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Institut
Die stärkere Nutzung erneuerbarer Energien ist ein erklärtes Ziel der Bundesregierung. Die Photovoltaik, das heißt die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie, ist hierbei eine Möglichkeit. Um die photovoltaische Engergieversorgung verschiedener Elemente der Straßenausstattung zu erproben, wurde das Demonstrationsvorhaben "Einsatz der Photovoltaik im bundeseigenen Bereich" nach einer gemeinsamen Initiative des Bundeskanzleramtes und des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie gestartet. Die Bundesanstalt für Straßenwesen übernahm bei diesem Projekt die wissenschaftlich-technische Betreuung der Anwendungen im Bereich der Straßenausstattung. Im Rahmen des Demonstrationsvorhabens wurden insgesamt 28 Photovoltaik-Inselsysteme für acht verschiedene Anwendungen errichtet. Die Auswahl der Anwendungen erfolgte unter Berücksichtigung der Ziele des Demonstrationsvorhabens, der Multiplikationswirkung, der Öffentlichkeitswirksamkeit und dem Know-how-Transfer. Um die Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik-Anwendungen nachzuweisen, wurde der Betrieb von 15 Photovoltaik-Inselsystemen messtechnisch dokumentiert. Der vorliegende Bericht beinhaltet die Beschreibung der verschiedenen Anwendungen, den Aufbau der Photovoltaik-Inselsysteme und deren Funktion. Anhand der Messergebnisse wurden die Betriebscharakteristiken der nach unterschiedlichen Voraussetzungen ausgelegten Photovoltaik-Inselsysteme (Betriebszeitraum, Autonomiezeit, zu deckender Energiebedarf etc.) analysiert. Die bei einigen Systemen auftretenden Betriebsstörungen wurden untersucht und deren Ursachen ermittelt. Auch die Kostenermittlung für die Demonstrationsanlagen und ein Vergleich mit den Kosten anderer Photovoltaik-Anwendungen oder Versorgungsalternativen ist Teil des Berichtes. Aufgrund der Ergebnisse wurden Ansätze zur Verbesserung der Effizienz und der Wirtschaftlichkeit von photovoltaischer Energieversorgung beschrieben. Dabei flossen sowohl Aspekte der technologischen Entwicklung als auch notwendige begleitende Maßnahmen, die einen weitergehenden Einsatz der Photovoltaik begünstigen könnten, in die Erörterung ein.
Tempered road system
(2014)
The road performance is strongly influenced by climatic conditions. Winter conditions have massive impact on traffic security but also pavement lifetime decreases as an effect of temperature variation during wintertime and summertime. Heating and cooling of a pavement is a possibility to work against these impacts. To discuss the boundary conditions for an efficient construction and operation of a tempered road system a feasibility study has been made. The study shows the feasibility and identifies thermal energy buffering as a main challenge. When thinking of a fully regenerative operation of a large tempered road system (e.g. 20.000 m-²) the storage volume has to be too large for an economic and structurally engineered satisfactory solution. However, the location dependent usage of natural geothermal storage possibilities and as well smart alignment and construction promises a feasibility realization.
Die temperierte Straße
(2013)
Eine temperierte Straße? Bei genauerer Betrachtung weist die Vision einer temperierten Fahrbahnoberfläche überzeugende Vorteile auf und ist technisch bereits heute umsetzbar, wie eine Reihe von Projekten weltweit belegt. Im Rahmen der vorgestellten Machbarkeitsstudie wurden die Möglichkeiten und Grenzen einer Fahrbahntemperierung untersucht. Unter Berücksichtigung unterschiedlicher Asphalt- und Speicherkonzepte sowie der in Deutschland vorherrschenden geologischen und klimatischen Randbedingungen erfolgte eine Auswertung der Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit eines energetischen Gesamtsystems aus Fahrbahn, Speicher und Gebäude. Die Studie stellt die Rahmenbedingungen für eine Realisierung einer solchen Anlage dar. In vorangegangenen Forschungsvorhaben wurde deutlich, dass sich mit einer Fahrbahnheizung, abgesehen vom volkswirtschaftlichen Nutzen, aus der gesteigerten Verkehrssicherheit nur ein geringer betriebswirtschaftlicher Nutzen aus eingesparten Winterdiensteinsätzen erzielen lässt. Im nächsten Schritt wurde daher der Nutzen einer Kühlung der Fahrbahndecke im Sommer, die sich insbesondere bei Asphaltdeckschichten als vorteilhaft erweist, in die Betrachtung einbezogen. Bei den zugehörigen thermodynamischen Simulationen zeigte sich ein erheblicher Energieüberschuss in der Jahresbilanz. Daher war es nur folgerichtig, für diese Energie mögliche Abnehmer zu suchen. Im Gegensatz zu den erst im Verlauf des Nutzungszeitraums entstehenden Einsparungen aus der Kühlung der Fahrbahnoberfläche können aus einem solchen Verkauf erneuerbarer Energie ganz konkret und kurzfristig Einnahmen generiert werden. Es zeigt sich, dass mit der ganzjährigen Klimatisierung angrenzender Gebäude zwar Einnahmen erzielt werden können, die Wirtschaftlichkeit aber durch die Kosten für die Speicherung bestimmt wird. Letztlich scheint die Umsetzung einer solchen Anlage immer dann wirtschaftlich darstellbar, wenn die geologischen, klimatischen und topografischen Rahmenbedingungen eine effiziente Speicherung der Energie zulassen.
Die Straßenbeleuchtung hat die Aufgabe, die Sicherheit für den Fahrzeug- und Personenverkehr in den Dunkelstunden zu gewährleisten, Kriminalität zu verhindern und gestalterische Aspekte bei städtischen Räumen mit repräsentativen touristischen oder Freizeitaufgaben zu berücksichtigen. Der Anteil der Energie, der in Deutschland für die Straßenbeleuchtung aufgewendet wird, beträgt nur 0,1 Prozent der Endenergie beziehungsweise 0,7 Prozent der Elektroenergie oder 6,2 Prozent der für Beleuchtungszwecke benötigten Energie. Auf jeden Bürger entfallen knapp 20 DM Straßenbeleuchtungskosten im Jahr, davon sind circa 7 DM reine Stromkosten. Die statistisch gesicherte Unfallreduzierung durch Installation oder Verbesserung einer Beleuchtungsanlage beträgt je nach Straßenart und Unfallbeteiligung 34 bis 57 Prozent. Eine gute Straßenbeleuchtung kann die Kriminalitätsrate in Anlieger- und Wohngebieten um bis zu 50 Prozent senken. Die Installation einer Beleuchtungsanlge hat einen volkswirtschaftlichen Nutzen, wenn der DTV auf Außerortsstraßen 5.000-13.000 Fahrzeuge und auf Autobahnen 25.000-50.000 Fahrzeuge überschreitet. Das Energie- und Kostensparpotential ist bei der Straßenbeleuchtung als gering anzusehen. Andererseits werden Einsparmöglichkeiten ohne Erhöhung des Unfallrisikos noch nicht voll ausgenutzt. Auch die Einführung der Euronorm zur Straßenbeleuchtung wird eine kostengünstigere und wirksamere Straßenbeleuchtung ermöglichen.
Die Frage, ob sich Biomasse aus dem Straßenseitenraum energetisch nutzen lässt und welche technischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen dazu erfüllt sein müssen, wurde im Rahmen eines Forschungsauftrages nachgegangen. Das Leipziger Institut für Energetik und Umwelt kommt zu dem Ergebnis, dass die energetische Nutzung von Grasschnitt aufgrund aufwändiger Technik und hoher Investitionen nur in Ausnahmefällen sinnvoll ist, die Nutzung des Gehölzschnittes zur Wärmeversorgung dagegen positiv einzuschätzen ist. Es wurde ein Leitfaden als praktische Hilfe für Entscheidungsträger entwickelt.