Möglichkeiten zur realistischen Bewertung zukünftiger Energieversorgungskonzepte auf Gebäudeebene

Die Energiewende hat in den letzten Jahren zu einer deutlichen Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung geführt. Einen essenziellen Beitrag zum Klimaschutz soll der Ausbau volatil einspeisender Windkraft- und Photovoltaikanlagen leisten, die im Vergleich zur konventionellen Stromerzeugung geringere spezifische Treibhausgasemissionen über den Lebenszyklus aufweisen. Im Kontext der ökologischen Bewertung zeigt sich die stetige Verbesserung des Strom-Mix in einer Anpassung der CO2- bzw. Treibhausgasfaktoren für den Energieträger Strom. Die Bewertung innovativer und elektrifizierter Energieversorgungskonzepte kann jedoch mit statischen Emissionsfaktoren und auf Basis des Jahresendenergiebedarfs nicht zielführend vorgenommen werden. Deshalb wird eine Methodik vorgestellt, welche die CO2- und Treibhausgasemissionen des deutschen Strom-Mix dynamisch in 15-minütiger zeitlicher Auflösung für das Jahr 2017 abbildet. Hierfür werden frei verfügbare Stromerzeugungszeitreihen aufbereitet, der nationalen Strombilanz gegenübergestellt und in zeitvariable Emissionsfaktoren überführt. Ein Anwendungsbeispiel demonstriert, dass der über eine Jahresbilanz ermittelte CO2-Ausstoß eines Gebäudes deutlich von den tatsächlichen Emissionen abweicht, die sich mithilfe zeitlich hoch aufgelöster CO2-Faktoren ergeben. Dadurch zeigt sich im konkreten Fall eine Reduktion der Emissionen der Heizwärmeversorgung von etwa 12 Prozent.

Dynamic CO2 emission factors for the German electricity mix.
In recent years, the German Energiewende has led to a significant increase in the renewable energy share of the electricity generation. While being characterized by lower specific CO2 and greenhouse gas emissions over the life cycle in comparison to conventional power generation, the expansion of electricity production from wind and solar energy makes a vital contribution to climate protection. In the context of emission balances, adjustments of the specific emission factors continue to account for the ongoing improvement of the electricity mix. However, an expedient evaluation of innovative and electrified energy supply concepts is virtually impossible using static emission factors based on the annual energy demand. Therefore, this paper describes a methodology to calculate CO2 and greenhouse gas emissions for the German electricity mix 2017 dynamically with a temporal resolution of 15 minutes. For this purpose, open source time series for the electricity production are processed, adjusted to national energy balances and transformed into time-variable emission factors. A case study demonstrates that CO2 emissions of a building determined on an annual basis differ significantly from those calculated using dynamic CO2 factors. The adaption of these factors to the specific case reveals a potential for emission reductions of a building's heat supply around 12 %.