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F&E-Roadmap Geothermie in Österreich

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Konsultationspapier F&E-Roadmap Geothermie

Vision und FTI-politische Fragestellungen

 

Redaktionelle Bearbeitung: DIin Dr.in Edith Haslinger (AIT Austrian Institute of Technology), Mag. Gregor Götzl (Geologische Bundesanstalt)

Datum: 08.07.2021

1. Einleitung

1.1 Wärme aus der Erde nutzen

P2

Als Erdwärme bezeichnet man die unterhalb der festen Erdoberfläche in Gesteins- und Erdschichten sowie in unterirdischen Wasserreservoirs gespeicherte Wärmeenergie. Geothermie stellt eine umweltschonende und nachhaltige Technologie zur Nutzung dieser Wärmequellen dar. Die im Untergrund gespeicherte Wärme kann zum Heizen und Kühlen sowie zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in der kombinierten Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden und bietet sich vor allem für lokale Energieversorgungskonzepte an. Zunehmende Bedeutung gewinnt die Technologie auch für die saisonale Speicherung von Wärme im Untergrund. Bei der geothermischen Wärmeversorgung wird grundsätzlich zwischen zumeist mit Wärmepumpen unterstützten Niedertemperatur-Anwendungen (Quellentemperatur < 25 °C) und direkten Wärmeanwendungen mit Temperaturen > 60 °C unterschieden. Die Gewinnung elektrischer Energie ist ab einer Temperatur von ca. 90 °C mit Hilfe binärer Verstromungsprozesse möglich. Die direkte Verstromung von Thermalwässern mittels Dampfturbine kann ab Temperaturen über 150 °C stattfinden. Die Direktverstromung findet in Österreich aufgrund der geologischen Rahmenbedingungen derzeit keine Anwendung. Geothermische Wärmespeicherung (UTES - Underground Thermal Energy Storage) findet derzeit im Temperaturbereich zwischen <10 °C und 90 °C statt.

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1.2 Von der Vision zur Umsetzung – Die F&E-Roadmap Geothermie

P3

Um politisch verbindliche Ziele zur Minderung des Klimawandels einzuhalten, müssen alle Anwendungen erneuerbarer Technologien gebündelt und großflächig umgesetzt werden. Energieforschung und Innovation sind zentrale Wegbereiter einer schrittweisen Dekarbonisierung des Energiesystems und tragen dazu bei, dass spezifische Kosten gesenkt und der volkswirtschaftliche Nutzen erhöht werden. Da die Entwicklung und der Einsatz von Technologien in der Regel mit mehrjährigen Vorlaufzeiten verbunden sind, um zur Marktreife zu gelangen, müssen Forschungsaktivitäten strategisch ausgerichtet und geplant werden. Geothermie ist unter den Erneuerbaren Energien diejenige, bei der die Lücke zwischen Potenzial und derzeitiger Nutzung am weitesten auseinanderklafft. Dies ist ein wesentlicher Grund, warum die Bedeutung der Geothermieforschung in Österreich zunimmt und auch an Fahrt gewinnt.

Der Wärmesektor wird sich durch die europaweiten Dekarbonisierungsziele in den nächsten 10 - 20 Jahren grundlegend verändern. Die Geothermie wird durch ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten - Heizen/Kühlen, Stromgewinnung und Wärmespeicherung - eine maßgebliche Rolle bei diesem Transformationsprozess spielen. Manche EntscheidungsträgerInnen sprechen auch vom bevorstehenden “Geothermischen Jahrzehnt”.

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P4

Forschung und Entwicklung (F&E) sind Eckpfeiler für die Weiterentwicklung geothermischer Anwendungen und deren Marktakzeptanz. Eine neue Generation geothermischer Systeme und Technologien sowie die Verbesserung bestehender Systeme für neue Anwendungen und Märkte, werden dazu beitragen, den Einsatz und die Marktdiffusion von Geothermie zu fördern. Österreichische Unternehmen und Forschungseinrichtungen sind weltweit führend und haben starke Kompetenzen in der geothermischen Wertschöpfungskette, die auch international eingesetzt werden können. Österreichs Akteure können im Gegenzug aus europäischen und internationalen Erfahrungen schnell und effizient Lehren ziehen, damit die Geothermie ihrer Rolle in einem klimaneutralen Österreich gerecht wird.

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P5

Diese F&E-Roadmap ist zentraler Bestandteil einer übergeordneten Gesamtstrategie (Wärme, Kälte, Strom), in dem die Forschungs- und Innovations-Prioritäten im Bereich geothermischer Technologien, inklusive einer effektiven Integration in bestehende Netze und Infrastrukturen, festgelegt und damit die Vision einer klimaneutralen und energieeffizienten Zukunft verwirklicht werden. Diese Roadmap soll dazu beitragen:

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P6

- die effektivsten und innovativsten Instrumente der Forschungsförderung für österreichische Forscherinnen und Forscher bereitzustellen, um Anreize für technologische Weiterentwicklungen und Innovationssprünge zur Nutzung geothermischer Energie zu schaffen,

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P7

- langfristig Anreize für Investitionen in Forschung und Technologieentwicklung eingehen zu können, um potenziell größere Gewinne aus volkswirtschaftlicher Perspektive zu erzielen,

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P8

- mit Menschen und an Orten im ganzen Land zusammenarbeiten zu können, um unser Forschungs- und Innovationssystem zu stärken und zu verbessern und Prioritäten und Entscheidungen zu setzen, damit wir eine bessere Zukunft aufbauen,

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P9

- die internationale Zusammenarbeit österreichischer Forscherinnen und Forscher zu ermöglichen und die derzeitigen Mechanismen für die Zusammenarbeit zu stärken, vor allem die Beseitigung von Hindernissen für die interdisziplinäre Forschung.

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2. Vision

P10

Die Vision bildet die Grundlage für eine strategische Planung. Dabei ist es wichtig, sich aus der Zukunftsperspektive eine Vorstellung vom gewünschten Erfolg der F&E-Roadmap zu machen und Visionen zur Geothermie in Österreich im Jahr 2040 zu zeichnen. Das nachfolgende Kapitel versucht aus der Energiewelt von morgen einen Blick zurück auf die Kategorien Technologische Entwicklungen und Anwendung, Zugang zu Informationen und Dienstleistungen, Finanzierungs- und Geschäftsmodelle sowie Gesellschaft und Politik zu werfen:

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P11

Geothermie im Wärmebereich - bandlastfähig, saisonal speicherbar und kostengünstig

Österreich als Hochtechnologieland und Engineering-Standort hat früh erkannt, beste Voraussetzungen für technologische Innovationen und Anwendungen im Bereich der Geothermie zu schaffen. Langfristig ausgerichtete Forschungsaktivitäten haben dazu geführt, dass sich die Geothermie im Wärmebereich, insbesondere im Gebäudebereich, etabliert hat und sowohl in Einzelanwendungen (oberflächennahe Geothermie) als auch in Wärme- und Kältenetzen (insbesondere Deckung der Grund- und Bandlast) als Standard- bzw. wirtschaftlich wettbewerbsfähige Technologie eingesetzt wird. Vor allem in urbanen Räumen wird ein erheblicher Anteil des niederenergetischen Wärme- und Kältebedarfs durch geothermische Anwendungen gedeckt, da gezielt an technologischen Entwicklungen durch wissenschaftliche Forschung gemeinsam mit der heimischen Wirtschaft gearbeitet und umgesetzt wurde. Bis 2030 konnten 50 % der 2021 bekannten Ressourcen der Hydrothermie erschlossen werden, seit damals wird Geothermie auch verstärkt im gebauten Bestand zur Substitution fossiler Energieträger eingesetzt.

Nachdem die Bedeutung von Wärme-/Kältespeichern bei dem Umbau zu einem nachhaltigen Energiesystem eine zentrale Rolle einnahm, konnten die Potenziale der Speicherung von Energie im Untergrund früh identifiziert und erschlossen werden. Überschusswärme wird in saisonalen geothermischen Speichern für thermische Anwendungen gespeichert und gleicht die Variabilität in Erzeugung und Verbrauch durch smarte Steuerung aus. Ein ausschlaggebender Faktor war die wesentlich kostengünstigere Speichermöglichkeit von Wärme im Vergleich zu elektrischem Strom, weshalb es Österreich gelungen ist, eine führende Rolle im Bereich der thermischen Speicher einzunehmen und die Stärken der F&E-Einrichtungen und der Anlagenbauunternehmen auszubauen.

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P12

Digitale Anwendungen, Systemintegration und e-Government

Vereinfacht gesagt, geht es bei der Digitalisierung um verbesserte Kommunikation, Ressourcenoptimierung und Energieflexibilität. Der digitale Fortschritt und die Steigerung der digitalen Fitness der AkteurInnen haben zu einer Öffnung von Wissens- und Innovationsprozessen geführt, die neue Formen der Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Zivilgesellschaft und öffentlicher Verwaltung aktiv ge- und befördert haben. Einzeltechnologien wurden aufgrund des verbesserten Informations- und Kommunikationseinsatzes in Gesamtsysteme integriert, ihr Zusammenspiel optimiert und Verluste weitestgehend minimiert. Digitalisierung und ein verbesserter Betrieb werden standardmäßig auf verschiedenen Ebenen geothermischer Nutzungen angewendet, d. h. auf Explorations-, Bereitstellungs-, Verteilungs-, Verbrauchs-, Design- und Planungsebene. Der technologische Fortschritt und die großflächige Anwendung bei Pilot- und Demonstrationsprojekten führte zu deutlich niedrigeren Kosten, höherer Effizienz, besserem Systemdesign und -integration, einer höheren Ausfalls- sowie Versorgungssicherheit.

Geothermie ist als ein zentraler Bestandteil von Energieraumplänen verankert, öffentliche Flächen wurden zudem für die Installation von Geothermieanlagen erschlossen. Intelligente und integrative Bewirtschaftungsinstrumente für Behörden und PlanerInnen ermöglichten eine energetisch optimierte aber zugleich auch nachhaltige Nutzung des Untergrundes, insbesondere in urbanen Gebieten. Diese Instrumente stehen weitgehend harmonisiert in allen Regionen Österreichs zur Verfügung und bilden eine wichtige Grundlage für e-Government Lösungen.

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P13

Schaffung eines investitionsfreundlichen Umfelds für Innovationen

Ob steuerliche Anreize, ein zukunftsorientiertes Marktdesign oder neue innovative Finanzierungs- und Betreibermodellen, die Geothermie profitierte von den getroffenen Rahmenbedingungen und einem investitionsfreundlichen Umfeld für Innovationen. Insbesondere Ansätze und Instrumente (z.B. Geothermie-Leasing, BürgerInnen-Anlagen) zur Überwindung der Hürden zwischen hohen Ersatzinvestitionen und geringen operativen Kosten trugen rückblickend gesehen zu einer Steigerung der wirtschaftlichen Wettbewerbsfähigkeit bei. Energiedienstleistungen (wie z.B. Geothermie-Gemeinschaften) ermöglichten neue Geschäfts- und Betreibermodelle für eine verbesserte Erschließung von Ressourcen in urbanen und grenznahen Regionen und entfalteten hierbei eine große Wirkung. Neue Möglichkeiten, Einnahmen zu generieren sowie der leichtere Zugang zu Finanzierungen zu geringeren Opportunitätskosten, beschleunigte die Marktdiffusion von Technologien und Infrastrukturprojekten in Österreich. Eine Erhöhung der öffentlichen, wie auch der privaten Mittel für Energieforschung ist als wesentliche Investition angesehen worden, politisch verbindliche Ziele und gesellschaftliche Akzeptanz gaben Sicherheit für entsprechend weitsichtige Investitionen.

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P14

BürgerInnen werden zur treibenden Kraft - Politik wirkt unterstützend

Das hohe Umwelt- und Energiebewusstsein in der österreichischen Bevölkerung führten dazu, dass die Umsetzung nachhaltiger Energiesysteme und Energieeffizienzmaßnahmen längst selbstverständlich geworden ist. Vor allem in der Geothermie führte konsequente Informations- und Kommunikationsarbeit zu einem hohen Akzeptanzniveau. Geothermie fand zudem Eingang in Lehrpläne akademischer sowie nicht akademischer Bildungsprogramme. Die Aufgabe der Politik, fördernde Rahmenbedingungen zu schaffen, wurde sukzessive durch den Abbau rechtlicher Barrieren umgesetzt. Dies führte zu einer deutlichen Beschleunigung des Ausbaus der Geothermie in Österreich durch eine erhöhte Planungssicherheit und dem Abbau bürokratischer Hürden. Hohe Umweltstandards haben die Nutzung des Untergrunds sowie von Grundwässern gewährleistet und sich als Treiber der technologischen Entwicklung erwiesen. Die langfristige Ausrichtung öffentlicher Forschungsprogramme und -missionen führten zu einem deutlichen Kompetenzaufbau und zur Technologieführerschaft Österreichs in vielen Anwendungsbereichen der Geothermie in Europa.

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3. Forschungs- und Innovationsziele