 2015 überarbeitet, "Umweltmanagementsystem-Richtlinien für die Einbeziehung der Neugestaltung von Produkten und Komponenten zur Verbesserung des Materialumlaufs". Legt Anforderungen an ein Umweltmanagementsystem fest.
• DIN V 18599-1, Ausgabe 2016-17 (11 Teile) "Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung – Teil 1: Allgemeine Bilanzierungsverfahren, Begriffe, Zonierung und Bewertung der Energieträger"
• VDI 2169, Ausgabe 2012 "Funktionskontrolle und Ertragsbewertung bei solarthermischen Anlagen". Richtlinie zeigt die Möglichkeiten der Funktionsbewertung von Solarthermischen Anlagen auf.
• VDI 6002 Blatt 1 2014-03 "Solare Trinkwassererwärmung – Allgemeine Grundlagen, Systemtechnik und Anwendung im Wohnungsbau"
• VDI 6002 Blatt 2 2013-03 "Solare Trinkwassererwärmung – Anwendungen in Studentenwohnheimen, Seniorenheimen, Krankenhäusern, Hallenbädern und auf Campingplätzen"

1 Monitoring als Systembeobachtungsfunktion für Energiesysteme

1.1 Energiesysteme und Energieumwandlungsprozesse

In der Energiewirtschaft wird heute eine Vielzahl von Energieumwandlungssystemen eingesetzt. Dabei unterscheidet man zwischen:

• Energiebereitstellung: Stromerzeugung in Kraftwerken, Wärmeerzeugung in Heizwerken, Öl- und Gasversorgung.
• Energiespeicherung: Pumpspeicher in Form von Stauseen und Kavernen, chemische Speicher wie Wasserstoff oder Methan, Öl- und Gasspeicher, Batteriespeicher.
• Energieverteilung: Stromnetz, Gasnetz, Fernwärmenetze, Nahwärmenetze, Kältenetze, Druckluftverteilungen.
• Energienutzung bzw. Energieübergabe: Heiznetz eines Gebäudes, Klimaanlage, elektrische Verbraucher in Industrie, Gewerbe und Privathaushalten, Fahrzeugmotoren.

Wichtig

Energiewirtschaftliche Einteilung der Energieprozesse

• Energiebereitstellung
• Energiespeicherung
• Energieverteilung
• Energienutzung bzw. Energieübergabe

In den Energiesystemen findet ständig eine Umwandlung der Energie in unterschiedlichste Energieformen statt:

• Ausgangsprodukt: Primärenergie – Rohform von Energie, wie Erdöl, Erdgas oder Kohle, aber auch Windenergie, solare Einstrahlung, Biomasse.
• Zwischenprodukt: Sekundärenergie. Sie ist oft leitungsgebunden und handelbar. Dazu zählen elektrischer Strom, Heizöl, Benzin und Diesel, Erd- und Biogas, Heizwasser der Fernwärme, Holzpellets.
• Endenergie steht dem Nutzer als Energie für Bedarfe, wie Gebäudeheizung, Beleuchtung, Warmwasserbereitung, Antrieb von Maschinen, zur Verfügung.
• Nutzenergie liegt schließlich nach Umwandlung der Endenergie in die elementaren Energie-Nutzformen, wie Kraft, Arbeit, Wärme und Licht, vor.

Energie kann nach den Gesetzen der Thermodynamik nicht verbraucht oder hergestellt, also produziert werden. Sie ist quasi ein Potenzial, das der Materie innewohnt. Dieses Potenzial wandelt sich ständig in andere Formen um. Der Ursprung des Wortes Energie lässt sich auf das griechische Wort enegeia zurückführen, was nichts anderes bedeutet als das Umwandelbare. Der griechische Philosoph Aristoteles kreierte einst das Wort energeia, um Veränderungen und Entwicklungen begrifflich zu klären. Mit energeia bezeichnete er die Tätigkeit, welche die Veränderung herbeiführt und sichtbar macht. Wenn im Folgenden dennoch von Energieverbrauch die Rede ist, so ist das umgangssprachlich gemeint, so wie der Begriff in den allgemeinen Veröffentlichungen und Statistiken verwendet wird. Der informierte Leser wird jedoch immer die Thermodynamik im Kopf behalten und anstelle von Energieverbrauch eher den Begriff Energienutzung und anstelle von Energieproduktion die Energiebereitstellung sehen.

Wichtig

Kategorien der Energie bei der Umwandlung vom Rohstoff Energie in Nutzenergie

• Primärenergie: Energierohform
• Sekundärenergie: Leitungsgebundene, handelbare Energie
• Endenergie: Vom Nutzer eingesetzte Energie
• Nutzenergie: Elementare Nutzform der Energie

Bei diesen Energieumwandlungsvorgängen entstehen Verlus...