Die Anwendung des Energieplanungstools MESAP auf lokaler Ebene - Eine Studie am Beispiel der Gemeinde Nganda / Senegal

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Senegal
1.2 Energiesituation im Senegal
1.3 Das Projekt PERACOD
1.4 Der Ansatz und die Zielstellung dieser Studienarbeit

2 Vorgehensweise und Methodik
2.1 Phasen der strukturierten Energieplanung
2.2 MESAP – Systemarchitektur
2.2.1 Das Simulationsmodell PlaNet
2.2.2 Das PlaNet Datenbanksystem NetWork
2.2.3 Der Reportgenerator Analyst

3 Modellierung des Energiesystems
3.1 Analyserahmen
3.1.1 Räumliche Systemgrenzen
3.1.2 Zeitlicher Planungshorizont
3.2 Das Referenzenergiesystem

4 Modelldaten
4.1 Demographie und Energieverbrauch
4.2 Forstwirtschaft
4.3 Landwirtschaft
4.4 Der Zusammenhang zwischen Kaufkraft und der Verteilung von Energieträgern
4.5 Auflistung und Beschreibung der gebräuchlichsten Herdtypen
4.6 Karbonisierung

5 Auswirkungen des Gaspreises auf das Verbraucherverhalten
5.1 Prognosen bezüglich der Entwicklung des Energieträgers Gas in Nganda

6 Karbonisierungsmethode „3 fûts“

7 Szenarien und Strategien
7.1 Beschreibung der Szenarien
7.2 Beschreibung der Strategien
7.2.1 Karbonisierungsmethode „3 fûts“
7.2.2 Einführung von Gas
7.2.3 Einführung verbesserter Herdtypen
7.3 Zusammenführung von Strategien und Szenarien zu „Hypothesen“
7.3.1 Referenz Hypothese – Hypothese
7.3.2 Hypothese „3 futs“ – Hypothese
7.3.3 Hypothese „Positive Entwicklung“ – Hypothese
7.3.4 Hypothese „Positive Entwicklung + Einführung der Karbonisierungsmethode 3 futs“ – Hypothese
7.3.5 Hypothese „Negative Entwicklung“ – Hypothese

8 Modellergebnisse
8.2 Energieträgerverbrauch in Case „Einführung der Karbonisierungsmethode 3 fûts“
8.3 Energieträgerverbrauch in Case „Positive Entwicklung“
8.4 Energieträgerverbrauch in Case „Positive Entwicklung + Einführung der Karbonisierungsmethode 3 fûts“
8.5 Energieträgerverbrauch in Case „Negative Entwicklung“

9 Wirtschaftlichkeitsrechnung

10 Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1-1: Die 10 Regionen des Senegal

Abbildung 1-2: Anteile der Primärenergieträger im Senegal

Abbildung 1-3: Endenergieverbrauch aufgeteilt nach Energieträgern

Abbildung 1-4: Endenergieverbrauch aufgeteilt nach Sektoren

Abbildung 1-5: Die räumliche Ausdehnung des betrachteten Systems

Abbildung 2-1: Ablauf des Energieplanungsprozesses

Abbildung 2-2: Prinzipskizze eines RES

Abbildung 3-1: RES Teil 1

Abbildung 3-2: RES Teil 2

Abbildung 4-1: Prozentuale Verteilung der zum Kochen verwendeten Energieträger, Nganda / 2003

Abbildung 4-2: Prozentuale Verteilung der zum Kochen verwendeten Energieträger, Nganda / 2020

Abbildung 4-3: Verteilung der Haushaltseinkommen in Nganda / 2003 in FCFA/Monat

Abbildung 4-4: Verteilung der Haushaltseinkommen in Nganda / 2020 in FCFA/Monat - nach positiver Einkommensentwicklung

Abbildung 5-1: Entwicklung des Gasangebotes im Senegal

Abbildung 6-1: Aufbau einer Karbonisierungsanlage 3 fûts

Abbildung 7-1: Entwicklung des Bevölkerungswachstums in Nganda

Abbildung 8-1: Kumulierter Energieträgerverbrauch in Case Referenz

Abbildung 8-2: Kumulierter Energieträgerverbrauch in Case „Einführung der Karbonisierungsmethode 3 fûts“

Abbildung 8-3: Kumulierter Energieträgerverbrauch in Case „ Positive Entwicklung“

Abbildung 8-4: Kumulierter Energieträgerverbrauch in Case „Positive Entwicklung + Einführung der Karbonisierungsmethode 3 fûts“

Abbildung 8-5: Kumulierter Energieträgerverbrauch in Case „Negative Entwicklung“

Abbildung 9-1: Energieträgerkosten der Cases 1 – 5

Abbildung 9-2: Gesamt – Energieträgerkosten pro Einwohner

Abbildung 9-3: Kumulierter Holzverbrauch (Brennholz + Holzeinsatz für Kohleherstell.)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 4-1: Demografische Fakten

Tabelle 4-2: Prozentuale Verteilung der einzelnen Energieträger in Bezug auf die Zubereitung aller Mahlzeiten (Case Referenz), 2003

Tabelle 4-3: Intensität eines Haushaltes

Tabelle 4-4: Forstdaten

Tabelle 4-5: Landwirtschaftliche Produktion an Gütern und Abfällen /ENEA/

Tabelle 4-6: Anteil der einzelnen Nutzpflanzen an der Gesamtackerfläche

Tabelle 4-7: Ertrag von Landwirtschaftsgütern – Produktion von Bioabfällen

Tabelle 4-8: Produktionspotential von Biokohle

Tabelle 4-9: Auflistung der Herdtypen

Tabelle 4-10: Karbonisierung von Biomasse (ausser Holz)

Tabelle 4-11: Karbonisierung von Holz

Tabelle 7-1: Case Referenz - Daten

Tabelle 7-2: Case „Einführung der Karbonisierungsmethode 3 fûts“ - Daten

Tabelle 7-3: Case „Positive Entwicklung“ - Daten

Tabelle 7-4: Case „Positive Entwicklung + Einführung der Karbonisierungsmethode 3 fûts“ -Daten

Tabelle 7-5: Case „Negative Entwicklung“ - Daten

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Die bedeutendsten Energieträger in den Entwicklungsländern sind in erster Linie Holz und Holzkohle. Im Senegal nimmt Holz einen Anteil von 60 % am Primärenergieverbrauch ein. Zusammen mit einem hohen Bevölkerungswachstum verschärft sich so der Druck auf die existierenden Waldflächen.

Ein Ziel im Projekt PERACOD (Promotion de l´Electrification Rurale et de l´Approvisionnement Durable en Combustibles Domestiques) ist die nachhaltige Energieversorgung der ländlichen Regionen Senegals. In dieser Studie soll exemplarisch der Einsatz des Energieplanungstools MESAP demonstriert werden. Aus den Ergebnissen lassen sich im Idealfall Rückschlüsse auf weiterführende Maßnahmen ziehen. Solche wären zum Beispiel der Einsatz von innovativen Technologien oder die Kommerzialisierung vorhandener Ressourcen.

1.1 Senegal

Die Republik Senegal liegt an der äußersten Westspitze Afrikas und erstreckt sich zwischen dem 12° und 17° nördlicher Breite. Mit dem Atlantischen Ozean als natürliche Grenze im Westen des Landes bilden die Nachbarstaaten Mauretanien, Mali, Guinea und Guinea-Bissau den territorialen Rahmen Senegals. Der Staat Gambia wird von Senegal beinahe vollständig umfasst.

Im Jahre 1960 wurde die ehemalige französische Kolonie politisch unabhängig und steht seit 2000 unter der Führung von Präsident Abdoulaye Wade. Der Regierungssitz befindet sich in der Hauptstadt Dakar. Die Gesamtfläche des Landes mit 196.722 km² ist in zehn Verwaltungsdistrikte aufgeteilt. Die Bevölkerungszahl wurde für Mitte des Jahres 2001 mit 9,8 Mio. Einwohnern angegeben. Dies entspricht einer durchschnittlichen Bevölkerungsdichte von 49 Einwohnern pro km². Die Bevölkerung ist sehr ungleichmäßig auf die einzelnen Regionen verteilt und konzentriert sich im Wesentlichen auf die westlichen Landesteile, namentlich die Ballungsräume Dakar und Saint Louis. Die jährliche Wachstumsrate wird für das Jahr 2000 auf 3 % für ganz Senegal beziffert /The World Bank Group, 2002/. Die Bevölkerung setzt sich hauptsächlich aus acht ethnischen Gruppen zusammen. Neben der Amtssprache Französisch wird in weiten Teilen des Landes die zweite Amtssprache Wolof gesprochen.

Senegal ist in drei klimatische Zonen unterteilt: Sahel, Trockensavanne und Feuchtsavanne.

Die nördliche Hälfte des Landes liegt in der vegetationsarmen Sahelzone, die den Übergangsbereich zur Sahara bildet. Niederschlagsmengen liegen hier bei 400 – 600mm/a. Südlich schließt sich die etwas feuchtere Trockensavanne mit Niederschlagsmengen von 700 – 1000mm/a an. Sie erstreckt sich ungefähr bis zur Grenze zu Gambia. Innerhalb dieser Region dominiert in der landwirtschaftlichen Nutzung der Anbau der Erdnusspflanze. Zwischen Gambia und der Grenze zu Guinea befindet sich die Feuchtsavanne mit einer deutlich höheren Luftfeuchtigkeit und höheren Niederschlagsmengen bis zu 1400mm/a / Wiese, 1995/. Abbildung 1-1 zeigt die geographische Lage Senegals und die Einteilung der zehn Verwaltungsregionen.

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Abbildung 1-1: Die 10 Regionen des Senegal /Waiblinger, 2003/

Ca. 60 % der Erwerbstätigen sind in der Landwirtschaft tätig und erarbeiten rund ein Viertel des Bruttoinlandsproduktes. Kleinbetriebe mit Mischanbau von Nahrungsfrüchten wie Hirse, Mais, Reis, Bohnen und Bananen sowie dem Anbau von Exportprodukten wie Baumwolle oder Erdnüsse bilden die Mehrheit. Wegen nicht ausreichender Ertragsmengen ist der Senegal auf Importe von Lebensmitteln, in erster Linie Reis, angewiesen. Bis zur Weltwirtschaftskrise in den 80er Jahren gehörte der Senegal zu den wirtschaftlich höher entwickelten Staaten. Dennoch wurde der Senegal in die Liste der „Least Developed Countries“ aufgenommen /Stevens, 2001/.

Die Viehwirtschaft ist vor allem für die Savannengebiete des Nordens charakteristisch. Größere wirtschaftliche Bedeutung hat der Fischfang, der sowohl in Binnengewässern als auch im Meer betrieben wird. Neben der Nahrungsproduktion haben die Düngemittelindustrie und die Zementherstellung in der Region Kap Verde Bedeutung. Daneben werden Kalzium – und Aluminiumphosphatvorkommen abgebaut. Vorkommen von Gold, Eisen – und Titanerz sind bisher noch nicht bergbaulich erschlossen / Wiese, 1995 /. Öl – und Gasvorkommen existieren vereinzelt, sind jedoch oftmals wirtschaftlich nicht nutzbar. Im Jahre 1960 wurde im Grenzgebiet zu Guinea-Bissau das „Drome Flore – Feld“ mit einer Kapazität von 700Mio. bbl entdeckt / IEA, 2000 /.

1.2 Energiesituation im Senegal

Der Primärenergiebedarf im Senegal wird für das Jahr 1996 mit 2,6 Mio. toe angegeben /WEC, 2003/. Bei den Energieträgern dominiert nach wie vor Holz, wenngleich dessen Anteil zugunsten von Gas in den letzten Jahren merklich abgenommen hat. Beinahe 60 % des Gesamtenergieverbrauchs werden mit Holz gedeckt. Abbildung 1-1 zeigt die Anteile verschiedener Energieträger am Primärenergieverbrauch.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-2: Anteile der Primärenergieträger im Senegal /DE, 2000/

Vor allem in ländlichen Gebieten ist Holz der typische Haushaltsbrennstoff. Im städtischen Bereich dominieren dagegen Holzkohle und Gas, letzteres wurde durch staatliche Subventionen stark gefördert Elektrizität leistet, mit einem Anteil von 2% am Endenergieverbrauch des Haushaltssektors nur einen geringen Beitrag zur Energieversorgung /DE, 2000 /. Der Bedarf an Elektrizität in urbanen Haushalten steigt dagegen jährlich um 3%.

Abbildung 1-2 und 1-3 zeigen die Verbrauchsstrukturen für Endenergie im Senegal.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-3: Endenergieverbrauch aufgeteilt nach Energieträgern /DE, 2000/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-4: Endenergieverbrauch aufgeteilt nach Sektoren /DE, 2000/

Im Jahre 2000 lag der Elektrizitätsbedarf bei 1,2 TWh und wurde zum großen Teil mit fossilen Energieträgern aber auch mit Wasserkraft gedeckt. Dabei nimmt der

Energieversorger „Société Nationale d´Electricité du Sénégal“ (SENELEC) eine Monopolstellung ein.

Mit beinahe 60 % Anteil am gesamten Endenergiebedarf beläuft sich der Energieverbrauch des Haushaltssektors auf mehr als 1Mio. toe. In diesem Sektor dominieren die Endenergieträger Holz (66 %) und Holzkohle (26 %). Mit einem Wachstum der Bevölkerung ist ein steigender Bedarf an Haushaltsbrennstoffen verbunden. Ohne einen Eingriff in das nationale Energiesystem würde damit der Druck auf die verbleibenden Waldflächen weiter steigen. Der jährliche Rückgang der Waldfläche belief sich im Zeitraum von 1990 – 2000 auf 45.000 ha / FAO, 2002 /. Jedoch ist nicht nur der Bedarf an Holz für diesen Rückgang verantwortlich, sondern auch Waldbrände und eine landintensive Agrarwirtschaft. Zu den schlimmsten direkten Folgen dieser Entwicklung gehört die Desertifikation.

1.3 Das Projekt PERACOD

PERACOD (Promotion de l´Electrification Rurale et de l´Approvisionnement Durable en Combustibles Domestiques) ist ein GTZ – Projekt im Rahmen der senegalesisch – deutschen Kooperation und wird über das BMZ (Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit) finanziert. Die globalen Ziele sind:

- Die nachhaltige Bereitstellung von Elektrizität und von
- Haushaltsbrennstoffen

für die ländliche Bevölkerung in den drei Hauptregionen

- Casamance
- Erdnussbecken
- Flussregion

Projektpartner sind sowohl staatliche Einrichtungen („Direction de l´Energie“ , „Direction des Eaux, Forêts, Chasse et de la Conservation des Sols“) Universitäten (Universität Dakar, IER - Universität Stuttgart) als auch andere Organisationen (ENDA, CSE) zu nennen.

1.4 Der Ansatz und die Zielstellung dieser Studienarbeit

PERACOD sieht ein allgemeines Interventionsschema vor, welches auf die meisten Dörfer im Senegal anwendbar ist, um die unter 1.3 genannten globalen Ziele zu erreichen. Als Energieplanungstool ist MESAP (Modular Energy System Analysis and Planning). Bestandteil dieses Interventionsschemas. Die Zielsetzung dieser Studienarbeit ist es, MESAP

auf lokalem Niveau anzuwenden. Gleichzeitig ist es wichtig, erforderliche Daten für die Simulation zu determinieren und deren Verfügbarkeit zu überprüfen.

Diese Studie befasst sich ausschließlich mit der Brennstoffversorgung der „Gemeinde“ Nganda im Department Kaffrine im Erdnussbecken. Die Gemeinde Nganda umfasst 16 Dörfer. Nganda wurde wegen der verhältnismäßig guten Datenlage ausgewählt. Die Hauptaufgaben bestanden darin, notwendige Daten zu erfassen, ein RES (Referenz-Energie-System) aufzustellen, sowie mit MESAP die lokalen Auswirkungen der einzelnen Strategien zu simulieren. In Abbildung 1-5 ist die Gemeinde Nganda graphisch dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-5: Die räumliche Ausdehnung des betrachteten Systems /Diouf, 1998/

2 Vorgehensweise und Methodik

Die Vorgehensweise bei dieser Studie folgt im Wesentlichen den verschiedenen Phasen der strukturierten Energieplanung, auf die im Folgenden näher eingegangen werden soll.

2.1 Phasen der strukturierten Energieplanung

Der Prozess der Energieplanung verläuft in einer iterativen Vorgehensweise. Hierbei werden die Daten des betrachteten Energiesystems in regelmäßigen Abständen aktualisiert und die Auswirkung bisheriger Eingriffe kontrolliert. Daraufhin können die weiteren Vorgehensschritte hinsichtlich der Erreichung der gesetzten Ziele angepasst werden. Entsprechend dem Begriff der rationellen Energieanwendung zählen hierzu Maßnahmen, die im Sinne des ökonomischen Prinzips auf einen Energieeinsatz führen, der einen optimalen Faktoreinsatz der genutzten volkswirtschaftlichen Ressourcen Energie, Umwelt, Arbeit und Kapital entspricht. /Voß, 2000/. Die Phasen der strukturierten Energieplanung sind entsprechend ihrer Abfolge in Abbildung 2-1 graphisch dargestellt.

Die erste Phase besteht in der Identifikation von zu verbessernden Punkten bzw. in der Beschreibung von Problemen, die in dem betrachteten Energiesystem auftreten. Hierbei ist es wichtig, das Energiesystem zu analysieren, um Zusammenhänge zwischen den bestehenden Energieflussstrukturen und den sich daraus ergebenden Problemen zu erkennen.

Der nächste Schritt ist die Definition bzw. Festlegung von Zielen zur Erreichung einer Verbesserung gegenüber den im vorhergehenden Schritt definierten Problemen. Ziele können sich somit sowohl auf die Inputs des betrachteten Energiesystems wie Energie- und Stoffströme in das System, sowie auf die outputs also beispielsweise CO2 – Emissionen beziehen.

In der dritten Phase wird das zu betrachtende Energiesystem definiert, indem zunächst sowohl die räumliche Systemgrenze als auch der zeitliche Planungshorizont festgelegt werden. Anschließend erfolgt der Aufbau eines so genannten Referenzenergiesystems, in dem sämtliche Energie – und Stoffströme definiert werden und der Zusammenhang zwischen Energienachfrage, Energieträgern und Wandlungsprozessen mit Hilfe eines komplexen Gleichungssystems abgebildet wird. Auf diese Weise können die Auswirkungen von Veränderungen einzelner Parameter auf das Energiesystem ermittelt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-1: Ablauf des Energieplanungsprozesses

Die vierte Phase besteht zunächst in der Definition von Szenarien. Mit Hilfe eines Szenarios kann der Einfluss exogener Parameter auf das Energiesystem berücksichtigt werden. Der Begriff exogen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass diese Parameter äußere Einflüsse darstellen, die außerhalb des Wirkbereichs des Energieplaners liegen. Bei der Modellierung werden Szenarien eingesetzt, um beispielsweise demographische, wirtschaftliche oder technologische Entwicklungen, langfristige Tendenzen bezüglich der Energiepreise oder des Klimas im Untersuchungsgebiet sowie das Verbraucherverhalten abzubilden. Für eine möglichst realistische Wiedergabe des Energiesystems im Energiemodell ist es erforderlich, diejenigen exogenen Parameter zu identifizieren, welche maßgeblich zur Veränderung der Energieverbrauchsstruktur beitragen. Als treibende Kraft für den Energiebedarf einer Region stellt vor allem in Entwicklungsländern die Bevölkerungsentwicklung die bedeutendste Einflussgröße dar.

Neben der Berücksichtigung exogener Parameter werden im Hinblick auf die definierten Ziele Strategien entwickelt. Strategien stellen den Zusammenschluss verschiedener Maßnahmen dar, die parallel durchgeführt werden können, um eine gezielte Beeinflussung des bestehenden Energiesystems zu erwirken. Zur Entwicklung einer möglichst wirkungsvollen Strategie ist es erforderlich, wirtschaftliche, technische, ökologische, soziologische und andere Randbedingungen bezüglich der Durchführbarkeit der einzelnen Maßnahmen zu beachten. Eine Maßnahme bezieht sich im Allgemeinen auf einen Energieträger oder eine Technologie. Im Rahmen der Modellrechnung kann durch die Unterstellung der Durchführung einzelner Strategien die Auswirkung auf die zukünftige Entwicklung des Energiesystems untersucht werden. Die entwickelten Strategien werden für jedes in Betracht gezogene Szenario durchgerechnet. Dabei kann diejenige Strategie identifiziert werden, die unter allen möglichen zukünftigen Entwicklungen die höchstmögliche Zielerfüllung erreicht.

Im nächsten Schritt erfolgt die Auswahl des Planungsinstruments und der entsprechenden Tools zur Erstellung und Berechnung des mathematischen Modells. Für diese Studie wurde das Simulationsmodell PlaNet von MESAP ausgewählt.

Bevor die Modellrechnung durchgeführt werden kann, erfolgt in Phase sechs die Sammlung der erforderliche Input-Daten für das Energiemodell. Entsprechend dem Modellierungszeitraum werden Daten aus der Vergangenheit, aktuelle Angaben sowie Daten über die zukünftige Entwicklung des Energiesystems erhoben. Um eine möglichst realistische Datenbank für die Modellierung aufzubauen, ist es teilweise erforderlich, mehrere Quellenangaben miteinander zu vergleichen. Innerhalb des Datenbanksystems NetWork besteht hierzu die Möglichkeit, unterschiedliche Datenangaben mit Qualitätsgraden zu klassifizieren. Dies ermöglicht, dass bereits bei noch nicht zufrieden stellender Datenlage erste Modellrechnungen durchgeführt werden können und im weiteren Verlauf Daten mit geringer Zuverlässigkeit leicht wieder gefunden und durch präzisere Angaben ersetzt werden. Mit Hilfe der so erzeugten vorläufigen Modellergebnisse lassen sich Aussagen darüber treffen, welche Daten für die Simulation des Energiesystems einer weiteren Präzisierung bedürfen und in welchen Bereichen eine weitere Datenerhebung erforderlich ist.

Phase sieben der Modellrechnung verläuft damit parallel zu Phase sechs bis die Datensammlung als abgeschlossen angesehen werden kann und die Modellergebnisse der gewünschten Abbildungsgenauigkeit des realen Systems entsprechen.

Anschließend an die Modellberechnung erfolgen in Phase acht die Analyse und Bewertung der Ergebnisse. Die für die einzelnen Strategien in Kombination mit den unterschiedlichen

Szenarien berechneten Entwicklungsperspektiven können mit Hilfe geeigneter graphischer Darstellungen für die Entscheidungsträger transparent gemacht werden. Entsprechend der Darstellungsart lassen sich die Auswirkungen der Strategien auf das Energiesystem in Bezug auf die in Phase zwei gesetzten Ziele direkt ablesen. Bei ungenügender Zielerreichung ist eine Modifikation der Strategien in einem nächsten iterativen Durchlauf erforderlich.

Nach der Erstellung der Endergebnisse erfolgt die Übergabe an die Entscheidungsträger, die durch die Festlegung organisatorischer Maßnahmen zur realen Umsetzung der Strategien das Bindeglied zwischen Realität und Modellierung darstellen. Im weiteren zeitlichen Verlauf lässt sich beobachten, in welchem Maß die entwickelten Strategien eine Veränderung des realen Energiesystems bewirken. Durch fortwährende Beobachtung der bestehenden Situation kann das Energiemodell kontinuierlich mit aktuellen Daten gespeist und der gegenwärtigen Situation angepasst werden. Der strukturierte Energieplanungsprozess wird dabei in seinen einzelnen Schritten erneut in einer weiteren iterativen Schleife durchlaufen, wobei sich sowohl die Problemstellung, die Festlegung der Ziele und damit auch die Definition von Szenarien sowie die Entwicklung von Strategien verändern kann.

2.2 MESAP – Systemarchitektur

MESAP (Modular Energy System Analysis and Planning) ist ein modular aufgebautes Planungsinstrument, das zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen bei der Planung, Bilanzierung und Analyse von Energie- und Umweltsystemen mit uneingeschränkten räumliche und zeitlichen Systemgrenzen eingesetzt werden kann. Die Modularität des Systems besteht in der gesonderten Verwaltung von Daten und Modellen, so dass verschiedene Modelle auf eine gemeinsame Datenbasis angewendet werden können.

Die Systemarchitektur lässt sich in drei Ebenen aufgliedern.

- Die zentrale Ebene besteht u .a. aus allgemeinen Werkzeugen, wie der fallstudienorientierten Datenbank NetWork und dem MESAP-Analyst.
- Aus der Modellebene wurde für diese Studie das Modell PlaNet ausgewählt, welches für die Bedarfsanalyse und die Simulation der Energieversorgung konzipiert ist.
- Die Ebene der Informationssysteme besteht aus Elementen, wie der IKARUS-Technologiedatenbank und dem Energieinformationssystem ENIS, die allerdings im weiteren Verlauf nicht zur Anwendung kommen

2.2.1 Das Simulationsmodell PlaNet

Mit dem MESAP-Modul PlaNet lassen sich Energiesystemmodelle generieren, die sich zur Bedarfsanalyse, zur Simulation von Energiesystemen und zur Analyse von Umweltbelastungen eignen. Dieses Modul berechnet die Energie- und Materialflüsse eines Energiesystems, sowie den Ressourcenverbrauch, die Technologiekapazitäten, die Emissionen und die Kosten. Mit PlaNet können für eine Vielzahl von Maßnahmen deren jeweilige Auswirkungen auf Energieverbrauch, Schadstoffemissionen und Kosten des betrachteten Energiesystems analysiert werden /Schlenzig, 1999/. PlaNet besteht aus den Komponenten PlaNet Flow (Flussberechnung) und PlaNet Cost („Kostenberechnung“). Für die Modellierung des Haushaltsenergiesystems in der vorliegenden Studie wurde das Element PlaNet Flow zur Berechnung der Energie-und Stoffströme eingesetzt.

Die strukturelle Darstellung von Energiesystemen erfolgt in PlaNet mit Hilfe des Referenzenergiesystems (RES). Es werden alle Stoff- und Energieströme und deren Umwandlungen von den Rohstoffen bis zur Energiedienstleistung abgebildet. Das Referenzenergiesystem ist aus zwei unterschiedlichen Arten von Objekten aufgebaut. Dies sind zum einen Güter (Commodities) und Prozesse (Processes), die jeweils durch einen oder mehrere Flüsse (Flows) miteinander verbunden sind. Güter beschreiben alle mengenmäßig erfassbaren Quantitäten an Energie und Stoffen. Mit Prozessen wird die Umwandlung eines oder mehrer Güter dargestellt. Flüsse repräsentieren den von einem Prozess verbrauchten oder produzierten Energie- oder Stoffstrom. In Abbildung 2-2 ist beispielhaft ein auf die elementaren Objekte reduziertes RES dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-2: Prinzipskizze eines RES

2.2.2 Das PlaNet Datenbanksystem NetWork

NetWork ist ein Datenbanksystem zur Verwaltung von Energiesystemdaten, die sich auf ein RES beziehen. Das Modul kann gleichzeitig als Datenbank für Modellrechnungen und als Informationssystem für Fallstudien genutzt werden. Sämtliche Daten werden als so genannte Zeitreihen (Time Series) gespeichert. Diese sind unabhängig von den mathematischen Gleichungen des RES und der Modellierungsperiode des zu betrachtenden Energiesystems. Die Trennung von Modellgleichungen und Modelldaten ermöglicht eine modellunabhängige Verwendung der gespeicherten Daten. Es können auch Daten aufgenommen werden, die zur Simulation nicht notwendig sind.

Bei der Verwaltung der Daten wird zwischen Input-Werten d. h. prozessspezifischen Eigenschaftsdaten oder Modellannahmen und Modellergebnissen wie beispielsweise der Rohstoffverbrauch einzelner Güter oder Emissionen unterschieden.

2.2.3 Der Reportgenerator Analyst

Analyst ist das Tabellenkalkulationsmodell von MESAP. Mittels einfach und schnell erstellbarer Tabellen, Grafiken Berichte und Berechnungen können hier Ergebnisse der Simulationsrechnung visualisiert werden. Die Daten können dabei in alle gewünschten Maßeinheiten umgerechnet werden. Durch Hotlinks zur Datenbank werden die erstellten Berichte immer aktualisiert /Schlenzig, 1998/.

3 Modellierung des Energiesystems

Energiesysteme werden durch die Festlegung der Systemgrenzen, die ein – bzw. austretenden Energie- und Stoffströme sowie deren zeitliche Veränderung definiert. Mit Hilfe einer rechnerunterstützten Modellierung ist es möglich, ein bestehendes Energiesystem zu analysieren. Durch die Ergänzung hypothetischer Prozesse können verschiedene Veränderungen des Energiesystems abgebildet und untersucht werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Maßnahmen zur Veränderung eines Energiesystems hinsichtlich einer vorgegebenen Zielerfüllung quantitativ verglichen werden.

In dieser Studie beschränkt sich das Energiesystem auf die Gemeinde Nganda mit insgesamt 16 Dörfern im Department Kaffrine. Innerhalb der Systemgrenzen befindet sich der Forst „Dankou“, der für die ansässige Bevölkerung die Hauptlieferquelle an Holz darstellt. Zunächst wird mit Hilfe des Modells für das System der Referenzfall analysiert. Dabei unterstellt der Autor eine während des gesamten Planungshorizontes konstante Verteilung der Energieträger. Anschließend werden verschiedene Strategien entwickelt, mit den Zielen einer Integration vorhandener aber bisher ungenutzter Potenziale (Nutzung von landwirtschaftlichen Abfällen) und einer Senkung des Anteils von Holz am Primärenergieverbrauch.

3.1 Analyserahmen

Der Analyserahmen des Energiemodells wird durch die Wahl des Planungshorizontes in zeitlicher und durch die Definition der Systemgrenzen in räumlicher Ausdehnung festgelegt.

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