Systeme der Ver- und Entsorgung: Funktionen und räumliche Strukturen 3519004976, 9783519004974

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Hans-Peter Tietz

Systeme der Verund Entsorgung

Hans-Peter Tietz

Systeme der Verund Entsorgung

Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Tietz lehrt an der Fakultät Raumplanung der Universität Dortmund das Fachgebiet Ver- und Entsorgungssysteme in der Raumplanung. Email: [email protected] Internet: www.raumplanung.uni-dortmund.de/ves/

1. Auflage Januar 2007

Alle Rechte vorbehalten © B.G. Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007 Lektorat: Dipl.-Ing. Ralf Harms / Sabine Koch Der B.G. Teubner Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media. www.teubner.de Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de Druck und buchbinderische Verarbeitung: Strauss Offsetdruck, Mörlenbach Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany

ISBN 978-3-519-00497-4

Mit diesem Buch sollen alle, die in Ausbildung und Beruf mit Ver- und Entsorgungssystemen in Beriihrung kommen, in die Lage versetzt werden, diese Systeme in ihrer Gesamtheit zu verstehen, Grundkenntnisse iibw ihre Funktion zu erlangen und deren Raum- und Umweltwirkungen kennen zu lernen. Jeweils einzeln beschaftigen sich eine game Reihe unterschiedlicher fachlicher Disziplinen rnit der technischen Weiterentwicklung und den Wechselwirkungen im Raum und rnit der Umwelt - gemeinsam fir alle zusammen rnit einer einheitlichen Systematik geschiehc dies in einem Fachbuch hier zum ersten Ma1 in diesem Urnfang. Den Systemen ist gerneinsam, dass diese dazu dienen, Siedlungsgebiete weitgehend leitungsgebunden rnit dem zu versorgen, was man dort zur Grundversorgung braucht (Sworn, WBme, Wasser, Nachrichten), b m , von dem zu entsorgen, was man nicht mehr braucht (Abwasser, Abfall). lhre Besontierheit besteht in der technischen sowie betrieblichen Vielfiltigkeit und dem sehr unterschiedrichen Zugang tiher recht verschiedenartige Fachdisziplinen. Dies bedeutet einerseits, dass auch die Fachingenieurin oder der Fachingenieur haufig grundlegende Zusatzkenntnisse aus dern jeweils anderen Fachgebiet benotig, artdererseirs, dass es fur den Raum- und Urnweltplaner o h a l s sehr rniihsam ist, bei der Vielfalt der Literatur, den richtigen Einstieg in Umfang und Detaillierungsgt-ad zu bekommen. Die Elektrotechnik, der Maschinenbau, das Bauingenieunvesen bescMfligen sich traditionell: im Rahmen der Gesamtsysteme mit den unterschiedlichen Anlagen der Ver- und Entsorgung, jeder f i r sich, jeder in seinem Teilbereich. Hinzu kommen innvischen spezialisierte lngenieurdisziplinen, die sich rnit weiteren Details befassen (Verfahrenstechnik, Nachrichtentechnik, Wasserwirtschaft, AbfaIlwirtschaft). Diese bentitigen einerseits einen herblick fiber die Systeme als Ganzes, andererseits nicht-technisches Grundwissen, urn deren Funktion als Bestandteil unseres Siedlungsraurnes zu verstehen. Aber auch die Okologen, Geographen, Raumplaner oder Stadplaner wollen die Ver- und Entsorgungssysteme mit Hilfe ihrer Fachdisziplin nicht nur in eine Gesamtplanung integrieren, sondern auch unseren zukiinftigen Lebensraum gestalten. Auch dazu benotigen sie ausgewhltes technisches Grundwissen. Intention dieses Buches ist es, mil einer einheitlichen Systematik, die Grundlagen h i d r als Einstieg fiir alle Fachdisziplinen zu schaffen, welche die Voraussetzungen liefert, sich anschlieflend gezielt in den jeweiligen Teilbereichen je nach Bedarf weiter zu vertiefen. In der nachfolgenden Auseinandersetzung rnit den einzelnen Teilsystemen nimmt das Kapitel zur Strornversorgung deutlich mehr Raum ein, als die ljbrigen. Die ist der Tatsache geschuldet, dass sich in diesern Bereich in jiingsren Vergangenheit weitgehende Veriinderungen ergeben haben, die damustellen waren. Hans-Peter Tietz Dottmund, im September 2006

4 Ver- und Entsorgung als System 1-1 Systembetrachtung

1.2 Definitionen 1-3 Funktionen und Merkmale 1.3.1 Funktionen der Ver- und fntsorgungssysterne 1.3.2 Merkrnale der Ver- und Entsorgungssysterne 1.3.3 Privatisierung und Liberalisierung der Netzindustrien

1.4 Systemelement .natlirliche Ressourceu 1-4.1 Definitionen zu den natijrlichen Ressourcen 1.4.2 Funktion und riiurnlfche Strukturen der Ressourcen 1.4.3 Ernpfindliehkeiten der Ressourcen

1.5 Systemelement ,,Siedlungu 1.5.1 Definitionen zu den Siedlungen 1.5.2 f unktionen und raurnliche Strukturen der Siedlungen 1.5.3 Bedarf, Aufkornmen und Kosten der privaten Haushalte

1.6 System ,,Ver- und Entsorgung" 1-6.1 Teilelement Urnwandlung 1.6.2 Teilelement Transport 1.6.3 Teilelement Verteilung und Sammlung

1.7 Citeratur zu Ver- und Entsorgung als System

2 Stromversorgung 2.1 Strornversorgung als System 2.1.I Systemeigenschaften der Stromversorgung 2.1.2 Regelungsmdglichkeitenim System Stromversorgung

2.2 Grundlagen zum System Stromversorgung 2.2.1 Physikalische Makinheiten und technische Erlauterungen 2.2.2 Rechtliche Grundlagen

2.3 Strornversorgung in Deutschland 2.3.7 Geschichte der Stromversorgung 2.3.2 Aktuelle Situation der Strornversorgung 2.3.3 Pflichten und Aufgaben von Netzbetreibern

2.4 Verfilgbare Ressourcen und Strornbedarf 2.4.7 2.4.2 2.4.3 2.4.4

Fossile Energietrager Regenerative Energietrager Strornbedarf der Siedlungen Die Ressourcennutzung der Stromwirtschaft

2.5 Stromerzeugung 2.5.1 Komponentender Strornerzeugung und deren Funktion 2.5.2 Raum- und Umweltwirkungen der Stromerzeugung

I Ver- und Entsorpungals System

2.6 Stromtransport 2.6.1 Kornponenten des Stromtransports und deren Funktion 2.6.2 Raum- und Umweltwirkungen des Stromtransports

2.7 Stromverteilung 2.7.1 Kornponenten d e r Stromverteilung und deren Funktion 2.7.2 Raum- und Umweltwirkungen der Stromverteilung

2.8 Literatur zur Stromversorgung

3 Warrneversorgung 3.1 Warmeversorgung als System 3.1 .ISystemeigenschaften der Warrneversorgung 3.1.2 Regelungsrnoglichkeiten im System Warmeversorgung

3.2 Grundlagen sum System Warmeversorgung 3.2.1 Physikalische MaReinheiten und technische ErlButesungen 3.2.2 Rechtliche Grundlagen

3.3 Wiirmeversorgung in Deutschland 3.3.1 Geschichte d e r Warmeversorgung 3.3.2 AMuelle Situation der Warmeversorgung in Deutschland

3.4 Verfilgbare Ressourcen und W3rmebedarl 3.4.1 Primarenergiefaktor 3.4.2Regenerative Energietrgger 3.4.3 Warmebedarf

3.5 Wameerzeugung 3.5.7 Komponenten der Wdrmeerzeugung und deren Funktion 3.5.2 Raum- und Umweltwirkungen der WBrmeerteugung 3.5.3 Kosten der Warmeerzeugung und deren Tragerschail

3.6 Warmetransport 3.6.1 Komponenten des WBrmetransports 3.6.2Raum- und Umweltwirkungen des Warmetransports 3.6.3 Kosten des WBrrnetransports und deren Trhgerschaft

3.7 Warrneverteilung 3.7.1 Warrneverteilung und deren Funktion 3.7.2 Raurn- und Umweltwirkungen d e r Warmeverteilung

3.8 Literatur sur Warrneversorgung

4 Nachrichtenversorgung 4.1 Nachrichtenversorgungals System 4.1 .1 Systerneigenschaffen der NachrichZenversorgung 4.1.2 RegelungsmBglichkeiten irn System Nachrichtenversorgung

4.2 Grundlagen zum System Nachrichtenversorgung 4.2.1 Physikalische MaReinheiten und technisehe Erlauterungen 4.2.2 Rechtliche Grundlagen

1 Ver- und Entsorgung als System

4.3 Nachrichtenversorgung in Deutschland 4.3.7 Geschichte der Nachrichtenversorgungssysteme 4.3.2 Aktuelle Situation der Nachrichtenversorgung

4.4 VerfUgbare Systeme und Nachrichtenbedarf 4.4.1 Verfijgbare Kornmunikationssysteme 4.4.2 Kommunikations- und Nachrichtenbedarf

4.5 Senden und Ernpfangen von Nachrichten 4.5.1 Anlagen zur .Urnwandlung* 4.5.2 Raum- und Urnweltwirkungen von Sendeanlagen

4.6 Nachrichteniibertragung 4.6.1 Ubertragungsvetfahren 4.6.2 Raum- und Urnweltwirkungender Nachrichteniibertragung

4.7 Nachrichtennetze 4.7.1 Telekommunikationsnetze 4.7.2 Mobilfunk- und Richlfunknetre 4.7.3 Raum- und Urnweltwirkungen der Nachrichtenverteilung

4.8 Literatur zur Nachrichtenversorgung

5 Wasserversorgung 5.7 Wasserversorgung als System 5.1.I Systemeigenschaften der Wasserversorgung 5.1.2 Regelungsmoglichkeitenim System Wasserversorgung

5.2 Grundlagen zurn System Wassenrersorgung 5.2.1 Physikalische Mafieinheiten und technische Erlauterungen 5.2.2 Rechtliche Gnrndlagen

5.3 Wasserversorgung in Deutschland 5.3.3 Geschichte der Wasserversorgungssysterne 5.3.2 Aktuelle Situation der Wassewersorgung

5.4 Verfigbare Ressourcen und Wasserbedarf 5.4.1 Verfijgbare Ressourcen 5.4.2 Wasserbedarf der Siedlungen

5.5 Wasseraufbereitung 5.5.1 Kornponenten der Wasseraufbereitung und deren Funktion 5.5.2 Raum- und 'Ilrnweltwirkungen der Wasseraufbereitung

5.6 Wassertransport und Wasserspeicherung 5.6.1 Komponenten des Wassertranspoltes und deren Funktion 5.6.2 Komponentender Wasserspeicherung und deren Funktion 5.6.3 Raurn- und Umweltwirkungen von Transport und Speichenrng

5.7 Wasserverteilung 5.7.1 Komponenten der Wasserverteilung und deren Funktion 5.7.2 Raum- und Umweltwirkungen der Wasserverteilung

5.8 Literatur zur Wassewersorgung

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I Ver- und Entsorgung als System

6 Abwasserentsorgung 6.1 Abwasserentsorgung als System 6.1 . I Systemeigenschaften der Abwasserentsorgung 6.1.2 Regelungsrnoglichkeiten irn System Abwasserentsorgung

6.2 Grundlagen zum System Abwasserentsorgung 6.2.1 Physikalische MaBeinheiten und technische Erlautenrngen 6.2.2 Rechtl~cheGrundlagen

6.3 Abwasserentsorgung in Deutschland 6.3.1 Geschichte der Abwasserentsorgungssysteme 6.3.2 Aktuelle Situation der Abwasserentsorgung in Deutschland

6.4 Abwasseraufkommen und Entsorgungsbedarf 6.4.1 Abwasseranfall aus den Siedlungen 6.4.2 Abwasseranfall aus der lndustrie 6.4.3 Kl~rschlarnrnanfall 6.4.4 Ressourcenschutz

6.5 Abwassersamrnlung 6.5.1 Kornponenten der Abwassersamrnlung und deren Funktion 6.5.2 Raum- und Umweltwirkungen der Abwassersammlung

6.6 Abwassertransport 6.6.1 Kornponenten des Abwassertransportes und deren Funktion 6.6.2 Raum- und Umweltwirkungen des Abwassertransportes

6.7 Abwasser- und KlArschlamrnbehandlung 6.7.1 Kornponenten der Abwasserbehandlung und deren Funktion 6.7.2 Komponenten der Klarschlammbehandlung und deren Funktian 6.7.2 Raum- und Umweltwirkungen der Abwasserbehandlung

6.8 Literatur zur Abwasserentsorgung

7 Abfallentsorgung 7.1 Abfallentsorgung als System 7.1.ISystemeigenschaften der Abfallentsorgung 7.1.2 Regelungsmoglichkeiten irn System Abfallentsorgung

7.2 Grundlagen sum System Abfallentsorgung 7.2.1 Physikalische Maneinheiten und technische ErlButerungen 7.2.2 Rechtliche Grundlagen

7.3 Abfallentsorgung in Deutschland 7.3.1 Geschichte der Abfallwirtschaft 7.3.2 Aktuelle Situation der Abfallentsorgung in Deutschland

7.4 Abfallaufkomrnen und Entsorgungskapazitaten 7.4.1 Abfallanfall 7.4.2 EntsorgungskapazitBten

1 Ver- und Entsorgung als System XI

7.5 Abfallsammlung 7.5.1 Kornponenten der Abfallsammlung und deren Funkfion 7.5.2 Raum- und Urnweltwirkungender Abfallsammlung

7.6 Abfalltransport 7.6.1 Kornponenten des Abfalltransportes und deren Funktion 7.6.2 Raum- und Urnweltwirkungen des Abfalltransportes

7.7 Abfallbehandlung Kompanentender Abfallbehandlung und deren Funktion 7.7.2 Raum- und Urnweltwirkungen der Abfallbehandlung 7.7.1

8 Systemkoordination irn Raum 8.1 Einbindung in den Siedlungsraum und Freiraum 8-2 Systemoptimierung irn Raum 8.2.1 Optimierung der einzelnen Ver- bzw. Entsorgungssysteme 8.2.2 Bijndelung 8.2.3 Regronalplanung

8.3 Ver- und Entsorgungskonzepte und -pliine 8.4 Raum- und Urnweltvertr~glichkeit 8.4.1 8.4.2 8.4.3 8.4.4

Genehrnigungsverfahren Raumordnungsverfahren UrnweltvertrZiglichkeitsprijfung Natwra 2000 und FFH-Vertmglichkeit

8.5 Ver- und Entsorgungssystemein der Bauleitplanung

8.6 Literatur zu Systemkoordination irn Raum

Verzeichnis der Bilder

Verzeichnis der Tabellen

1 Ver- und Entsorgung als System Die Versorgung der Siedlungen mit Strom, Wfirme, Nachrichten und Wasser sowie deren Entsorgung von Abwasser und Abfillen erfolgt jeweils in Ver- bzw. Entsoryngssystemen. Diese werden in raumlichen Planungsprozessen und bei der Beurteilung ihrer Umweltwirkungen fast ausschlienlich mit ihren spezifischen Systerneigenschaften beriicksichtigt und damit selten gemeinsam betrachtet, obwohl sie zahlseiche strukturelle Gemeinsamkeiten aufweisen und ihre vielfaltigen Wirkungen auf die Urnwelt im h u m kumulieren.

I.I Systembetrachtung Eine Systembetrachtung erleichtert es, gedankliche ,,OrdnungL' in die einzelnen Aufgaben und die Anlagen zur Ver- und Entsorgung zu bringen und Parallelen und Gemeinsamkeiten zwischen den Systemen aufiuzeigen. Dabei werden die Ver- und Enrsorgup1gssysteme jeweils als eine dreiteilige Systemkomponente verstanden, deren Aufgabe es ist, den raumlich und zeitlich notwendigen Austausch zwischen andcren Systernkomponenten, hier definitionsgemEl3 den ,natiirlichen Ressourcen' und den ,Siedlungen', hwzustellen (Bild 1- I ). Diese setzen sich jeweils wiederum aus den SystemeIemenren Umwandeln, Transport und VerteiIenlSammeln zusamrnen.

Naturliche Ver- u. Entsorgungssysteme Ressourcen

-

Rohstoffel Boden Wasser

Umwandeln

Trans-

Verteileni

a o-#O

Luft

port~eren

Sammeln

Raum Siedlu ngen GrundsWcke Gebsude Nutzer

Y

Zeit

Bild 1-1 Ver- und Entsorgungssysterne, natiirliche Ressoureen und Siedlungen

Die narjirlichen Ressourcen umfassen die Rohstoffe f i r die Strom-und WBmeversorgung sowie das Wasser fdr die Trink- und Brauchwasserversorgung. Rohstoffe und Wasser mlissen hierfir zunachst gewonnen bzw. gefdrdert werden. Schliel3lich miissen die Ressourcen die nach der Nutmng iibrig bleibenden Restsroffe wieder als Abfalle oder als Abwasser awhehmen, soweit diese Reste nicht wieder verwertbar sind. Es findet somit gewissermaf3en ein Stofiechsel (Metabolismus) statt. Es gibt zwar auch eine Versorgung der Siedlungen mit

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1 Vcr- und Entsorgung ais System

Frfschluft, die Ressource Lufi nimmt jedoch bei den Ver- und Entsorgungssysternen eine besondere Stetlung ein. Ahnlich wie das Wasser fcr den Transport fester und fliissiger Abfille ist sie in erster Linie ein Tragemediurn f i r die Nachrichten und dient zur Aufnahrne von Abfaltstoffm (hier den ,,Luftschadstoffen") aus den Ver- bzw. Entsorgungsprozessen.. Die Siedl~tngsrd~~me (kurz als ,Siedlungen' bezeichnet) stehen f i r die Grundstiicke und die Geblude, die versorgt werden mussen und Gr die Nutzer mit ihren Bediirfnissen und ihrem Aufkommen an zu entsorgenden Stoffen. Einzelne Elemente der Ver- und Entsorgungssysteme iiberlagern sich dumlich meist mit den natiirlichen Ressourcen b m , den Siedlungen. Dies bedeutet, dass 2.B. die K r a h e r k e in den Rohstoffabbaugebieten oder ssmtliche Systemelemente der Ab\vasserentsorgung innerhalb der Siedlungen liegen kiinnen. Die Systeme werden jeweils von Strom, Wfirme, Wasser, Abfall oder von Nachrichten ,,durchflossen"'. Dzarchflzzrss bedeutet hier, dass yon auflen emas zugefihrt wird (input), dass das System dieses ,Etwas' umwandelt, transformiert und zum Aufbau von Ordnungsmustern oder von Leistung nutzt und schEieRlEch in anderer Form und nach einer gewissen Zeit itgendwo im Raum wiedw abgibt (output). Bei globalen Modellierungen geht es darum, inwieweit bestimmte VariabEen noch gesteigert werden kiinnen (Wirtschafts- und Bevolkerungswachstum, Outputs in Atmosphlire und Urnwelt etc.), ob durch negative Feedbacks angetriebene Prozesse in katasttophenartige Zust5nde fihren (Aufirauchen der Rohstof'fe, endgiiltige Verseuchung von Boden, Wasser und Lufi) oder ob ein System auch iiber Brernsmechanismen (positive Rilckkoppelungen) veffirgt, welche die eingefihrte Tendenz der Abweichungsverstarkung zu hernrnen oder zu blockieren vermiigen. Ziel muss es dabei sein, die anthropogenen Systeme so m betreiben, d.h. durch vorausschauende Planung und umweltvertriigIichen Betrieb so einzuregdn, dass diese Iangfristig nicht nur wirtschaftlich, sondem auch sozial- und umweltvertr3glich (also ,,nachhaltig") funktionieren. Bei der Betrachtung von Ver- und Entsorgungssystemen sind somit drei Aufgaben von besonderer Bedeutung: (1) En Vet- und Entsorgungssysternen finden Prozesse statt, die in dem dazugehdrjgen System jeweils in spezifischer Form geregelr oder gesreuert werden. Das bedeutet, dass Elemente (bzw. Smkturen) zu enmickeln sind, welche den ,VersorgungsflussL der Zustgnde, Stoffe oder Materialien charaktesisieren (in Form von Strorn, Wame, Nachrichten, Wasser, Abwasser, Abfall) und solche, die der Regelung oder der Steuemng des Ver- bzw. Entsorgungsflusses dienen. Bezieht man dariiber hinaus die Systemelemente ,natiirIiche Ressource' (die Sozialwissenschaftler wiirden ganz allgemein ,Nature sagen) und dern ,Siedlungsraum' (der hier entsprechend rgumlich konkreter7 ganz allgemein f i r die ,Gesellschaft' steht) mit in die Betritchtung ein, dann miissen die aus Versorgungsfluss und Versorgungsregulation msamrnengesetaen Versorgungssysteme im ijbergangsbereich zwischen den Ressourcen und den Siedlungen einen geregelten Nutzungsprozess erfitlen entweder in dem Fluss mischen Quelle und Senke, oder umgekehrt. Bei einer Modejlierung von Prozessregulationen f i r Ver- und Entsorgungssysteme in Anlehnung an die systems dynamics kann man innerhalb einer Systemgrenze allgemein zwischen den verschiedenen Elementen und speziell zwischen FlussgrliBen, Ventilen, Verzfigerungen und Riickkopptungen als Regelungselernente unterscheiden [I .I]. Damit ein so konzipiertes

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I Ver- und Entsorgunn als System

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System auch bei Versorgungs- oder Entsorgungsaufgaben als selbstreguliertes adaptives System operieren kann, muss eine eigene Ebene der Steuerung und Regelung organisatorisch und technisch aufgebaut und mit der Ebene des Versorgungsflusses verbunden werden (siehe Bild 1-21.

Bird 1-2 Algerneine Regeltlng eines Versorgungssystems nach [I .I 1

(2) Systeme mtissen optimiert werden. Planerisches Ziel ist es him, die zun5ichst linear ausgelegten Systeme in k i s l a u f e umzuwandeln, darnit diese rniiglichst energie- und ressourcenschonend funktionieren. Das heiflt, dass die einzelnen Systeme moglichst wenige Ressourcen verbrauchen und maglichst wenig belastete Ressourcen an die Natur zuriickgeben. Wghrend ihrem Funktionsablauf sollten diese auch selbst so wenig Energie wie miiglich benotigen. Bamit kommt den Ver- und Entsorgungssystemen eine besondere Bedeutung zu, weil sie das Bindeglied zwischen den Siedlungen mit ihren Nutzern und den natiirlichen Ressourcen darstellen. Eine Optimierung der Siedlungsplanung kann daher nicht ohne eine Einbeziehung der natiirlichen Ressourcen erfolgen - und auch nicht ohne Einbeziehung der Ver- und Entsorgungssysteme. Klassische Riickkopplungssysteme erfassen Abweichungen von einem Sollwert immer erst dam, wenn sie auch taFsHchl ich aufgetreten sind. Fiir die Ver- und Entsorgungssysteme gi It aufgmnd teilweise fehlender Sollwerte dariiber hinaus, dass solche Abweichungen oft erst dann wahrgenommen werden, wenn bereits irreparable Schaden eingetreten sind (Waldsterben, aufgebrauchte Ressourcen, Ausgestorbene Arten). Filr eine vorsorgende Planung sollten aber Abweichungen schon erfasst werden, wenn sie in der Regelstrecke aufireten, urn dann an tizipierend gegenzusteuern. Eine solche feed-fnmwrd-cantrol dvrch ,vorwX~irtsgeregette Regelkreise' werden bei der technischen Prozessoptimiemng in Kombination mit Riickkopplungen angewendet [1.2]. Man spricht hier dann von (planerischer) ,VotwtIrtsoptimierungC und (technischer) ,Rilckw5rtsoptimienmg*. Diese Prozessoptimierung muss aber nicht nur im technischen System, sondern auch im Gesamtsystem aus natiirtichen Ressourcen, Ver- und Entsorgungssysternen und den Siedlungsritumen und ihren Nutzem erfolgen. (3) SBmtliche Systeme benotigen Speicherelernente. Da im Nutzungsprozess jeweils nur eine ganz bestimrnte Menge an inprrt erforderlich ist (bedarfsabhgngige Systeme) oder nw eine bestirnrnte Menge an output entstehen sol1 (aufkommensabh%ngige Systeme), muss es eine

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1 Vcr- und Entsorgung ais System

Regelung zwischen dern Nutzungsprozess und der Quelle bzw. der Senke geben (Bedarfsanpassung), damit diese nicht alleine zur Systemerhaltung betrieben werden. Rei den Ver- und Entsorgungssystemen ist eine solche Regelung der Quellen und Senken nicht irnmer mijglich (z.B. ist der Wind ftir die Skomerzeugung oder die Aufnahmekapazittit i%r Abwasscr in einem Fluss nicht f i r jeden Zeitpunkt bestimmbar - allenfalls ist er mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vorhersehbar). Daher sind im System der Ver- und Entsorgung immer auch Komponenten fur die Speicherung des inptrrs oder des oufperfsvorzusehen. Die ungentigende zeitliche ijbereinstirnrn~n~ zwischen Angebot und Bedarf von Wasser, Energie u.a, geh6rt zu den Grundproblemen der Planung von Vet- und Entsorgungssystemen. Obwohl sich die Motivation f i r die storniche Speicherung - auch Energiespeicherung ist nahezu ausschliel3lich an eine stoMiche Speicherung gebunden - im Laufe der Zeit ge5indert hat, ist es in der Praxis irn AIlgemeinen wedet sinnvoll noch wirtschaftlich,eine Anpassung der Mvlomentanwerte von Bedarf und Angebot anzustreben. Stattdessen miissen Speicherprozesse als eine Wglichkeit des zeitlichen Ausgleichs in das System eingebaut werden.

gleichmaRiger Bedarf

I

b Zeit (StundflagMfochelJahr)

Bild 1-3 Spefcheworgang: laden und entladen

In der Energiewirtschafi 2.3. kornrnt h i m , dass Anlagen rnit einer rnoglichst konstanten Leistung betrieben werden sollten, weil An- und Abfahr- sowie TeillastvorgSnge stets rnit zusatzlichen Verlusten oder zusatzlichen Umweltbelastungen verbunden sind. Von nicht so grol3em Einfluss, aber dennoch nicht zu vernachliissigen, ist auch die Moglichkeit, dass wotz der thermodynarnischen Verluste die gespeicherte Energie eine ,,WerterhBhungS erfahren kann, wenn beispielsweise tarifzeitlich unterschiedliche Preise fxiert sind. Grundprinzip der Konzipierung einer Speichebung ist es (Bild 1-3), effektiv arbeitende und den beniitigten Stoff- oder Energiestrom bereitstellende Systeme mi? einer konstanten Leistung zu installieren. Bei Bedarfswerten, die kleiner als das Angebot sind, wird der Speicher vom System geladen (bzw. gefitlt) und bei Bedarfswerten, die gr613er als das Angebot sind, wieder enttaden (bzw, entleert). Unter Beriicksichtigung der Verluste und bei Kennmis der Belastungsganglinien (Stunde, Tag, Woche, Saison, Jahr) sind damit Handlungsregelungen f i r die Speicherdimensionierungund den Systembetrieb gegeben.

I Ver- und Entsorgung als System

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1.2 Definitionen Fiir eine raum- und umweltvertragliche Planung steht nicht die Beschreibung von Systemen in Form von mathematischen Modellen [1.3], sondern die qualitative Abbildung von Systemen der technischen Ver- und Entsorgung mrn Verstgndnis der Witkungszusammenh2nge und deren Qualitaten im V o r d e p n d . Dabei soilen zunachst die Raum- und Umwelhvirkungen abgeleiiei werden mit dem Ziel einer Integration der jeweiligen Fachplanung in die raumbezogene PIanung - und dies auf allen Betrachtungsebenen (lokal, regional, national). Eine quantitative Untersuchung des Stoff- beziehungsweise des Energieumsatzes (teilweise fir ganze Industriezweige, zum Beispiel den Energiesektor) wurde in den vergangenen Jahren im Rahmen von so genannten Stoffstromanalysen durchgefdhrt. Hierbei wurden drei Bilanzierungsarfen unterschieden: prozessbezogen, produktbezogen und stoffbezogen. Tm Falle der Stoffstromanalysen werden fur eine bestimmte riiurntiche Einheit die Energe und Materialfliisse bestimmt und f i r einen bestimmten Zeitraum bilanziert. Mathematisch entspricht dies einer so genannten Diskretisation (Unterteilung) in Raum und Zeit, physikalisch einer orts- und zeitspezifischen Erfassung. Solche Untersuchungen sind entweder stationar, das bedeutet Zeitunabhangigkeit des Systems und damit auch Zeitunabhangigkeit aller Groflen oder quasistationarer, das heiBt alle Fliisse sind zeitunabhgngig. Fiir die prozessbezogene quasistationhe Systernbetrachhng der Ver- und Entsorgug wird diese zunitchst in die Systeme Versorpng und E n r s o ~ n geingeteilt. Diese beiden bestehen jeweils aus den gleichen Systemkomponenten, verIaufen jedoch in ihrem Systemablauf spiegelbildlich (siehe spater Bild 1-4 und Bild 1-5). Diese beiden kannen weiter entsprechend ihter Funktion in Teilsysteme aufgeteilt werden, die dann unterschiedliche Vessorgungstr3pr bzw. Aufgabentrager repriisentieren.

Definition ,,Ver- und Entsorgung" Als Ver- und Entsorgung werden diejenigen Anlagen und Einrichtungen bezeichnet, welche den Nr~rzer~ in den Siedlungsriiumen Wasser Energie und Nachrichen bereirsrelten hm. welche d m aqfallende Ahwasser und die a~~fallendm AhfiIIe wieder den Ressoureen zz!fiihren oder diese schadlos beseitigen. Unter Einbeziehung sektoraler Fachdisziplinen wie ~konomie,Recht, Soziologie, Geographie, Bodenordnung und Vermessung beschaftigen sich dort auch die Fachplanungen wie Wohnungswesen, Gewerbeplanung, Finanzen und Haushaltsplanung, Landschafisokologie, Landschaftsplanung oder Verkehrswesen rnit den Ver- und Entsorgungssystemen. Nachfolgend erfolgt eine rnehrdirnensionale Betsachtung der unterschiedlichen Systeme in Raum und Zeit unter Betiicksichtigung der Umweltfaktoren Boden, Wasser, LuA (Klirna), PflanzenlTienvelt, Landschaft und Kultur und Sachgiiter unter besonderer Beriicksichtigung des Faktors ,,Menschu als Verbrawher, als Produzent oder als Akteur; als Betroffener von Urnweltwirkungen,von Gefahren oder von Kosten und als Gestalter des Lebensraumes (individuell, politisch oder adrninistrativ). Veusorgrrng Iasst sich im Bereich der technischen Enfrastruktur definieren als: die Ver,~otpngder Siedlungsraume mit Energie (Strom, Gas, Fern~~irme), Wasser und Nachrichtepl.

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1 Vcr- und Entsorgung ais System

Als Versorgungssysterne werden allgemein Systeme der sozialen, cechnischen oder institutio-

nellen lnfmstruktur bezeichnet, welche zur Versorgung mit Giitem (insbesondere Nahrungsmittel) und Dienstleishlngen dienen. Hier wird die Versorgung rnit Wasser als Trink- und Brauchwasser und mit Strom sowie mit RaumwZinne und mit Nachrjchten verstanden.

Ulrnwandeln

0

Transportieren

Verte~len

-

Quelle

Teilsystem Wassewersorgung FernwasserOrtsWasserwerk vorkom men IE wassemetz Teilsystem S argung HochspannungsOrtsRohstoffKraftwerk .:I. vorkomrnen ler~u~ IY strornnetz

Senke Wasserbedarf Strombedarf

Bild 1-4 Systemkomponenten und Teilsysteme des Systems Versorgung

Fiir die Funktion versorgen muss zunachst das Gut aus einem gefdrderten oder gewonnenen Rohstoff an einem Standort ,,erzeugtW,das heiflt veredeIt, umgewandelt oder aufbereitet, dann liber eine gwisse Strecke kontinuierlich oder diskontinuierlich transportiert und schliefilich an die Nutzer verteilt werden (Bild 1-4). Als Giiter werden dabei Hurnlich und zeitlich differenziert Licht, Kraft, Wiime, Trink- oder Brauchwasser nachgefragt, aber auch immaterielIe Nachrichten.

om-o Sammeln

Transport~eren Urnwandeln

L

Qwelle dbfallaufkommen Abwasseravfkomrnen

@

'-itsystem Abfallentsargung Senke I Behandfungs Ablagerungl lg trz anlage Einleitung ystern Abwasserentsorgung Abwasse rnetz

Hauptsarnrnler

KIirwerk

Einleitungl Ablagerung

Bild 1-5 Systernkomponenten und Teilsysteme des Systems Entsorgung

I Ver- und Entsorgung als System

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Altgemein versteht man unter E~lt.vorgtrng.~systemen die Entsorgung van Gtitern (insbesondere von AbWllen) und Dienstleistungen der technischen und institutionellen Infrastmktur. Fur die Funktion entsurgen muss das Gut, dessen sich jemand im Raum entledigen will [odm muss), mniichst eingesammelt, dann iiber eine gewisse Strecke transportiert, urn schliefllich an einem Standort abgelagert, dort in ein Gewasser eingeleitet oder in einen Stofkeislauf riickgefart zu werden (Bild 1-5). Dabei handelt es sich urn die ,GiiterYAhfall und Ahwa.~ser. Entsorgung lllsst sich irn Bereich der technischen Infrastruktur definieren als: A brransporr und gegeordnete Beseirigung, wie A ujbereitl~ng,Behandlung (Kondirionierung) und/oder gefahrlose Deponienmvg VUJI Abfallresfsruy%enalkr Arf (einscl7lie~lichAhgase und A bwasser) unrer Einbeziehung der A bfillverwerrung (Recyc/ng).

Wie die Bilder 1-4 und 1-5 ebenfalls zeigen, bestehen die Teilsysteme Versorgung bm.Entsorgung weiterhin aus einzelnen Systemelementen, die jeweils auch einen bestirnmten Infrastrukturtyp reprssenrieren. ZusBtzIich kann danach unterschieden werden, ob die Systemelemente oberirdisch oder unterirdisch verlaufen (2.B. Hochspannungsfreileitung oder -kabel bzw. offenes Abwassergerinne oder Abwasserrohr). Besondere Beachtung aus sicherheitstechnischer Sicht erfordern die nukleare Entsorgung, welche die Wiederaufarbeitung, Zwischenlagemng und Endlagmng radioaktiver Abfalle umfasst, und die Entsorgung von Sonderabfa!l. Beide werden wegen ihrer sehr speziellen planungs- und Umweltproblerne nicht weiter betrachtet. Definition Infrastruktur Unter ,,Infrastruktur" versteht der Okonom 6ffentliches Kapital und unter ,,lnfiastrukturinvestitionen" offentliche Investitionen. Der Begriff fand in den 1960er Jahren Verbreitung irn Zusammenhang mit Engptissen, die im Zuge des raschen Wirtschaftswachstums der Nachkriegszeit auftraten. Er entstammt ursprlinglich der Fachsprache der franzosischen Eisenbahnen, die unter ,,inftastructute" die erdgebundenen Eintichmngen rnit langer Lebensdauer (Bahnk81-per,Tunnel, Briicken, Sicherungsanlagen usw., nicht aber Fahrzeuge) versteht. ijber die NATO, die rnit ,,Tnfrastruktur" Kasernen, Versorgungsdepots, Radarstationen u. dgl. bezeichnet (nicht aber Waffensysteme), ging der Begriff ins wirtschafts- und regionalwissenschaftliche Vokabular iiber [1.4]. Infrastruktur wird auch als ,,Unterbau der Wirtschaff' iibwsetzt. Diese Bezeichnung weist daraufhin, dass es sich urn das Fundament einer Volkswirtschaft, welches Voraussetzung f i r die Herstellung, Verteilung und Verwendung von Waren und Dienstleistungen ist, handelt. Zu den klassischen Bereichen der Infrashuktur gehilren die Verkehrseinrichtungen (Verkehrsinfrastruktur; StraBen, Gleise, Flughafen usw.), die Anlagen der Energieerzeugung und -verteilung, der Wasserversorgung (Pumpstationen, Wasseraufbereimng, Wasserwerke, Hochbehglter), der Entsorgung (Klbanlagen, Deponien, Miillverbrennungsanlagen) und Nachrichtenubermittlung (Telekommunikation, Radio und Pernsehen). Man spricht dann auch von ,,Technischer Infrasmktur". Bei den Anlagen des Bifdungs-, KuItur-, Gesundheits- und Freizeitbereichs spricht man dann von ,,Suzialer Infrastruktuf '; gelegentlich wird auch von einer imrnateriellen Infrasmktur gesprochen.

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I Vcr- und Entsorgung ais System

1.3 Funktionen und Merkmale Trotz gleicher Systernkomponenten weisen die einzelnen Ver- und Entsorgungssysteme sehr unterschiedliche Funktionen und Merkmale auf, die nachfolgend beschrieben werden. Wesentlicher Einfluss geht zudem von den Bestrebungen zur Privatisierung und Liberalisierung der jeweiligen Systeme aus, die jedoch zahlreiche Gemeinsamkeiten aufweisen.

1.3.1 Funktionen der Ver- und Entsorgungssysterne Mit den Verkehrssystemen bilden die Ver- und Entsorgungssysteme die technische Infrastruktur. Fiir sie sind Gr'nOe, Lage und Einzugsgebiete von Standorten sowie Verlauf und Breite von Trassen sowohl auf Iokaler als auch auf regionaler und (inter)nationaler Ebene zu bestimmen. Dabei sind die jeweiligen Anforderungen an die Urnwela-, Gesundheits- und SozialveMglichkeit. die Versorgungssicherheit und die Wirtschafilichkeit zu beriicksichtigen. Anlagenstandorte sind bei der Planung einerseits irn Hinblick auf die raumlichen Anfotderungen des Bedarfs bzw. des Anfalls zu optimieren, andererseits sind Nutzungskonflikte am Standort selbst sowie Schutzabsttinde zu NachbarschaRen rnit unvertr8glichen Nutzungen zu beriicksichtigen. Trassen zum groflraurnigen Transport in Leitungen sind einerseits zur Reduzierung der Eingriffe und der Kosten moglichsr rnit direkter Linienfuhrung zu pIanen und gegebentnfalls mit anderen Trassen zu biindeln, soweit hierdurch keine ijberlast irn Raum auftrizt. Zusatzlich sind die Zerschneidungs- und Barrierewirkungen der Trassen zu beritcksichtigen. Oberirdische Leitungsfdhrungen sind auf solche FHlle zu beschranken, wo eine unterirdische Leitungsfihrung technisch nicht durchfihrbar oder wirtschaftlich nicht vertretbar ist. Innerhalb der Siedlungsflachen verlaufen die Ver- und Entsorgungsleitungen in der Regel untwirdisch im Straflenraum, so dass diese mit ihren Trassierungsparamete neben den verkehrstechnischen Parametern die Erschlieflung von neuen Siedlungen mitbestimmen. Gleichzeitig stellen diese eine bleibende Randbedingung f i r die Erneuerung im Bestand dar.

Wasstrversorgung, Energieversorgung, Nachrichtenversorgung, Abwasserentsorgung und Abfaltentsorgung werden als Teilsysterne der Ver- und Entsorgung betrachtet. Diese konnen sich Sberlagern, eqsflzen oder teilweise auch stiiren. Eine Koordinierung findez regelmHBig meist nur dann statt, wenn die Teilsysteme durch die gleichen Gffentlichen (Querverbundoder Spartenunternehmen) oder privaten Unternehmen (Versorgungs- oder Entsorgungswirtschaft) geplant, gebaut oder betrieben werden, Siehe hierzu Kapitel 8. a) Energieversorgung (Strom und Wgirme)

Die Energieversorgung beruht in Deutschland vonviegend auf den Primarenergietragern Kohle, 01 und Kemenergie, zunehmend aher auch auf Gas und den regenerativen EnergietrC gem Wasserkrafi, Windkraft, Solarenergie, Biomasse, Erd- und Umgebungswame. Zur Versorgung von Haushalten und Induswie mit Energie wird insbesondere der Sekundiirenergietriiger Strom eingesetzt, da er die grfinte FlexEbitit3t und Nutzungsvielfalt aufweist, iJber ihn konnen Licht und Kraft, zudem auch Warrne - und in zunehmendem Ma1 auch Kiilte - bereitgestellt werden.

Die leitungsgebundene Wlirmeversorgung erfolgt entweder direkt durch den Primarenergietrfiger Gas oder indirekt durch den SekundarenegietrJdger FernwPrrne. Anlagn der Energieversorgung sind Kraftwerke, Urnspannanlagen, Gasspeicher, Gasstationen zur Druckerhii-

I Ver- und Entsorgung als System

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hung und -reduzierung sowie die Leirungstrassen zum Energietransport (Hochspannungsfreileitungen und -kabel, Gashochdruckleitungen), m m Wgmetransport (Fernwiimeleitungen), sowie Netze zur Strom-, Gas- und WZitmeverteilung. b) Nachrichtenversorgung (Telekommunikation)

Bei der ,,VersorgungU mit Nachrichten, der Telekommunikation, handelt es sich genau genommen urn einen Nachrichtenaustausch. In diesem Teilsystem hat in den vergangenen Jahren ein starker technologischer Wandel stattgefunden, der durch cine Vjelzahl von Standorten fir Mobilhnkmasten und Richthnkanlagen sowie durch ein engrnaschiges bundesweites Glasfaserkabelnetz einen hohen Raumbezug aufweist. Trotz der gegeniiber der Strornversorgung deutlich kostengilnstigeren Systemeltmente, ihre dadurch bessere Anpassungsftihigkeit an die Siedlungsstruktur und den relativ geringen Standort- und Flachenbedarf f i r die Anlagen (SenderlEmpfgnger) und Leitungsnetze ist die Notwendigkeit zur Beriicksichtigung des Systems Telekommunikation in der Raurn- und UrnweltpIanung dennoch von groner Redeutung. Die Versoryng mit Wasser wird unterschieden nach der Versoryng der privaten Haushalte mit der elementaren Lebensressource Tsinkwasser und dem bislang haupts6chlich von Industriebetrieben, aber auch von Kraftwerken ru Kfihlzwecken nachgefragten Brauchwasser. Anlagen dw Wassemersorgung sind Quell- und Grundwasserfassungen mit den dazugehorigen Schutzgebieten, Trinkwassertalsperren, sowie die Anlagen zur Wasseraufbereitung (Wasserwerke) und -speicherung (Hochbehalter, Talspemn). Rei der Planung sind insbesondere hygienische Belange zu beriicksichtigen. Dort wo es moglich ist, sallten kiinftig Brauchwassersysteme die Trinkwassernutzung reduzieren, d) Abwasserentsorgung

Die Abwasserentsorgung von Haushalten, Industrie und Kraftwerken dient in erster Linie m Gewahrleistung der Urnwelthygiene und zum Erhalt und zur Verbesserung der Gewassergiite. Die Teilsysterne werden unterschieden nach Schmutnvasser und nach Regenwasser. Bei der Schmutzwasserentsor~ngsteht m m einen die ErhQlhung des Anschlussgrades durch die Ausweitung des Einzugsgebiets bestehender Kl-lagen im Vordergrund, zum anderen die Erggnzung der bestehenden Systeme durch kleinere, dezentrale Anlagen zur Erhlihung der Leistungsfahigkeit, sowie die Erganzung durch weitergehende (z.B, chemische) Stufen und der Ausbau und die Organisation der Klarschlammentsorgung, Eine wesenzliche Herausforderung der ngchsten Jahre wird die Anpassung der bestehenden Systeme in Qualitgt und Quantizat an die sich verandernden demographischen Bedingungen in den Entsorgungsgebieten darstellen.

Die Entsorgung von Abfall wird unterschieden nach der Behandlung und Ablagerung von Aausmlill bzw. von indus[riellen Swnderabfillen sowie nach der Behandlung und Ablagerung von Klarschlammen und Reststoffen aus der Energieerzeugung (Asche und Schlacke). Antagen sind Deponien f i r SiedlungsabfaHe und f i r Sonderabfdle, mechanische, mechanischbiologische und thermische Anlagen zur Abfallbehandlung, Sortier- und Aufbereitungsanlagen f i r Recyctingprodukte und Urnschlagstationen f i r Abfille und Wertstoffe. Das Transportsystem far die Abfdle zur Behandlung und Ablagerung von Abfallen ist in der Regel

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1 Ver- und Entwgung als System

nicht leitungsgebunden, zIhlr jedoch auch zur materiellen Tnfrastruktur und wird daher hier bei den Ver- und Entsorgungssystemen mitbehandelt,

1.3.2 Merkmale der Ver- und Entsorgungssysteme Ein wesentliches allgemeines Merkrnal der Ver- und Entsoryngssysteme ist deren Standortgebundenheit: Infrassruktureinrichtungen sind in dw Regel fest an den Standort gebunden (WasserbehSilter, Klgranlage, Kraftwerk, Funkmast), sowie deren weitgehende Leitz/ngsgebundenheir (Rohrnetz, Freileitung, Kabel) ihrer Transporteinrichtungen. Die Ver- und Entsorgung der Nutzer irn Raum findet in der Regel in Netzen statt. Diese ,,Netzinfrastruktur" (diesen Begnff venvendet auch der Bundesraumordnungsbericht 2000) wjrd meist im Rahmen der Erschlieflung der Siedlungsgebiete geplant und bezieht sich dann auf die Grundstiicke. Die Netze verlaufen ober- und unterirdisch. Sie wachsen liber Jahre hinweg und passen sich dabei den Anforderungen det Siedlungsentwicklung an. Die Einrichtung der Systeme zur Ver- und Entsorgung ist in der R e g l durch hohe Investitionen sowie lange Bauzeiten und Planungszeitraume gekennzeichnet. Die Systeme gehoren zum Teil mr affentlichen Daseinsvorsorge, zum Teil aber auch zu anderen Branchen (2.B. zur Lehensmittelversorgung beim Trinkwasser). Der Anspruch auf Bereitstellung der Ver- oder Entsorgungsdienstleistung besteht unabhangig davon, ob diese durch offentliche oder private Trgger betrieben werden. Daneben ist die Ver- und Entsorgungsinfrastruktur irn technischen Sinne unteilbar: Fernwarme- oder Abwassersysteme zum Beispiel mflssen game Einheiten bilden. Ein weiteres Merkma1 ist deren Langlebigkeit: Wassmohre haben eine Lebensdauw yon bis zu 100 Jahren, die Systeme selbst bestehen in ihrer Adage zum TeiI noch aus der RBmerzeit. ~nderungenirn Hinblick auf Niveau und Struktur der Infiastnrkturdienstleistungsnachhge sind vor dem Hintergrund der Technologieentwicklung in diesen Bereichen zu sehen. So ermiiglicht bspw. erst der Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechniken die BereiZstellung auf speziel le Kundenbediirfnisse zugeschnittener Dienstlei stungen. Speziel le Tarihodelle, die eine kontinuiwliche Verbrauchsmessung voraussetzen, sind ebenso Beispiele dafur wie etwa die Fernfiberwachung und Steuerung dezentraler Produktionseinheiten. In diesen Bereichen ergeben sich zudern noch unausgeschijpfte Kostensenkungspotentiale. So kann durch genauere Kennmis der Verbrauchsgewohnheiten der Konsumenten die SpitzenIastvorhaEtung etwa in der Energie- und Wasserversorgung minirniert werden. Der technische Fortschritt fdllt in den Teilsystemen jedoch sehr unterschiedlich aus: Wahrend in der Telekommunikation die Entwicklung weitgehend durch den technologischen Fortschritt angetrieben wird und sich nicht nur in neuen ebertmgungstechnologien mit hohwer Leistungsdichte, sondern insbesondere in neuen Produkten und Dienstleistungen BuBert, beschrankt sich der technische Fortschritt in den anderen Sektoren weitestgehend auf den Bereich Transport und ijbemagung sowie auf die unrnittelbare Produktion (Wasseraufbereitung, Elektrizitatserzeugung z. B , durch regenerative Energien). A ber auch diese Entwicklungen kiinnen sich Iangerfristig auf die Mark~trukturenauswirken, da sie zumindest theoretisch Dezenh.alisierungsptenziale erliffnen und Kostenstrukturen aufgmnd neuer economies of scale (,,GriiRenvorteile") uberdacht werden mussen.

Ein wesentliches wirtschafiliches Merkrnal der Ver- und Entsorgungssysteme ist deren hohe Kapitalintensi~t:Infrastruktureinrichtungen haben Investitionscharakter und fordem in der

1 Ver- und Entsorgung als System

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Regel einen sehr hohen Kapitalbedarf. Hier stehen die Kraftwerke: und die technisch hochwertigen Abfallbehandlungsanlagen im Vordergrund. Andererseits weisen die Systeme eine niedrige Kapitalproduktivitat auf: Die Ergiebigkeit der lnvestitionen und die Gewinnmoglichkeiten sind el~ergering, teilweise kaum vorhanden. Mehr noch als die Kapitalintensittit ist dies auch eine wirtschaflliche Schwache der Ver- und Entsorgungssysteme. Ein besonderes Merkmal ist auch deren Kostendegression: bedingt durch hohe Fixkostenanteile ist eine hohe Kapazitiitsauslastung erforderIich, wobei sich die Bkonomischen GrljBenvorteile besonders stark auswirken, beispielsweise bei der Auslastung eines Kraftwerkes oder einer Deponie. Ver- und Entsorgungssysteme sind teilweise auch durch eine geringe WirtschaRlichkeit gekennzeichnet, die sich durch eingeschriinkte Marktbedingungen etgibt, z.R. beim nicht vorhandenen Wettbewerb bei staatlichen Einrichtungen und Gutem (Kliiranlage). Wegen dw zus2tzlich vorhandenen geringen Tmportierbarkeit der Einrichtungen und htiufig deftzittiran Betrieb der Anlagen wird auch von ,,Marktversagen" bei Infrastsukhlreinrichtungen gesprochen. Ein Verfigungsmerkrnal der Ver- und Entsorgungssysteme stellt deren allgemeine Benutzbarkeit dar: die Nutzung durch eine Person schlient die Nutzung durch andere Personen nicht aus, in der Regel sind Infrastruktureinrichtungen der Allgemeinheit insgesamt jederzeit ,,zuganglich", zum Beispiel die Stromversorgung oder das Abwassersystem. Hliufig erfolgen die Investitionen mit dffentlichen Mitteln, zumindest beteiligt sich die tiffentIiche Hand an der Investition. Eigentum und Zustgndigkeit der dffentlichkeit bestehen in den Landkreisen z.B. noch bei den Abfalldeponien und in den Gemeinden bei den Versorgungs- und Entsorgungsnetzen, gerade bei den Anlagen zur Stromversorgung und bei den Telekommunikationsanlagenist die Privatisierung inzwischen weit fortgeschritten. Versorgungspflicht und Anschluss- und Benutmngsmang sind aber weitgehend durch vertragliche Regelungen an die privaten Betreiber iibertragen worden. Aktuelle Situation des Ver- und Entsorgungsinfrastruktur Ein fortschteitender baulichex Vetfall kommunaler Infi-astruktur, ein deutlicher Riickgang offentlichet Infrastrukturinvestitionen,die Privatisierung offentlicher Unternehmen sowie die Einfllhrung von Wetlbewerb auf Infrasmkturmtirkten kcnnzeichnen die aktuelle Situation der Ver- und Entsorgungsinfrastruktur in der offentlichkeit. Die schwierige Finanzlage der deutschen Kommunen iiberlagert die Probleme und bildet den I-Iintergrund f i r aktuelle Veriindenmgen: die Privatisierung verhilft den kommunalen Akteuren zu dringend notwendigen Einnahmen ihret (iiffentlichen) Unternehmen, wodurch diese sich finanzieller Belastungen entledigen konnen. In den Industrienationen hat sich wahrend der letzten J a k e das traditionelle Modell der Inft-astrukturbereitstellung stark verbdert [1.5]. Es miissen daher auch in Deutschland neue R e p lationsmodelle geschaffen und irn Rahrnen einer zukunftsgerichteten, nachhaltigen Infrastrukture~ltwicklu~lg auf ko~n~nutlafer, regiorlaler ur~d~~atiotlaler El-rene i1np1e11letltiei-iwzrden.

Hintergriinde und Urnsetmng der notwendigen Reformen unterscheiden sich aufgrund politisch-institutionellet oder kultureller Eigenarten, bei sektoraler Betrachtung auf europaischer Ebene lassen sich jedoch jeweils einige bestimmende Triebkrtifte identifizieren (Tabelle 1-1). Die Finanzlage der Kommunen hat sich in den letzten Jahren deutlich verscharft, selbst gut wirtschaftende Kommunen in prosperierenden Regionen sehen erheblichen Finanzprobternen

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1 Ver- und Entwgung als System

entgegen. Eine f~Irdie kommunate Enwicklung langfristig bedeutsame Folge der Finanzkrise ist ein sich beschleunigender Ruckgang komrnunaler Investitionen. Dem steht allerdings ein wachsender Investitionsbedarf gegeniiber. Fiir den Zeitraurn 2000-2009 ermittelt das Difu einen Investitionsbedarf von rd. A86 Mrd. €, wobei fast zwei Drittel dieser Summe auf den Ersatz und die Modemisierung der Infrastruktur fallt. Zum Vergleich: im Jahre 2002 beliefen sich die Sachinvestitionen der Kommunen auf rd. 22,5 Mrd. € [l A]. Tabelle 1-1 Triebkefte der Liberalisierung in Netzindustrien (nach [1.5]) Techni-

Deflxlte 6ff.

Potentielbe

E,, Binnen-

sche Entwicklung

Unternehmen

Wettbswerber

rnarktregel

X

X

X

X

X

X

X

ElektrizitZit

Gas

Telekom

Wasser

X X

X

Die dernographische Entwicklung wird bereits rnittelfristig auch Auswirkungen auf die Infrastrukturauslastung haben, und dies wird nicht nur wie bisher auf ostdeutsche Regionen beschrgnkt bleiben [I .7], [1.8]. Die Ruckgiinge auf der Nachfrageseite werden aufgrund des hohen Festkostenanteils dazu fihren, dass die Gebiihrenbelastung f i r die verbleibenden Kunden zunirnrnt und sich damit auch evencuell bestehende soziale Probleme verstkken. Schntmpfungsprozesse k6nnen innerhalb der Versorgungsgebiete auch raumlich konzentriert aufireten, was wiederurn Auswirkungen auf die Stablitat und dunktionsweise des gesamten Netzes haben kann [I.9]. iibertagert werden diese Probleme vielerorts noch durch zeitlich parallel ablaufende rIumlich differenzierte Entwicklungsprozesse, d.h. einerseits die Entleerung von Kernstfidten und andererseits ein oft ungebremster Suburbanisierungsptozess mit der Herausbiidung neuer Verbrauchsschwerpunkte an den Randern der Agglomerationen.

1.3.3 Privatisierung und Liberalisierung der Netzindustrien Mit dem Begriff Liberalisierung wird der Prozess einw dffnung bisher gesetzlich geschiitaer Monopolbereiche bis hin zur Beseitigung yon Marktmtrittsbarrieren und zur Einfhhrung von Wettbewerb bezeichnet. Liberalisierung setzt nicht zwangslaufig auch eine Privatisierung voraus. Eine Privatisierung kann auch innerhalb bestehender Monopolstrukhlren erfolgen. Wettbewerb in Sektoren, die nach wie vor Elemente von natiirlichen Monopolen aufweisen, kann sehr unterschiedliche Formen annehmen, wobei aufgrund der spezifischen Bedingungen bestimmte Wettbewerbsoptionen in einzelnen Sektoren schwieriger umzusefzen sind als in anderen. Die Privatisierung offentlicher Unremehmen ist ein weltweit zu beobachtender Prozess im Infrastrukturbereich. Die Privatisierungsmotive sind jeweils sehr unterschiedlich: Efizienzsteigemng, finanzwirtschaftliche Motive, Know-how-Transfer bis hin zu allgemeinen ordnungspolitischen Erw51gungen spielen jeweils eine Rolle [E .lo]. Der Privatisierungsbegriff ist dabei sehr weiz gefasst und deckt in der Praxis sehr unterschiedliche Formen des privaten Engagements im Rereich der Infi-astruktur ab. Dies zeigt sich deutlich auch in den hier betroffienen Sektoren

1 Ver- und Entsotgung als System

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Wasser- und Energiewirtschafi sowie der Telekommunikation. GrundsNztich ist in allen Teilsysternen eine Umwandlung offentlich-rechtlicher Unternehmen in Unternehmen mit privater Rechtsforrn im Gang (Organisationsprivatisierung). Qffentliche Unternehmen gewinnen darnir an Entscheidungsfreiheit und sind nicht mehr unmittelbar den engen Restriktionen des kameralistischen Rechnungswesens und des offentlichen Dienstrechts untenvorfen. In vielen EBllen ist die Umwandlung eines Unternehmens in eine privatrechtliche Organisationsform der erste Schritt zu einer Vermdgensprivatisierung, bei der auch die Eigentuinsanteile ganz oder teilweise auf private Dritte ijbergehen. Insbesondere auf der kommunalen Ebene sind in der Zwischenzeit zahlreiche Zwischenfomen enhvickelt worden, mit jeweils unterschiedlicher Verteilung von Zustandigkeiten, Verantwortlichkeiten und Eigenturnsrechten zwischen privaten und offentlich-rechtlichen Akteuren (Bsp. Betriebs- und Betreibermodelle, Konzessionsmodelle). Im Telekommunikationssektor sind vorwiegend private Unternehmen tatig, der Staat als Anteilseigner verliert zunehmend an Bedeutung. In der Energiewirtschaft gab es bereits traditionell einen Mix aus bffentlichen und privaten Untemehmen, auch hier ist eine Zunahrne privater Organisationsfomen festzustellen, allerdings mit sehr unterschiedlichen Ausprligungen in den Bereichen Erzeugung, Transport und Vertei lung. In der Wasserwirtschaft herrschen allerdings irnrner noch kommunale Bffentlichrechtliche Unternehmen vor, hier spielen private Anbieter bislang eine nachrangige Rolle.

Der Wegfall von Marktzutrittsschranken fihrt zwangslaufig dam, dass neue Anbieter auch rnit teilweise neuen Angeboten auf den Markt treten kijnnen. Hohe Anfangsinvestitionen, unzureichende Marktkenntnisse, Probleme beim Zugang zu vorhandenen Ressourcen und zur bestehenden Infrastmktur aber auch ein hohes Behammgsvemogen der Konsumenten sind Grlinde, warum sich neue Marktteilnehrner in allen liberalisierten Sektoren schwer tun, sich gegen die marktmschtigen incumbents (Arntsinhaber) durchzusetzen und nennenswerte Marktanteile m gewinnen. Die MBglichkeit der Ausnutzung von economies qf scale (Gr&flenvorteilen)begtinstigt in den Infrastruktursektoren mit ihren hohen Investitionskosten Konzentrationsprozesse. Dies bedeutet, dass sich die kleinen kornmunalen Unternehrnen von ihrer traditionellen Iokalen Bindung Ibsen, urn konkurrenzfihig zu bleiben. Dadurch gewinnt auch firr diese die regionale Ebene als Handlungsraum an Bedeutung. Andererseits bilden sich neben diesen horizontalen Konzenmtionsprozessen auch so genannte mvlti utilities (Mehrfachversorger) heraus, da die organisatorische Zusammenfassung verschiedener Infrastrukturdienstleistungen erlaubt, Verbundvorteile zu realisieren. Andererseits ist dies aber auch eine Reaktion auf veranderte Kundenbedurfnisse (Leistungen aus einer I-land) und der Versuch von Unternehrnen, fiber das Engagement in anderen bisher nicht bedienten Sektoren Zugang zu neuen Kundengruppen zu bekommen. Bei den klassischen deutschen Stadtwerken hat die Zusarnmenfassung von Infrastrukturdiensten eine proBe Tradition. Dort wurden die Kunden mit allen Leistungen (Energie, Wasser, Telekommunikation, Ahfall, aher auch Nahverkehr) verso@, urn Inkale Synergieeffekte auszuschopfen [1.11]. Das Gemeindewirtschaftsrecht ~ m ddas drtlichkeitspsinzip haben die kornmunalen Unternehmen bislang daran weitgehend gehindert, gro0riiumiger tiitiitig zu werden, wiihrend die europaischen Grol3konzerne welhveit agieren und dabei selten an einern Standort rnehrere Leistungen zusammen anbiecen. Neben der Tendenz zur Zusammenfassung verschiedener Dienste sind auch in allen Infi-astrukmrsektoren Entkopplungsprozesse festzustellen, verbunden rnit der Aufllisung der tradi-

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1 Ver- und Entwgung als System

tionell vertikal integrierten Stmktur der Ver- und Entsorgungsunternehmen. Zur Steigerung der EfFizienz und der Erhtihung der Flexibilitiit werden Wertschopfungsketten aufgebrochen und teilweise iiber regionale und sektorale Erenzen hinweg neu zusammengestellt. Dabei kommt das klassische hetriebswirtschaftFiche Tnstrument des Outsourcing zur Anwendung. Kennzeichen ist die Ausgliederung vor allern technisch und wirtschaftlich unterstiitzender Unternehmensfunktionen bei gleichzeitiger Konzentration auf die Kernkompetenzen. Von grijaerer Bedeutung Est in diesern Zusammenhang jedoch die Trennung von Netz und Betrieb, die aufgrund wenbewerbsrechtlicher Vorgaben auf nationaler und europtiischer Ebene von den Ver- und Entsorgungsuntemehmen umzusetzen ist. Ein solches zurnindest kostenrechnerisches oder organisationsrechtliches ,,Unbundling" sol1 den Wettbewerb in diesen Sektoren stgrken und neuen Anbietern einen fairen und diskriminierungsfieien Zugang zur vorhandenen Netzstruktur errnoglichen. Diese in der Telekommunikation und in der Energiewirtschafi gesetzlich vorgegebene Variante der ,,vertical separation" findet man zwischenzeitlich auch in AnsSitxn in der Wasserversorgung (Auslagesung der Wassergewinnungsaktivitaten in eigene Untemehmen) sowie im Bereich des Offentlichen Personennahverkehrs rnit der organisatorischen Trennung von Nett und Fahrbetrieb [l -121. Die Konsumenten gewinnen durch die Liberalisierung an Wahlmoglichkeiten, sowohl zwischen Anbietern als auch zwischen Produkten und Dienstleistungen, Der erwartete Riickgang der Preise fiit die Endverbraucher war zunachst betrachtlich, nach einer Phase der Marktkonsotidierung erfolgte dann wieder ein erneuter Preisanstieg. Negative Auswirkungen auf die Urnweltqualittit haben sich bislang nicht eingestellt, da private Unternehmen den gleichen Umweltauflagen unterliegen wie offentlich-rechtliche. Ausblick

Vor allem bei der Netzinfrastruktur zeichnet sich zunehrnend ab, dass der Staat die HauptVerantwomg fiir den Netzausbau tibernirnmt. Der Betrieb kann dagegen eher privattn Unternehmungen und dem Wettbewerb iiberlassen werden. Sache des Staates oder besonderer Kommissionen ist es, den zu liberalisierenden Netzzugang ( , , h e access, open accessbL)unter fairen Bedingungen zu regeln [I -41. Libetalisierung, Privatisierung und Deregulierung haben zur Folge, dass die Infrastruktur nicht mehr wie h h e r in den Dienst der Raumordnungspolitik gestellt wcrden kann. Will der Staat rnit diesem Instrument weiterhin strukturgestaltend agieren, so muss er mit den privaten lnfrastrukturgeseIIschaftm partnerschaAliche Leistungsvereinbarungen abschlienen und die Zusatzkosten aus Steuermitteln abgelten [1.4]. lnfiastrukturtheorie und -politik gehoren in den Wirtschaftswissenschaften zu den etablierten Subdisziplinen. Gr8nere Durchbflche sind in den letaen Jahrzehnten nicht zu verzeichnen gewesen. Eine Ausnahme stellen die Privatisierung und Deregulierung dar. Vieles spricht daftir, dass die Suche nach d m optimalen Verhiiltnis zwischen der Staats- und privatwirtschafilichen Steuerung und Finanzierung der Infrastruktur noch nicht abgeschlossen ist. Die unterschiedlichen technischen Bedingungen und die unterschiedlichen gesellschaftlichen, politischen und wirtschafilichen Anforderungen d m e n in den verschiedenen Bereichen der rnfrastruktur mit der Zeit zu spezifischen LGsungen fuhren [I .4].

1 Ver- und E n t s o ~ u n gals System

15

1.4 Systemelement ,,naturliche Ressource"

Naturliche

Ressource

Im hier verwendeten Gesamtsystem Ver- und Entsorgung (siehe Bild 1-1) wird der Begriff ,natiirliche Ressource' als Quelle der Stoffstrijrne verstanden, rnit denen die Versorgungssysteme die Siedlungen versorgen (Brennstoffe, Wasser) bzw. die Senke, zu der hin die Entsorgungssysteme die Siedlungen entsorgen (Abwasser, Abfall). Da Nachrichten lediglich ausgetauscht werden, beniitigen diese im Sinne der hier verwendeten Definition keine natiirlichen Ressourcen. Im Gegensatz zum Systemelement Siedlung sind die Ressourcen hier definitionsgemafl in den Freiraumen (in der ,,Landschaft") konzenbier1 und beinhalten somit die Natur rnit ihren Schutzzielen.

1.4.1 Definitionen zu den natiirlichen Ressourcen Ressourcen (natiirliche) Das in seiner franzosischen Schreibweise ins Deutsche ubernommene Wort ,,Ressource" (engl. resource) leittt sich von source = Quelle ab. Die Vorsiibe ,,re(s)" bedeutet so vie1 wie Wiederholung und damit Dauer; es bezeichnet daher eine stiindig flieflende, sich irnrner wieder erneuernde Quelle von Stoffen, die von der Natur bereitgestellt und fllr menschliche Zwecke nutzbar gemacht werden kannen. Man unterscheidet erneuerbare und nichterneuerbare Ressourcen. Zur Abgrenzung von den Produktionsfaktoren Arbeit, Kapital und Boden, die teilweise auch als Ressourcen bezeichnet werden, wird auch der Begriff der nattirlichen Ressourcen verwendet. Erneuerbare Ressourcen wachsen innerhalb eines iiberschaubaren Zeitraums nach (2.B. landwirtschaftliche Gutw wie Getreide, Raps oder Zuckerrijben). Nichterneuerbare Ressourcen werden durch Produktions- oder Urnwandlungsprozesse aufgezehrt und wachsen nicht nach (2.B. fossile EnergieMger wie Kohle und MineraliSl).

Gegenstand der Ressourcenokonomik sind Regeln und Strategien f i r deren N u t m g . Fiir erneuerbare Ressourcen gilt eine Nutzung als giinstig, wenn sie unterhalb der Regenerationsrate liegt. Aus der Forstwirtschafi ist dies als ,,nachhaltige Nutntng" bekannt. Fiir nichtmeuerbare Ressourcen gilt die Nutmngsregel einer funkcionalen Substitutionsfihigkeit, nach der die geschaffenen Werte den Wertverlust der Ressonrcen selbst kornpensieren sollen. Ressourcenknappheit wurde insbesondere im Jahr 1972 vom Club of Rome rnit seinem Rericht Limits to Growths (Grenzen des Wachstums) thematisiert [I .13]. Aus Bkonomischer Sicht hlngt die tats3chliche Erschapfung wesentlich von der Preisentwicklung ab. Ressourcenknappheit bedingt steigende Preise, steigende Preise stimulieren den technischen Fortschritt und fihren zur sparsameren Nutmng bzw. zur Entdeckung geeigneter Ersatzstoffe. Propnosen liber Ressourcenknappheit waren in der Vergangenheit hsufig zu pessimistisch. Oft liegen die Knappheiten weniger beim Ressourcenangebot, sondern in der begrenzten Aufnahmetzhigkeit der ijkosysleme fir Schadstoffe, die aus der Kessourcennutzung entstehen. Unter Ressourcenproduktivitlit versteht man das VerhIltnis von erbrachter wirtschaftlicher Leistung zum Verbrauch an Ressourcen. Dabei wird der Ressourcenverbrauch iiber die gesamte Wertschiipfingskette emitfelt. Nach Forschungsarbeiten am Wuppertal Institut werden die verwendeten Ressourcen als ,,Materialintensitiit pro Serviceeinheit (MIPS)" aufaddiert

16

1 Ver- und Entwgung als System

[1.14]. Nicht venvertete Stoffmengen beim Ressourcenabbau wie z. B. Bodenaushub werden als ,,Okologische Rucksacke" mitgerechnet. Das Statistische Bundesarnt ermittelt den Rohstoffverbrauchjahrtich in seinen urnweltBkonomischen Gesamtrechnungen (UGR). Ein Anstieg der Ressourcenproduktivitiit fihrt zu einer Entkoppelung der erwirischafieten Leistungen von dm Menge der eingesetzten Ressourcen; der Leistungsschwerpunkt verschiebt sich dabei von der kurzfnstigen Fertigungs- zur langfristigen Nutzenoptimierung. Entsprechende Strategien umfassen Vorsorgeaspekte, Produktverantwortung, technische Innovation und Unternehmenskommunikation. Es wird erwartet, dass diese Dynamik eine Halbierung des Naturverbrauchs bei Vetdoppelung der Wohlstandsleistungen (,,Faktor 4") bewirken [1.15].

nachgewiesen sicher

unentdeckt

wahr. indiziert (in scheln- rndgllch bekannten l~ch Eebieten)

spekulativ (in unbekannkn Gebiehn)

%

5-5

#=

Reserven

'5

=,

*#

'2 5

rohstofFwirtschaffliche Ressourcen

=:

Bild 1-6 Definition von Reserven und Ressourcen bei den Energierohstoffen [1.16]

Reserven Reserven sind eindeutig identifizierbare Vorriite, die sich unter heutigen oder in naher Zukunft zu erwartenden Bedingungen technisch und wirtschaftlich abbauen lassen. Es handelt sich demnach urn geoIogische Vorriite, die sicher nachgewiesen sind (siehe Bild 1-6).

Dernnach werden irn Bereich der RohstofTwirtschafi aIs Ressourcen solche Vomiite bezeichnet, die iiber die Reserven hinaus reichen. Sie sind nachgewiesen bzw. wahrscheinlich, aber technisch undloder wirtschaftlich zurzeit nicht gewinnbar. Zu den Ressoureen gehiiren femer noch nicht nachgewiesene, geologisch aber mogliche Lagerstgtten [1.17]. Die Begriffe ,natUrlich', ,naturnahqund ,EmpfindlichkeiP

Mit den Begnffen ,natiirlich' und ,natumah' wird der Zustand eines GeoKkosystems (eines Naturraurnes, einer Landschafl oder einer Ressource im okologisch-naturwissenschafilichen Sinn) bezeichnet, der sich aufwnd des rnenschlichen Einflusses ergeben hat. Als ,Hemerabie' wird die anthropogene Abweichung eines Objektes von einem durch Selbstregulation gekennzeichneten Zustand bezeichnet. Dabei wird unter anderem mischen den Hemerobiestufen ,natiirlich', (ahemerob) und ,naturnah' unterschieden [I. 1 81.

1 Ver- und Entsotgung als System

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Naturniihe ist definiert als die ijbereinstirnm~n~ eines Untersuchungsobjektes mit einem historischen Zustand. Im Bemg auf die natiirlichen Ressourcen spricht man von Empfindlichkeit, wenn das Risiko f i r Beeintrichtigungen hoch ist. Mi? zunehmender Wirkungsintensittit auf tine Ressource wiichst das BeeintWchtigungsrisiko. Stllrungen k8nnen jedoch schon bei geringen Wirkungen auheten, wenn die Empfindlichkeit hoch ist.

1.4.2 Funktion und raumliche Strukturen der Ressourcen Die Ressourcen stellen entweder eine Quelle fiir die Versorgungssysteme dar oder dienert als Senke f i r die Entsorgungssysteme. Ihre Inanspruchnahme verpflichtet zu nachhaltigem Wirtschafien und zum Schutz der Umwelt. Ressourcen werden yon den Ver- und Entsorgungssystemen zum einen beansprz~chr,in dem sie umgewandelt werden. Man sprjcht dabei auch von ,,Einkornmen~re~~~~rcen", wenn man somsasen nur die Zinsen des Ressourcenkapitals entnimrnt und von ,,VermGgensressourcen", wenn diese das unwiederbringliche NaturkapitaI darstellen 11.191. Andererseits werden die Ressourcen Belaster, indem sie entweder direkt die verbrauchten und dabei teilweise kontaminierten natiirlichen Ressourcen oder indirekt die Immissionen aus den Umwandlungs- und Transportprozessen aufnehmen miissen. Ressourcenschutz ist damit ein wesentlicher Bestandteil des Umweltschutzes. Er bezieht sich in dern umfangreichen ordnungsrechtlichen System in Deutschland meist ditekt auf cines der Schutzater Boden, Wasser, LuWKlima oder Natur, welche auch gleichzeitig die natiirlichen Lebensgrundlagen f i r den Menschen darstellen. Ressourcen werden in Anspruch genommen und dabei ,,verbmaucht", das heist sie werden so umgewandelt, dass sie ihren natiirlichen Zweck nicht mehr oder nur noch eingeschrlinkt erfiillen konnen.

Das heiBt zum einen, dass die in den Ressourcen (Rohstoffen) enthaltene Energie umgewandelt wird und damit rnit dern usspriinglichen Stoff (Brennstoff) nicht mehr zur Verfigung steht oder zurn anderen, dass die Ressource nicht mehr in dern ,,reinen" Ausgangsmstand vorliegt (Trinkwasser) und damit nicht mehr ihrer eigentlichen Aufgabe im Naturhaushalt dienen kann. Insbesondere der Naturschutz befasst sich ganzheitlich mit dem Schutz der natiirlichen Lebensgrundlagen und damit mit allen Ressourcen Boden, Wasser, LuftlKlima, Pflanzen- und Tienvelt und deren Wechselwirkungen untereinander. Fiir eine ressourcenschonende Planung von Ver- und Entsorgungssysternen erfolgt eine n2ihere Betrachtung der jeweils betmffenen Ressourcen in den jeweils zugehijrigen Kapiteln. Nachfolgend werden daher nur kurz die wesenrlichsten hierbei bewoffenen Ressourcen allgemein betrachtet.

a) Brennstoffe Als Ressourcen f i r die Strorn und Wlirmeversorgung dienen in Deutschland zum einen die fossilen Energien (Brennstoffe) wie Kohle, 0 1 oder Gas, nun anderen die regenerative Energielriiget wie Wasser, Wind, Sonne und Biomasse. Die raumliche Verfigbarkeit der fossilen Energien in Deutschland Est nicht nur durch die eigenen nationalen RohstoMagerstBten (Kohle und in geringem Umfang Gas), sondern insbesondere durch die groflrtiumigen nationalm Transportsysteme mit ihren Zwischenlagerplatzen oder Speichern bestimmt (siehe Kapitel 2 und 3).

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1 Ver- und Entwgung als System

Die regenerativen Energien sind zwar ,,ubiquiW (= Uberall verbreitet) verfigbar, in ihrer Intensitat jjedoch nur riiumlich sehr differenaiert nutzbar. Die Vorkarnrnen regenerativer Energietrager werden bei den Teilsystemen Stromversorgung und Warrneversorgung dargestellt.

b) Boden Die Ressource Boden dient im Bereich der Va- und Entsorgungssysteme als Flgche fur Standorte f i r Anlagen zur Strom- und Warmeerzeugung, zurn Senden und Empfangen von Nachrichten, mr Wasseraufbereitung, zur Abwasserbehandlung und zur Abfallbehandlung und Ablagerung sowie Flachen f i r Trassen zurn Strom und Warmetransport sowie fir Wasser- und Abwasserleitungen. Der Bodenverbrauch h r Verkehr und Siedlung in Deutschland nimrnt tilglich urn 105 Hektar zu. Zwar ist die FlSicheninanspruchnahme a u f p n d der schwachen Baukonjunktur irn zweiten Jahr in Folge weniger stark gestiegen, das Ziel der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie, im Jahr 2020 nur noch caglich 30 Hektar zusiitzliche Flgcichen fIIr Siedlung und Verkehr zu verwenden ist jedoch nur zu erreichen, wenn neben den Schwerpunkten ,Aufiverhmg des Wohnungsbestandes' und ,Attraktivere Gestaltung des Wohnumfeldes in bestehenden Siedlungsgebieten', wenn brachgefallene, ehemals gewerblich oder industriell genutzte, und damit bereits erschlossene Flachen verwendet werden. So kijnnen offentliche Fehlinvestitionen bei der Erschlieflung von Baugebieten vemieden werden. Zusatzlich sind hier jedoch likonomische Anreize (2.B. Befreiung yon Gnmdsteuer und Grundenverbsteuer beim Kauf von Wohnungen im Bestand, Abschafing der Wohnbauforderung). Wissenschaftliche Untersuchungen haben ergeben, dass sich die Fllcheninanspruchnahme allein hierdurch urn rund 15 Prozent verringem wiirde. Das ,Gesetz zum Schutz vor schgdlichen Bodenveriinderungen und zur Sanierung von Altlasten' (BBodSchG) vom Marz 1998, kurz Bundes-Bodenschutzgesetz genannl, regelt zurn Schutz der Ressource Boden entsprechend seinern 3 1 folgendes:

Zweck dieses Gesetzes ist es, nachhalfigdie Funktion des Bodens zzs sichern oder wiederherzustellen. Hierzu sind schudkhe Bodenverlinderungen abztr wehren, der Boden und A Itlasten sowie hierdiirch vemrsachre Gm~~.sservenmreinipngen zzr sanieren und Yorsorge gegen nachteilige Einwirkungen auf den Boden zu rreffen. Bef Einwirhngen auf den Boden sallen Beeintruchri~~ngen seiner nariirlichen Funktionen so wje seiner Fmktion als Archiv cfer N~fur-ttnd Kz~ltzrrge~~chichte so weit wie rnci:gJich verrnieden werden. Die Empfindlichkeit des Bodens ist wie bei jeder anderen FIacheninanspruchnahme auch bei den Ver- und Entsorgungssystmen jeweils mit in die Bewertung einzubeziehen. Dies kann zurn Beispiel aufgrund der Bodengiite oder der Bodenwerte erfolgen. c) Wasser

Die Ressource Wasser dient im Bereich der Ver- und Entsorgung als Trinkwasser fiir die Bevolkerung und die Lebensmittelproduktion, als Brauchwasser f i r Industrie und Landwirtschafi sowie als Kiihlwasser in der Tndustrie und fdr die Energieversorgung. Daneben wird die Ressource Wasser f i r den Transport von Fakalien und Abfallstoffen benotigt. Das Wasserdargebot En Deutschland wird mit 188 Mrd. m3 pro Jahr angegeben, wovon derzeit (Stand 2001) nur etwa 20 % (38 Mrd. m3) genutzt werden [1.20]. Hauptverbraucher det genutzten Wasserressourcen sind die Warrnehafhverke f i r die offentliche Versorgung mit einem Anteil von 65 %, gefofgt von Bergbau und verarbeitendem Gewerbe rnit rund 20 %. Auf die Landwirtschafi entWllt weniget als ein hatbes Prozent. Die offentliche Wasserversorgung lie@ mit ihrem j8hrIichen Wasserverbrauch von 5,4 Mrd. m3 bei rund 15 % des genutzten Wasserdar-

1 Ver- und Entsotgung als System

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gebotes. Trotz eines insgesamt ausreichenden Wasserdargebots gibt es auch in Deutschland Wassemangelgebiete rnit nur geringen nwtzbaren Grundwasservorkornmen. Vor allem in Ballungsgebieten iibersteigt der Wasserbedarf das Dargebot. Mit Femvwsorgungsleitungen wird fGr den AusgIeEch zwischen Wassermangelgebieten und Wasserfiberschussgebieten gesorgt. Fernwasserleitungen gibt es vor allem in Bayem, Baden-Wiirtternberg, Niedersachsen, Sachsen, Sachsen-Anhalt, Thiirlngen, im Ruhrgebiet und im Raum Erankfi~rtlhlain. Fiir die Wasserbilanz eines Gebietes muss der gesamte Wasserhaushalt betrachtet werden, der im Wesentlichen durch die Gronen NiederschlagshBhe, Abflussmenge und Verdunstung repdsentiert wird.

Wasser wird in Deutschland (1998) vorwiegend aus Grund- und Quellwasser (74 %) sowie Oberflachenwasser (21%) oder als Uferfiltrat (5%) den natiirlichen Ressourcen entnommen. Das ,Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts (WHG) vom 19. August 2002, kurz Wasserhaushaltsgesetz genannt, tegt in seinem 4 la zurn Ressourcenschutz folgendes fest: Die Geulas~ssersind als Bestandtei?des Nattrrharrshalres zrnd als Leben.svaum$ir E e r ~und Pfanzen m sfchern. Sie sjnd so za bewirtschujen, dass sie dem Wohl der Allgemeinheir und im Einklang mit ihm ouch dem Nutzen einzclner d h e n und vermeidbare Beeintrachtipngev ihrer iikologischen Funktion uaterbleiben. ... Die meisten FtieflgewIsser unterliegen einer mehr oder weniger intensiven menschlichen Nutzung, wobei eine der HaupZnutmngsfomen die Abfihrung von Abwasser ist. Durch den Abbau kommt es zum Verbrauch von Sauerstoff sowie zur Eutrophierung (Anregung des Pflanzenwachsturns durch Nghrstoffe - der Abbau der Pflanzen fdhrt wiederum zur Sauerstoffzehrung = Sekundarbelastung). Verschiedene Zeigmrganismen reagieren unterschiedlich auf den Mange1 an Sauerstoff. Zur Bestimmung der Gewksergiite werden daher die Kleintiere des Gewasserbodens (Makrozoobenthon) erfasst. Aus der Artenzusarnmensetzung kann dann der Saprobien-Index emchnet werden. Die Bestimmung der Gewgsserglite erfolgt in Deutschland nach dem Saprobien-System [1.21]. ZieI aller wasserwirtschaftlichen MaBnahmen ist es schtiefllich, die GewIssergute (yon Oberflachengewasser oder Grundwasser) su erhalten oder zu verbessern. d) Luft

Die Ressource LuR dient im Rahmen der Vm- und Entsorgungssysteme zum einen in ihrer Form als Wind (= bewegte Lufl in der Atrnosphgre) als regenerativer Energietriiger. Zum anderen wesden in die Lufl Schadstoffe iiberiragen, die direkt negativ auf den Menschen wirken k6nnen. Auch werden durch die Luft stof'lliche, t h m i s c h e und akustische Belastungen auf das Wasser, den Boden sowie die Pflanzen und Tienvelt und damit auch indirekt auf den Menschen ijbertragen. Urn in dieser systemorientiwten Beh-achhmg auch den Klimaschutz angernessen bwiicksichtigen zu kbnnen, ist es erforderlich, auch das Klima (= minlerer Zustand der Atmosphare, z.B. 30-40 Jahre, im Unterschied zu dem Begriff Wetter = mornentaner Zustand der Atmosphsre; 1 Stunde, 1 Tag) in Verbindung mit der Ressource Luf? zu betrachten. Die Lufi und das Klima sind im Prinzip ubiquittir vorhanden, deren Belastungen treten jedoch lokal und regional in ihrem Umfang sehr unterschiedEich auf Daher sind diese auch je nach Empfindlichkeit des Natur- und Siedlungsraumes unterschiedlich zu bewerten. Ressourcenschutz muss daher auch bei den Ver- und Entsorgungssysttrnen im Hinblick auf die globaltn Klimaschutzziele grundsatzlich und urnfassend beriicksichtigt werden. Dies ist insbesondere

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1 Ver- und Entwgung als System

dann schwierig, wenn lokale Interessen und kurzfistige Vorteile F ~ andere r Ressourcen entgegenstehen. Das ,Gesetz zum Schutz vor schSdlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinipgen, Gerausche, Erschiitterungen und ahnliche Vorgange' (BImSchG) vom 26. September 2002, kurz Bundes-Immissionsschutzgesetz genannt, legt in seinem (j I folgendes zum Ressowenschutz fest: Zweck dieses Geserzes is? es, Menschen, Tiere und Pflanzen, den Boden, dm Wasse~die R rmosphare sowie Kubar- zrnd sonsrige Sachp7rer vor schadIichen Urnwelmirkungen zu schu~zenztnd dem Entstehen von schddIIchen Umwelteinwirkungen vorzubeergen. Soweit es sich urn genehmi~tngsbedu$figeAnlagen handel?dent dieses Gesetz azich

-

der integrierten Yermeihng und Verrnindemng schtidlicher Umweltein~lirhmngen durch Emissionen in Lztfi, Wasser zrnd Boden unrer Einbeziehung der A~fallwirtschaft, urn ein hohes SchzttznivemiJTir dig Urnwelt insgesarn?zzt erreichen, sowie - dem Schzrtz wnd der Forsurge gegen Gefahren, erhebliche Nachfei/e und erhebliche Belastigungen, die aufandere Weise herheigqflhrt werden. Teilweise werden f i r besonders belastete Gebiete Luftqualitiitspliine aufgestellt und zu diesem Zweck Luftgute- oder Luftqualit5tskarten erstellt. Im Rahmen der Luftqualittitspl3ne erfolgte eine Abschatzung der LufiquaIitat d u d die kombinierte Anwendung von Monitoring-Methoden und Modellen auf verschiedenen rZiurnlichen Ebenen (von Hotspots iiber Straflenschluchten bis hin zu einem kontinentalen Level). Dabei werden unterschiedliche Verursacher auf lokaIer, regionaler, nationaler und europaischer Ebene sowie verschiedene Schadstoffe betrachtet. Die ErsteIlung von Luftqualitiitskarten erfolgt in DeutschIand und in Elzropa auf den verfigbaren Datensatzen rnittels ausgewiihlter Methoden zur Abschatmng der Lufiqualittit. Dabei werden Karten auf Eumpaebene bereitgestellt, welche die raurnliche Verteilung der Immissionsbelastungen fiir die Stoffe PM 10 und PM2.5 (Feinstaub ,,Particulate Matter" < 10 bzw. 2,s pm) NOz, 03, CO, SO2 und Benzol abbilden.

1.4.3 Empfindlichkeiten der Ressourcen Die Ver- und Entsorgungssysteme entfalten bei ihrem Bau, bei ihrem bestimmungsgemIflen und ihrem nicht-bestimmungsgeden Betrieb (also bei einem Stfirfall) sowie bei ihrem Riickbau spezielle, das heiat systernspezifische Wirkungen auf die Urnwelt. Diese wwden f i r die Teilsysteme Stromversorgung, Wirmeversorgung, Nachrichtenversorgung, Wasserversorgun& Abwasserentsorgung und Abfallentsorgung jewei Is in den Kapiteln zu den Anlagen zur Urnwandlung, zum Transport sowie zu den Netzen fur die Verteilung oder Sammlung behandelt. Nachfolgend werden die allgemeinen Wirkungen von solchen Eingriffen auf die Umwelt, das heiBt in diesem Fall aufdie Ressourcen Wasser, Boden und Luft, betrachtet (Tabelle 1-2).

Urnweltschutz ist immer auch Menschenschutz. Der effiziente Gesundheitsschutz steht in enger Verbindung mit Vorsorgemaflnahmen und bedarf einer stetig verbesserten Absch%?mng der FoIgewirkungen von Urnweltbelastungen auf den Menschen. Diese kannen direkt und indirekt ijber Systemveranderungen einwirken. Direkte Belastungen sind z.B. Luftschadstoffe wie Feinstaub bzw. 02011, Nitrat im Trinkwasser (Hausbrunnen), Schadstoffe in der Nahrung sowie Lambelastungen. Indirekte Belastungen reichen z. B. von einer Gkologischen

1 Ver- und E n t s o ~ u n gals System

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Verarmung der Umwelt und der damit verbundenen Abwertung als Lebms- und Erholungsraum bis hin zum miiglichen Auketen neuer Krankheiten als Folge der KlirnaverHndenmg. Tabelle 1-2 lnanspruchnahmeder Ressourcen nach SchuZzgut [I ,221

Schukgut

Schutzziel

Nuihung der Ressource

-

WIS

h f t / Kli-

ma

-

-

Tier

Landschaff

Ressourcenschutz

Gewisserschu~z

Grundwasxrschutz Quellschutz Klimaschutz Gesundheiwschutz(Hygiene)

Immissionsschutz

,,limaschun

-

Pflanzen

Bodenschutz

-

L5rrnxhuw Gesundheitsschuv.(Hygiene1 Pflnnzenschutz Biotnpschu~. Naturschutz Artenschutz Tierschua Anenschutz

LandschaAsschutz N ha n , Dcnkmalschutz

-

-

-

-

-

Flflchenbcdarf der dnlagc Rnckmhmng Abwaswr Riickfihrung Komyost

Rfickliihnmg Klanchlamm Eintrag LuRschadstoffe

Flichenbdarf Wasxrversorgungsanloge Nutzung f i r Kiihlung Nutzung iiir Transport ROckfOhmng Abwasxr Einurag Rodenschadslo~

Einmg LuRschadstoffe

FlfchenbdarFAnlagen f i r Verbrennung Rilckfihmng AbluR Eintrag Luftschadstoffe

Eintrag Geruch. Limn Finimo W # r m ~

Nuwung mr Brennstoff Rickfihrung Abwasser Riickmhmng Kompost ROckfOhmng K1hchlamm Einurag LuRschadsroffe Aulinahme Schad$tnfk (Nahrunguninel) Aufnahme von Wasserschadstoffen Aufnahme yon Luftschadstoffen Nutzung tiir Flichen Riickfihmng Abwasxr Riicktlhmng K O ~ ~ O

H

ROckmhrung K1hchlamm Eintrag LuRschadstoffe

a) Ressource Boden

Boden wird von den Ver- und Entsorgungssystemen irn Raum beeinflusst oder genutzt f i r die Anlagenstandorte und Trassen, mr Veri-ieselung von Ahwasser, 7ur Ahlagening von Klar-

schlamm, zum Anpflanzen von Bioenergiepflanzen und zum Schutz der Grundwasservorkommen (Filterfunktion). Als Gefahrenpotentiale sind insbesondere zu nennen:

- Stoffliche Eintr3ge aus Umwandlungsprozessen (Kraftwerke usw.), die direkte schgdigende Wirkungen haben, - Veriinderung der bioFogischen Bodeneigenschaftendurch Srorung des Nihrstoff- und Wasserhaushalts (indirekte Wirkungen) und

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1 Ver- und Entwgung als System

- Veranderung der mechanischen Bodeneigenschaften durch Verdichtung, Versiegelung, Rohstoffgewinnung oder Bebauung. b) Resseurce Wasser

Wasser wird von den Ver- und Entsorgungssysternen im Raum beeinflusst oder genutzt durch die Wasserentnahme und damit durch die Lage von Quellen bzw, der Grundwasservorkommen, durch die Entnahme und die Einleitung in OberflZichengewBsser, durch die Entnahme und Wiedereinleitung von Kiihlwasser, durch die Ablagerung yon Kl8~schlarnmund durch den Eintrag oder die Verrieselung von Regenwasser. Ver- und Entsorgungssysteme kiinnen damit eventuetl folgende erheblichen Eingriffe auf das Schutzgut Wasser bewirken:

- Eintrag schwa oder nicht abbaubarer, wassergefihrdender Luftschadstoffe auf dem Luftpfad in Oberflt-ichengewiisser oder ilber den Boden in das Grundwasser

- Themale Belastung von Oberfliichengewtissern durch Klihlwasser

- tjbermaBige Entnahme von OberflLchen- oder Grundwasser zur Kiihlung bzw. von Wasser zur Trink- oder Brauchwasserversorgung

- Eintrag von Nahrstoffen wie Phosphor- oder Stickstoffverbindungen aus Klaranlagen mit unzureichender Reinigungsleistung bnv. aus dem ijberlauf von Abwassersammelsystemen, bzw. von bakteriellen Verunreinigungen durch undichte oder beschtidigte Rohrleitungen im Boden oder von Sickenvasser c) Ressource Luft bzw. KIima

Die Lufl bzw. das KIima werden von den Ver- und Entsorgungssystemen im Raum beeinflusst oder genutzt durch die Emissionen, die von Anlagen zur Urnwandlung von Energie, zur Aufbereitung von Wasser, mr Behandlung von Abfallen und Abwbsem sowie durch Strahlungen, die yon EnergieversorgungdeiZungen oder Telekommunikati~nsanlagenausgehen. Ver- und Entsorgungssysteme kiinnen damit eventuell folgende erhebliche Wirkungen auf das Schutzgut Lufl bnv. auf das Klima bewirken:

- Emissionen von Stauben durch K r a h e r k e und Abfallbehandlungsanlagen, bzw. von Schwefeldioxiden und Stickoxiden durch Krafhverke

- Schwemtetallemissionen durch Kraftwerke und Abfallbehandlungsanlagen - Lflmemissionen yon Kraftwerken, Abfallbehandlungsanlagen und Umspannwerken

- Geruchsemissionen von KISiranlagen, Deponien oder Kompostierungsan lagen

- Themale Belastungen durch Kiihltiirme und Wirrnetauscher von Kraftwerken d) Ressourcen Pflanzen und Tierwelt sowie Landschaft

Die Betrachtung der Empfindlichkeit der Ressourcen ,Pflanzen und Tierwelt' sowie der ,Landschafi7 erfolgt in der Regel fiber eine Strategische Umweltprlifung (SUP) oder eine Umweltve~~glichkeitspriifung(UVP). Dort werden die Pfl anzen und Tierwelt, die Sandschafl sowie die Kultur und Sachgiiter als Schutzgiiter betrachtet und in die Priifung auf die Wirkungen einer Planung (SUP) oder einer Maanahme (W)hin einbezogen [1.23]. e) ,,Ressourcen6' Kultur- und Sachgiiter

Nicht alle Schutzgiiter konnen hier in dieser systemischen Betrachtung auch gleichwmal3en als Ressourcen fiir den ,,StofFtvechsel" in Siedlungsgebieten verstanden werden. Dies trim insbesondere f i r die Kultur- und Sachgiiter zu, die hier jedoch der Vollstandigkeit wegen aufgefiihrt sind.

a

1 Ver- und E n t s o ~ u n gals System

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1.5 Systemelement 9,SiedlungK'

Siedlung

In dern hier venvendeten Gesamtsystem Ver- und Entsorgung (siehe BiFd 1-1) stellen die Siedlungen zum einen diejenigen Senken dar, in denen ein Strom-, Wame- oder Wasserbedarf zu decken ist, zum anderen die Quellen des Abwasser- oder Abfallaufkommens, die zu entsorgen sind. Nachrichten werden zwischen den Siedl~ngen ,,ausgetauschta. In den Siedlungen konzentrieren sich somit (im Gegensatz zur ,,landschaff' d.h. den Freif umen, in denen die natilrlichen Ressourcen konzentriert sind) def nitionsgemd die Numngen und damit die Nutzer mit ihren gesellschaftlichen Bediirfnissen.

1.5.1 Definitionen ru den Siedlungen

Mit dem Begriff Siedlung werden hier zusammenfassend sowohl die gebauten Anlagen und Einrichtungen fils-das Wohnen, das hrbeiten, die Ausbildung, das Einkaufen, die Freizeit und die Erholung bezeichnet (physische Strukturelemente) als auch die darin lebenden Nutzer, die einerseits Nachfrager nach Strorn, Wame, Nachrichten und Wasser sind, andererseits Produzenten von Nachrichten, Abwasser und AbBllen (gesellschafiliche Strukturelemente).

Bediirfnisse, Bedarf und Nschfrage Die Nutzer dw Ver- und Entsorgungssysteme in den Siedlungsriiumen, also die Menschen, haben Bedilrfnisse. Diese sind grundslitzlich unbegrenzt, unterschiedlich, wandelbar, von verschiedenen Bedingungen abhangig und irn Einzelnen mehr oder rninder dringlich. Die Systeme haben daher die Aufgabe, zum Beispiel einen Bedarf nach WZjrme (z.B. Raumwfirme), nach Licht (Strorn), nach Wasser (Trinkwasser) oder nach Nachrichten zu befriedigen. Bedarf im wirtschaftlichen Sinne ist nur der Teil der BedSrfnisse, den der Mensch rnit den ihm zur Vefigung stehenden Mitteln behedigen will und kann. In diesem Sinne ist yon den Ver- und Entsorgungssystemen nur der Raumwiirmebedarf, der Strombedarf, der Wasserbed a d etc. zu decken. Nachfrage ist also das, was auch bezahlt werden kann.

Aufkommen und Entsorgung Der Begriff ,Aufkommen' bezeichnet allgemein das Erscheinen, das Auftreten, zum Beispiel von Wind bzw. die in einem Zeitabschnitt vereinnahmten Steuern. Bei den Entsorgungssystemen versteht man untw dem Aufkommen diejenigen Mengen und Qualitaten an Abwassw oder an Abfillen, die in Bezug auf eine Person oder einen Siedlungsraum entstehen und die anschlieflend entsorgt werden miissen. Unter Entsorgung wird dattei nicht nur die schadlose (endgiiltige) Ablagerung (bei Abfatl) oder Einleitung (bei Abwasser) verstanden, sondern auch alle Vorstufen, die dazu dienen die Abftille oder das Abwasser zumindest teilweise zu vermeiden, zu vemindern oder zu venverten. Aufkommen ist also das, was nicht vemieden werden kann.

1S.2 Funktionen und raumfiche Strukturen der Siedlungen Die Ver- bzw. Entsorgungsdienstleisrung bezieht sich nicht nur auf den Menschen als Nachfiager, Nurzer oder Prodment, sondern raurnlich auch ganz konkret auf Grundstiicke und auf Gebaude rnit unterschiedlichen Funktionen. Die durch den Grundstiickszuschnitt oder die

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1 Ver- und Entwgung als System

Gebaude gebildeten Siedlungssmkturen bilden so auch die Shukturen fIIr die Ver- und Entsorgung. Mangebend fiir die Planung sind hierbei lediglich die Orte von Bedarf und Aufkommen mit ihrer ,,DEchteLL(Bedarf oder Aufkommen bezogen auf die jeweilige Flache) und ihrer ,,KlirnungU,das heil3t rnit der Gr8Be der einzelnm zu ver- bzw. entsorgendm Elemente. Bereits rnit der Planung der Siedlungsstruktut konnen daher auch schon Planungsziele f i r eine mum- und umweltvertrlgliche Ver- und Entsorgung umgesetzt werden. Flgche sparen, Versiegelung vemeiden, einerseits Nutzungsmischung herstellen, andererseits Nutzungstrennung vornehmen, Zersiedelung und Zerschneidungen v m e i d e n sowie ein energiesparendes Planen und Bauen [ I .24] sind in den meisten Falle Ziele, die sowohl mit der Siedlungsplanung als auch mit der Planung von Ver- und Entsorgungssystemen in Einklang stehen. Hierzu stehen in der Siedlungsplanung zahlreiche Instrumente zur Verfipng in deren RaRmen zurn Teil auch die Planung der Ver- und Entsorgung stattfindet oder zumindest Rahmenbedingungen flir diese festgelegt werden: Landesentwicklungsplan, Regionalplan, Fachlicher Entwicklungsplan, FIBchennutzungsplan, Bebauungsplan, Gebaudeplanung. a) Die kompakte Stadt

Das zurzeit dominante stadtstrukturelle Leitbild nachhaltiger Stadtentwicklung ist das der kompakten Stadt. Die kompakte europaische Stadt wird im Gegensatz zum ,,urban sprawl" nordamerikanischer Stlidte gesehen [1.25]. Die Siedlungsstruktur der kompakten Stadt weist neben allgemeinen 6kologischen Vorteilen (geringe Flacheninanspruchnahme, kurze Entfernungen zwischen den Funktionen, Einsatz linien- und spurgebundener offentlicher Verkehrsmitttl) eine Reihe von Vorteilen auf, die auch effektive Ver- und Entsorgungssysteme ermoglicht:

-

Es kiinnen effektiv und damit urnweItschonend und kostengiinstig bandartige und damit flachensparende Kommunikationssystemeunter den Stadten eingerichtet werden und der Einsatz leitungsgebundener Versorgungssysterne, Nah- und Fernwiirmenutzung, Kraft-W3me-Kopplung ist wirtschaftlich tragfihig und der Einsatz auf Wiederverwendung ausgelegter Entsorgungstechnik sowie modernes AbwasserHBrtechniken wird erleicl~tert[ I .26].

6)Dezentrale Konzentration Ein siedlungsstmkturelles Leitbild, welches an dem der kompakten Stadt ansetzt, ist das der dezentralen Konzentration [1.27]. Dieses Leitbild kann sowohl auf Regionen aFs avch auf einzelne Stadte angewandt werden. Es bedeutet, dass Nutzwngen an bestimmten Orten irn Raum (Stadte oder Stadmile) konzentriert werden, urn stadtebautiche Dichte, Nutzungsmischung und Knotenpunkte fur IeistungsC4hige Verkehrstri4ger m erhalten. Tn okologisch be-milndeten Darstellungen wird in der Konzenmtion von Betastungen auf einzelne Standorte und in der klaren Abgrenzung dieser nrnl llndlichen UrnIand [I .28], welches die Zwischenraume ausftillt, ein besserer Schutz der natutriiumiichen Funktionen und Kutturlandschaftsfunktionen gesehen als bei einer relativ groBflZichigen, aufgelockwten Bebauung, die das Land fast vollstiindig uberzieht. Ein funktional optimierter WechseI zwischen Belastungs- und AusgIeichsraumen [1.29], bei dem sowohl quantita-tiv als auch qualitativ die umgebenden Ausgleichsriiume den Relastungsiibetschuss der Stadte puffern, wgre somit eine Perspektive, urn iiberiirtliche (Emissions-) Belastungen zu reduzieren.

1 Ver- und Entsotgung als System

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c) Zwischenstadt Das Konzept der Zwischenstadt nimmt eine Sichtweise ein, bei der die beiden oben genannten SiedEungsmodelle in Frage gestellt werden [I .31]. Urban Sprawl wird zum einen aIs eine zu akzeptierende Enhvicklung, der sich nicht entgegengestetlt werden kann,und zum anderen als eine neue, positive gegenseitige Durchdtingung von Freiraurn und Siedlung angesehen.

Die Stadt in Verdichtungsraumen wie dem Ruhrgebiet oder d m Raum Rhein-Main wird zur Stadtregion oder Regionalstadt, und die Landschaft wird zu einer Stadtkulturlandschaft, bei der okologische Funktionen, Entsorgungshnktionen, Freizeithnktionen usw, diese Landschaft ,,gleichwertiga ausfillen. ~koEogischeFunktionen werden von durchgriinten Stadtgebieten genauso oder nach der Meinung der Vemeter dieses Konzeptes zum Teil sogar besser wahrgenommen, als von dm agrarindushiell geprzgten Landschaft [1.32]. Es wird davon ausgegangen, dass hierbei ein Natur-Technik-Verbund entsteht, bei dern die 6kologische Stabilisierung auch durch die Siedlungsstnrkturen hergestellt w i d [I 231. d) Netzstadt

Unter Netzstadt wird die fliichenextensive Stadtlandschaft yon verstgdterten urbanen Kulmrlandschafien verstanden, die dem obigen Zwischenstadt-Konzept entspricht, aber von einigen Autoren einer hoheren Maflstabsebene zwgeordnet wird [1.34]. Baccini und Oswald [1.35] haben der Netzstadt eine Methode hinzugefdgt, urn regionate Strukturen einer verstldterten Landschaft erkennen zu kijnnen. Die urbane Kulturlandschaft wird danach als ein Netzwerk und offenes System angesehen. Dieses Netzwerk besteht aus Knoten (verdichtete Stadtraume) und Verbindungen (linearen Strukturen wie: Verkehrs- und Komrnunikationssysteme). Damit ist diese Landschafi fiberftihrbar in andere systemtheoretische Modelle, bei der Systemeigenschaften, Interaktionen usw. erfasst und wissenschaftlich bearbeitet werden kannen, und zwar inter- und transdisziplinar. Die Darstellung in idealisierten Raumbeziehungen von Netzen rnit Linien und Knoten uird auch von VerkehrswissefischaFtIem herangezogen, wn Distanz optimierte Verkehrsbeziehungen zu demonstrieren.

e) ,,Null-Emissions-Stadt" Die ,,Null-Emissions-Stadt" sol1 den Stoffaustausch zwischen Mensch (hier der Siedlung) und Urnwelt (hier den natiirlichen Ressourcen) so gestalten, dass die durch die Aktivitgten der Stadtbewohner hemorgemfenen Emissionen sowohl quantitativ als auch qualitativ f i r die Urnwelt unschldlich bleiben. Die Vorceile der kompakten Stadt sind nur zum geringen Teil empirisch beflndet (2.B. FIgchenverbsauch oder Prirniirenergiebedarf f i r Raumwlme). Die genannten Vorteile konnen allerdings auch rnit Nachteilen einhergehen. Beispielsweise sind Verlagerungen von Belastungen ins Urnland (z. B. ist cine Gnmdwasseranreicherung in hoch versiegelten Gebieten nur beschriinkt rnoglich und muss daher regional durch Grundwasseranreicherungen irn Umland ausgcglichm wwden), Nukbarkeil und Einschrdnkung lcchnischer Allmativim (L. B. Einsetzbarkeit von Pflanzenkl3ranlagen) und Verlagerungen im soziajen Kontext (z. B. er-

hiihter Wochenendverkehr als Kompensation f i r beengte Wohnverhaltnisse) mit in Rechnung zu stellen.

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1 Ver- und Entwgung als System

Die Vision einer ,,Null-Emissions-Stadt" wird durch folgende Rahrnenbedingungen geleitet:

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-

Das Ziel Nullemissionen ist erreicht, wenn die Emissionen, die eine Stadt an ihre Urngebung abgibt, die AuhahmekapazitXt dder Umwelt nicht tiberschreitet. Die Siedlungsform Stadt wird nicht in Frage gestelIt. Kreislaufwirtschaft muss zur bestimmenden Wirtschaftsforrn werden. Der Energieverbrauch ist soweit zu senken und anzupassen, dass die Bedarfsdeckung iiber regenerative (solare) Energiequellen ermijglicht wird. Der Zielwert Nullemissionen ist nicht innerhalb der stadtrlumlichen Grenzen, sondern innerhalb stadtregionaler Grenzen zu erreichen. Keine Verlagerung von Emissionen in Vorketten, in andere Handlungsfelder odw in andere regionale und ilberregionale Rgume, die nur eine Umverteilung zur Folge haben. Emissionen sind das Ergebnis von Aktivitaten und Bediirfnisbefriedigungen, die Verursacher und Ausloser der Emissionen sind. Null-Emissions-Strategien setzen daran an und nicht erst am ,,Endprodukt", den Emissionen.

Allerdings ist die Region kein geographisch festgeschriebener Raum, sondern unterliegt je nach Zugang einem unterschiedlichen Raummschnitt (Wirtschaftsregion, Identitatitsregion USW.).Bei der Fragestellung Null-Emissionen stehen Beeintrachtigungen der Urnwelt und somit ljkologisch funktionale Prozesse im Mittetpunkt, fur die dann geeignete Iandschaftsokologische Raumeinheiten aFs Bemgsriiurne m wahlen sind. Bei dem Bereich Wasser waren als Bilanzrtiume die Wassereinzugsgehiete zu wghlen. Aber auch hier muss unter Urnstanden mit mehrschichtigen RaummodelIen gearbeitet werden. Geogene Ernpfindlichkeiten f i r Eintrtige von Saurebildnm lassen sich nicht rnit Wassereinzugsgebieten in Deckung bringen. Haughton I1.361 hietet drei interessante Modelle an, die demonstrieren sollen, dass nachhaltige Stadtentwicklung theoretisch iiber unterschiedliche Strategien erreichbar ist. Diese Strategien lassen sich unmittelbar auf das Thema Nullemissionen ubertragen. Ftir die Modelle 1 und 2 ist der Bilanmurn, auf den sich der Zielwert Nullemissionen beziehen rnusste, der globale Raum. Die beiden Modelle unterscheiden sich dadurch, dass in dem ersten Modell lineare Durchflussprozesse iiberwiegen, die im globalen Maastab ausmgleichen und m kompensieren sind, wogegen in dem zweiten Modell stadtnahe KreislauFprozesse diese linearen Prozesse ergznzen. Nach Brunner [1.38] sind ca. 90 % der Stoffflijsse der Stadt Wien linear ausgerichtet. Das dritte Model1 greifi die Strategic auf, dass Stadt und Region einen ausgeglichenen Bilanzraum darstellen. Das m e i t e und dritte Modell mit ihren stark intern organisierten Kreislaufprozessen weisen auf einen weiteren grundsatzlichen Aspekt hin. N&nlich, dass Nullemissionsstrategien und -prozesse nuf untere Maastabsebenen iibertragen werden k6rtnen. Denn wenn Nullemissionen bei Gebauden oder Haushalten erreicht werden wiirden, dann wiirde sich bei einer Aggregation auf die Stadtebene ebenfalls eine Nullbilanz efgeben. Ein Ergebnis der Berliner stadtokologischen Forschung in den 70er und 80er Jahren ist, dass Stadtstrukrturtypen geeignete iikologische Raumeinheiten sind, urn eine Stadt Bkologisch ru strukturieren 11 291. Die Stadtstrukturtypen zeigen sowohl charakteristische Urnweltbelashmgen als auch okologische Leistungspotenzialt (services) zur ,,Vermeidungb4und Kompensation van Emissionen [I ,401. Da sie auch haufig mit stadtebaulich und sozial abgrembaren Raumen iibereinstirnmen, bieten sie sich als Ansatzorte fur Nachhaltigkeitsszrategien [1.41] und Nu!temissionstrategien [I .24] an.

1 Ver- und E n t s o ~ u n gals System

27

1.5.3 Bedatf, Aufkommen und Kosten der privaten Haushalte Siedlungen haben einen Bedarf nach Stmm, WIrme und Trinkwasser, der durch die natiirlichen Ressourcen gedeckt, sowie ein Aufkomrnen an Abwasser und Abfall, das entsorgf werden muss. Dariiber hinaus besteht der Bedarf, Nachrichten innerhalb und zwischen den einzelnen Siedlungen ausmtauschen. Art und MaB der Ver- b m Entsorgungsleistungen, die hierfir bweitmstellen sind, hiingen von der Anzahl der Pwsonen und Einrichhrngen sowie dercn Verteilung im Raum (Dichte, Kllmung, Stmktur) ab (siehe ,Definitionen'). Bedarf und Aufkommen fallen entsprechend der Siedlungsstruktur raumlich differenzieri an, sowohl innerhalb der Siedlungsgebiete seIbst (Dichte) als auclq in Bezug auf die Raumstruktur, die sich durch die Anordnung der Siedlungsflachen und ihrer unterschiedlichen Nutzungsstrukturen (Nutzungstrennung oder Nutzungsmischung) irn Gesamtraurn ergibe. Nachfrageschwankungen machen eine Regelung im System erforderlich. Je @Bet das System, umso einfacher ist die Regelung. Je kleiner das System ist, desto schwieriger wird die Anpassung an dessen eventuell vorhandene Besonderheiten.

Dariiber hinaus besteht der Bedarf bzw. das Aufkommen nicht zeitlich kontinuierlich, sondern diese unterEiegen Schwankungen, die saisonal, jahresxeitlich, wfichentlich, tgglich, stiindlich und zum Teil rnit noch kiirzeren Perioden schwanken. Auf diese Situation mussen sich die Ver- und Entsorgungssysteme in Verbindung rnit dem ebenfalts zeitlich schwankenden Angebot an Ressourcen jeweils einskllen. In kleinen Ver- b m . Entsorgungsgebieten rnit vorwiegend privaten Haushalten treten die verhaltensbedingten Besonderheiten in der Bedarfsnachfrage oder im Dargebot der Nutzer besonders deutlich hervor. In gr8l3eren Einmgsgebieten mi? einer gemischzen Nutzerstruktur aus privaten Haushalten, gewerblichen sowie industriellen Nutzern gleichen sich diese Besonderheiten in der Regel aus, so dass eine gleichmaBigere Nachfrage oder ein gleichrntifligeres Angebot entsteht. In Bild 1-7 ist beispielhaft die Nachfrage nach Wasser in ihrem tiigiglichen Verlauf E r ein Ueines Dorf und den Durchschnitt der Stadte anhand einer Tagesganglinie dargestellt.

0

3 Zeit in h

6

9

12

Bild 1-7 TagesgangAnie Wasserbedarf (nach [I ,421)

15

18

2T

24

28

1 Ver- und Entwgung als System

Entsprechend der Definition, dass Bedarf das ist, was der Konsument nachfragt und sich auch finanziell leisten kann, geht ein groaer Einfluss durch die Kosten auf die Nachfiage aus. Urn auch die Bedeutung der Ver- und Entsorgungssysteme f i r die privaten Haushalte aufiuzeigen, werden nachfolgend f i r die einzelnen Teilsysteme neben dem Bedarf auch die Kosten f i r einen durchschnittlichen Haushalt aufgezeigt und spater in Tabelle 1-3 zusammengefasst.

a) Strom Alle privaten Haushalte in Deutschland haben zusarnmen einen Endenergiebedarf in Form von Strom von jahrlich etwa 2000 PJ (= Petajoule; 1 TerawaPtstunde = 3,6 Petajoule). Das sind Iediglich ehva 4 h z e n t am gesamten Nutzenergiebedarf der Haushalte (80 % h u m wgme, 16 % ProzesswZirme). Ein Haushalt in DeutschIand benbtigt irn Durchschnitt ca. 3000 kwh (Kilowattstunden) pro Jahr an Strom, ein CPersonen-Haushalt ca. 4000 kWhla. Dafir bezahlt dieser derzeit (2005) ca. 17 CentlkWh, das ergibt 680 Euro pro Jahr. Meist setzt sich dieser Preis aus einem Leistungpreis (z.B, 120 Euro pro Jahr entsprechend der installierten Leistung) und einem Arbeitspreis (2.B. 14 Cent pro verbrauchter kwh) zusamrnen.

Durch die Veranderung der Haushaltsstruktur in den nachsten Jahren und durch eine neue Generation von elektrisch betriebenen Konsumgiitern (mit geringerem Energiebedarf einerseits und neuen Bediirfinissen fcr einen Energieverbrauch andererseits) wird ewartet, dass die Einsparerfoige melu als wieder aufgezehrt werden und der Stromverbrauch der privaten Haushalte weiter steigen wird. Kleinverbraucher (Wandel, Gewerbe, Landwirtschaft) benotigen gegeniiber den Haushalten etwa das 3-fache an Strom, die Industtie etwa das 6-fache. SHmtliche StromliefervemtIge kiinnen zwischen dem Energieversorgungsunternehmen (EVU) und dem Kunden inmischen fiei ausgehandelt werden: Sondertarife, wie diese friiher nach der Bundestarifordnung Elektrizitat mit einem Pflichttarif und einem Schwachlasttarif iiblich waren, gehiiren der Vergangenheit an. Die Strompreise liegen f i r Kleinverbraucher derzeit bei ca. I4 CentlkWh zu den Hauptabnahmezeiten und bei ca. I0 CentlkWh in den Nacht- oder SchwachIaststunden. hdustrielle GroBabnehmer kdnnen Sonderkonditionen aushandeln, die derzeit irn Bereich bis 5 Centkwh liegen konnen. G) Wiirrne

Fiir Raurnwtirme werden in Deutschland etwa 45 % der Nutzenerge benfitigt und f i r PtozesswZirme etwa 30 %, der Rest entfallt auf rnechanische Energie und Beleuchtung, die meist durch Strom gedeckt werden. Durch den zu erwartenden BevBlkerungsrilckgang in Deutschland in den nachsten Jahrzehnten sowie weitere Fortschritte bei der Wamedarnrnung von GebLuden (neue Warmeschutzverordnung) wird der Warmebedarf m a r insgesamt geringfigig zuriickgehen, jedoch durch einen hliheren Komfortgrad (z.B. mehr Wohnfliiche pro Einwohner) einwohnerspezifisch weiter steigen . Ein privater Haushalt beniitigt in Deutschland ca. 2500 m3 Gas oder 2500 Liter Heizal fieweils ca. 25.000 kwh) f i r die Wiirmeversorgung. Bei einem Brennstoffpreis von ca. 4 Cent pro kwh (Arbeitspreis incl. Grundpreis) ergibt dies jghrliche Ausgaben von ca. I .000 Euro pro Jahr.

1 Ver- und E n t s o ~ u n gals System

29

c) Wasser Der Trinkwasserbedarf llsst sich durch die bei allen Verbrauchern installierten Wasserzahtw verl3sslich bestimmen. Der Brauchwasserbedarf der Haushalte ist dagegen sehr unterschiedlich. Bei einem angenommenen durchschnittlichen Trinkwasserbedarf von 125 Litem pro Person und Tag und einem zugrunde gelegten durchschnittlichen Wasserpreis von etwa 2,00 Euro pro m 3wird ein CPersonen-Haushalt im Durchschnitt in Deutschland rnit tsglich einem Euro oder 365 Euro pro Jahr belastet. d) Nachrichten

Der Bedarf nach Dienstleistungen irn Nachrichtenbereich steigt durch ein vielf<iges und innovatives Angebot laufend weitw. Die Ausgaben der privaten Haushalte f i r die Nachrichtenfibermittlung betrugen irn Jahr 2001 durchschnittlich 5 1,00 Euro pro Monat ader 6 12,Euro pro Jahr. Trotz zuriickgehender Gebiihren diirften diese Ausgaben kiinftig eher noch weiter ansteigen. e) Abwasser Der Abwasseranfall pro Haushalt und Jahr lie@ entsprechend dem Trinkwasserbedarf bei etwa 183 m'. Bei angenornmenen Abwassergebiihren von durchschnittlich 3,00 Euro pro Kubikmeter ergeben sich pro Haushalt und Jahr ca. 550,OO Euro. f) AbfaIl Die Abfallentsorgung wird in Deutschland von den Landkreisen und den kreisfreien Stadten mit sehr unterschiedlichen Systemen und sehr unterschiedlichen Gebiihren durchgefchrt. Ein durchschnittlicher Haushalt bezahlt zwischen 60,OO und 400,OO Euro pro Jahr f i r die Abfallentsorgung (keine Biotonne, 1 x Spemfillabfuhr pro Jahr, mindestens 14-tiigige Leerung). Der Durchschnitt liegt bei etwa 200,OO Euro pro Haushalt und Jahr. Tabelle 1-3 zeigt zusamrnenfassend die Ausgaben der privaten HaushaIte f i r die Ver- und Entsorgung insgesamt am Netto-Haushaltseinkommen.Bei einem durchschnittlichen Jahreseinkommen von ca. 33.000 Euro pro Naushalt in Deutschland [1.32] (Stand 2001; bei 2,2 Personen pro Haushalt) machen die Ausgaben f i r die Ver- und Entsorgung im Bundesdurchschnitt etwas mehr ais 10 Prozent des Nenohaushaltseinkomms aus. Der Anteil der Miete lag 200 I bei den deutschen Haushalten irn Durchschnitt bei knapp 25 Prozent. Tabelle 1-3 Ausgaben zur Ver- und Entsorgung fur einen Haushalt in Deutschland Durchschnitt'ieher

Haushalt in 'Deutschland

Bedarf I bufkornmen pro Jahr

Ausgaben 2002 in Euro pro Jahr

Anteil am Jahreseinkommen

- Strom 4.000 kwh 680,2,O % - Warme 25 000 kWh 1000,3,O % - Nachrichten 612,1-6 % - Wasser 183 m3 365,1-1 % - Abwasser 183 rnS 550,1,7% -Abfall

Gesamtausgaben

592 kg/a

200,-

0-6%

3407,-

10,3 %

30

1 Ver- und Entwgung als System

1.6 System ,,Ver- und Entsorgung" Die einzeInen Systemelemente des Systems Ver- und Entsorgung wwden fiir die jeweiligen Teilsysteme Strom, Wiirme, Nachrichten, Wasser, Abwasser und Abfall in den Kapiteln 2 bis 7 abgehandelt. Nachfolgend werden zuniichst die systemspezifischen Gemeinsamkeiten des Systems Ver- und Entsorgung und seiner Systernkomponenten betrachtet.

Die Ver- und Entsorgungssysteme lassen sich in drei Systemelemente einteilen, die jeweils unterschiedlichen lnfiastrukturtypen zugehoren:

-

Umwandlung (Punktinfrastruktur) Transport (Linienin frastruktur) VerteilundSammlung (Netzin frastruktur)

Deren Zuordnung zu unterschiedlichen Raumkategorien wird in Kapitel8 behandelt.

Fl

1.6.1 Teilelement Umwandlung Die Umwandlung von Energie, Wasser, Abfallstoffen oder Nachrichten stellt ein Teilelement des Systems Ver- und Entsorgung dar (siehe Bild 1-1). Umgewandett werden natiirliche Ressourcen, wandlung also Brennstoffe in Nutzenergie (Sworn oder Wtirme) oder Wasser in Trinkwasser - man spricht dam nicht ganz prazise von ,,Erzeugung" Abfall oder Abwasser werden urngewandelt, urn die enthaItenen Ressourcen wieder dem Naturraum zufilhten zu kbnnen. Bei den Nachrichten besteht diese Umwandlung auch in einer Urnleitung in ein anderes technisches Systeme oder eine andere Richtung.

Fuaktion und riumliche Strukturen der Umwandlung Die Umwandlungsanlagen dienen dam, aus den zugefGhrten Ressourcen (Brennstoffen, Prirnzrenergietragem, Wasser), dern ,,inputu, ein vennarktbares Produkt als ,,outputu herzustellen. Dieses Produkt ist durch eine definierte, gIeichbleibende Qualitat gekennzeichnet, die in gesetzlichen Vorschriften oder Nomen festgelegt sind. So mussen die Energieemgungsanlagen (siehe auch Bild 1-8) 2.B. einen Strom mit einer bestimmten Frequenz (50 Hz bzw. 16 213 Hz bei Bahnstrom) und einer bestimmten Spannung Cje nach Spannungsebene 380 kV, 110 kW,20 kY oder 380 V) erzeugen, das Wassenverk muss ein Rohwasser in ein Trinkwasser umwandeln, das den Werten der Trinkwasserverordnung entspricht und das einen ausreichenden Dmck aufweist, um mbglichst ohne zus9tztiche Pumpen in die Haushalte zu gelangen.

Irn Entsorgungsbereich (Bild 1-9) hat 2.B. die Klgtanlage die Aufgabe, das eingesarnrnelte Abwasser in solche Produkte umzuwandeln, die den gesetzlichen Einleitbedingungen in GewSisser oder den Ablagerungsbedingungen in der Landwirtschaft (Kltirschlamm) geniigen. Die Kompostierungsanlage oder die Miil tverbrennungsanlage haben die Aufgabe, die AbfalIe so umzuwandeln, dass die Umwandlungsprodukte als Kompost, als Sickerwasser oder als Deponiegas die vorgeschriebenen Urnweltstandards einhalten.

1 Ver- und E n t s o ~ u n gals System

31

AbfAlle Verluste

Ressource

;EEL> @

%3

Versorgungsgut

Urnwandeln ,,5rennshTP4I regen. Energle ,,BrennstoW41 regen. Energie

lrnmaterlelle Flachrlchten

~ser

t

[=> -> > >

Strorn (Frequent. Spannung)

W i m e Vemperatur. Spreizung) Signale (Frequenz: Feldstgrke)

Trir

emheit: Druck1

Bild 1-8 Arten der Urnwandlung im Versorgungsbereich

z;IJ;-&~

Enlorgungogut

=>

@

AHIle

Verluste

-5

Outp Ressource

Umwandeln

Abwasser (Konzentmtlon: Last)

Abfafl (Orchte. ~chadstoffgehalt)'>

->

Wasssr, Boden

Boden, Wa~ser,h f t

Bild 1-9 Arten der Urnwandlung irn Entsorgungsbereich

Kennzeichen der Umwandlung

- Standortanfordmngen Urnwandlungsanlagen benijtigen einen Standort, der einen bestimmten Flachenbedarf beansprucht und dern zusatzlich ein dariiber hinausgehender Einwirkungsbereich zugeordnet werden kann. Damit kann ein FlHchenbedarf pro umgewandelte Einheiz ermittelt werden (z.B. m2 pro kW fur Kraftwerke oder m2 pro EGW f i r Klaranlagen). Standorte gehiiren zur Punktinfrastruktur. Je nach den Wirkungen, die van einer (Urnwandlungs-)Adage ausgehen ergeben sich Standortanforderungen, die mit der Raumstnrktur abzustirnmen sind

- Lage Die zenrrale Frage der Standortermittlung ist es, ob dieser eher dern Ort der natllrlichen Ressource zumordnen ist oder ehet der Siedlung, also dern Ort des Redarfes oder des Aufkommens. Dies hingt einerseits von den Wirkungen ab, die von den jeweiligen Umwandlungsstandorten ausgehen, andererseits von dem Gewichtsverlust bzw. dm Volurnenreduktion bei der Umwandlung und von den Transportverlusten in Abhangigkeit der Menge und der Transportsvecke.

32

1 Ver- und Entwgung als System

So sotlen Kraftwerksstandorce miiglichst nahe bei den Verbrauchern liegen, urn den Transportaufwand und die Transportverluste beim Strom m verringern und urn die Abwgme m6glichst effizient f i r die Wiitmeversorgung in den Siedlungen zu nutzen. Bei geringer Energiedichte des Brennstoffes (2.B. bei Braunkohle) ist es allerdings aufwgndiger, den Sworn zu transportieren, so dass solche Standorte miiglichst bei den Ressourcen liegen sollten. Fiir Standorte im AuDenbereich spricht auch der Abstand zu den Siedlungsgebieten, der wegen den mit dern Ktafiwerksbetrieb verbundenen Emissionen (tuftschadstoffe, Wrm, Geruch) eingehalten werden sol lte. Kliiranlagenstandorte sotlten wegen deren Geruchsemissionen rnaglichst weit entfemt von den Siedlungen liegen, andererseits ist es sinnvoll, das gereinigte Abwasser moglichst nahe bei der Entnahmestelle wieder den narilrlichen Ressourcen zuzufihren - und dies m6glichst ohne groBen Transpertaufwand. Damit Eiegen Klaranlagen fast zwangsl2ufig in den siedlungsnahen Elussttilern, unterhalb der Stadte im AuBenbereich, und sind dort baurechtlich ,grivilegiert". In vielen EIllen ist es sinnvoll, die Ver- und Entsorgungsstandorte zu ,,btindelnV, das heifit verschiedene Anlagen auf einem Standort zu konzentrieren.

- Gr6Re der Anlagen Technisch und wirtschaftlich bedingt gibt es MindestgroBen und Maximalgroflen f i r die Umwandlungsanlagen. Meist lassen sich in grtiberen Anlagen geringere Stiickkosten emeichen (economies of scale), andererseits sind profiere Mengen an Ver- oder EntsorgungsL'giitern" auf einen gr6Beren Raum zu verteiten, was zu spezifisch hiiheren Transportkosten fuhrt. Die Frage, ob wenige groae Standorte oder rnehrere kIeine Standorte kostengiinstiger sind und geringere Umwelhvirkungen entfalten, Iasst sich sornit nur unter Beriicksichtigung der Siedlungsstruktur beantworten (Bild 1- 10, siehe auch Kapitel 8).

Pro Einheit

okologirches

Optimum 7

\, 1

~kanomischesOptimum!

Bild I-10 Standorbptirnierung zwischen Erzeugungs- und Transportkosten

- Einmgsbereich Dm Einmgsbereich einer UmwandFungsanlage (also das Gebiet, nus dem an einem Standort gesarnrnelt oder von diesem aus verteilt wird) ergibt sich aus dw Anlagengr6l3e und der Struktur des Versorgungsgebietes. Grol3e Anlagen in einer wenig dichten Siedlungsstruktur

1 Ver- und Entsotgung als System

33

haben die piifiten Einzugsgebiete. Kleine Anlagen kBnnen gezielt dichten Gebieten hohen Potenzialen mgeordnet werden und erreichen dort auch bei geringeren Stiickkosten eventuell eine hohe WistschaRlichkeit. Die Abstimmung zwischen den Systemen mit der Siedlungsstruktur ist die Aufgabe yon Standortuntersuchungen, die im Rahrnen der Erstellung von Veroder Entsorgungskonzepten erfotgt (siehe Kapitel 8). Bewertung der Umwandlung

- Wirkungsgrad (eficiency) Jede Umwandlung ist mit energetischern Aufwand verbunden, der fiir eine Wirtschafilichkeitsbetrachtung rnit seinem energetischen Nutzen ins Verhaltnis gesetzt werden muss.Diese dirnensionslose Relation wird als Wirkungsgrad q (griechischer Buchstabe Eta) bezeichnet.

Det Wirkungsgrad einer technischen Anlage (2.B. Kltiranlage, Kraftwerk) ist ein Man f%rdas Verhaltnis des erreichten Nutzens gegeniiber dern eingesetaen Aufwand odw auch das Verhaltnis (der Quotient) aus nutzbarer Energie (bei gleichzeitiger Abgabe von Warme) zu eingesetzter Energie, Der Wirkungsgtad ist dabei vor allem ein Kriterium fcr die Giite eines Prozesses: je hoher er Iiegt, desto umweltschonender arbeitet eine Anlage. Bei einer Abwasserreinigungsanlage beschreibt der Wirkungsgrad das Verhgltnis der Abnahme der 2.B. organischen Verschmutzung zur zugefihrten organischen Verschmutzung. Energie (Arbeit) (work) Energie ist die Fahigkeit oder M~glichkeiteines Systems, Arbeit zu verrichten. Man kann Energie nicht herstellen oder vemichten, sondern nur von einer Form in eine andere umwandeln. Bei der Stromgewinnung aus Biomasse zum Beispiel wird zuerst chemisch gebundene Sonnenenergie in Warmeenergie, d a m in mechanische Bewegungsenergie und schliefllich in elektrische Energie urngewandelt, Die Einheicen der Energie sind nach dem internationalen Einheitensystem ,Joule' oder ,Wattsekunde' Leistung (power) Nach dem Internationalen Einheirensystem ist ,Watt' (W) die Einheit f i r Leistung (Arbeit pro Zeit), Energiestrom und W9rmestrorn. Der Jahresgang stellt allgemein den Verlauf eines Parameters im Laufe eines Jahres dar. Bei den Parametem kann es sich z.B. urn den Verlauf von Temperaturen oder Niederschl5gen handeln. Aber auch fir Photovoltaik-Anlagen findet dieser Begriff Anwendung: Er beschreibt in diesem Fall den Verlauf der Stromproduktion. Die Energieversorgungsuntemehmen ermitteln einen Jahresgang f i r bestimmte Kundenpppen, urn so die Enesgieproduktion danach ausrichzen zu kiinnen. Bei Trinkwasserforder- oder -aufbereitungsanlagen und bei K1Branlagen wird zwischen dw hydraulischen und der rnechanischen, biologischen unaoder chernischen Reinigungsteistung untersckieden. Die hydraulische Leistung wird in der gef6rderten oder bearbeiteten Wassermenge gemessen, in der Regel in Kubikmetern pro Stwnde (m3h),teilweise auch in Liter pro Sekunde (Lls). Das heiBt, 1 m31h sind 0,2737 Lls (oder 3,6 m3/h sind I m3/h). Die biologische Reinigungsleistung wird hiiufig in Form der BSB5-Abnahme in Prozent angegeben. Siehe hierzu Kapitel 5.

-

-

34

1 Ver- und Entwgung als System

1.6.2 Teilelement Transport Der Transport von Energit, Nachrichten, Wasser und Abftfllen stellt

LI Transport

ein Teilelement des Systems Ver- und Entsorgung dar (siehe Bild 1-1). Transportiert werden entweder natijrliche Ressourcen direkt oder die Umwandlungsprodukte, mit denen eine Siedlung versorgt werden soll (Strorn, Wame, Nachrichten, Wasser), bzw. das Abwassw oder die Abfallsltoffe, von denen cine Siedlung entsorgt werden soll. Der Transport erfolgt nur zum Zwecke der Raumiibewindung zwischen der Urnwandlung und der VerteilunglSammlung. Er unterscheidet sich dadurch yon der Transportfunktion innerhalb der Teilkomponente VerteiFung/SammIung.

Kennzeichen des Transpartes

Die Systemkornponente ,Transport' stellt bei den meisten Ver-und Entsorgungssystemen im logistischen Sinne kein VerteiI- oder Sammeltransport dar, sondern den Transport veredelter Produkte als Verbindung zwischen zentralen Umschlagspunkten im Raum, in der Regel zwischen dern Ort der Urnwandlung und dem Siedlungsbereich, in dem verteilt oder gesammelt wird (Biid 1- 1 1). Ein Transport zwischen den Bedarfs- oder Aufkornmenspunkten entfallt in der Regel. Dadurch reduziert sich die Zahl der rnbglichen Verkehrsverbindungen, und Gr6Oendegressionseffekte kiinnen genutzt werden. Von den VerteiIungs- bzw. Sammelpunkten aus (Hub) schlieflen sich die Verteilungs- bzw. Sammelsysteme (Spoke) an, die im niichsten Abschnitt behandelt werden. Hinzu kommen die Transporte der Brennstoffe oder Zuschlagstoffe zu den Umwandlungsanlagen sowie der Abtransport yon AbfaIlen und Reststoffen. Auch der Transport von Abgasen (COJ iiber Rohrleitungen zu Groflraumspeichern befindet sich innvischen in der Realisierungsphase. Der Transport stellt somit ein Teilglied der logistischen Ver- oder Entsorgungskette dar, deren Aufgabe es ist, die Planung, Ausfuhrung und Kontrolle von Material-, Informations-, Werte-, Personen- und Energiefliissen im Gesamtsystem zu iibemehmen (= Definition der Logistik). Dabei ist zu beachten, dass diese Aufgabe nicht aus einer Aneinanderreihung von Mal3nahmen und Instrumenten besteht, sondern dass fGr die einzelnen Systeme ein logstisches Gesamtkonzept zu entwickeln ist, in dern der Transport eine eigene betriebliche Funktion neben wichtigen anderen darstellt. In der Logistik [I .46] werden sechs Aufgaben unterschieden (die sechs ,,f '), die auch bei den Ver- und Entsorgungssystemen m beachten sind: die richtige Menge der richtigen Objekte (Guter, Petsonen, Energie, Infomationen) am richtigen Ort (Quelle oder Senke) irn System zum richtigen Zeitpunkt in der richtigen Qualittit it den richtigen Kosten ist bereitzustellen und in einer Gesamtfunktion zu vereinigen. Trassen gehiiren mr Linieninfrastruktur. Eine Ausnahme bildet hier nur die Abfallentsorgung, die nur selten (pneumatische Entsorgungssysteme, Kl3rschlammpipelints) leitungsgebunden durchgefihrt wird. Der Abfalltransport erfolgt in der Regel durch Stralen- oder Schienenfahrzeuge, teilweise auch durch Schiffe. Je nach den Wirkungen, die von einer Transportleitung ausgehen, ergeben sich Trassenanforderungen, die mit der Raumstruktur abzustimrnen sind. Elier nehmen die Hochspannungsfreileihlngen eine Sondesstellung ein, da diese nicht wie die Stromkabel, die Gasleitungen oder die Wasser- und Abwassertransportleitungen unterirdisch verlaufen. Fernwarmeleitungen werden zwar heute in der Regel unterirdisch ver-

1 Ver- und E n t s o ~ u n gals System

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leg, k6nnen jedoch aus Kostengrlinden teilweise auch oberirdisch verlaufen. Der groflrliumige Nachrichtentransport vestauft entweder oberirdisch irn Luftraurn iiber Richtfunkstrecken oder unterirdisch, heute rneist iiber Glasfaserkabel. - Verfauf Die zentrale Frage der Trassenemittlung ist es, ob diese auaerhalb der Siedlungen oder innerhalb dieser verlaufen miissen. Dies ha@ einerseits von den Wirkungen ab, die von den jeweiligen Systemen ausgehen, andererseits von den auf der Tmsse zu iibenvindenden Barrieten (bauliche AnIagen sowie Fliisse, KanHle, StraBen, Bahnlinien usw. aber auch wertvolle Naturraume, Schutzgebiete oder unwegsames Gelinde). Wegen der Verluste, die beim Transport entsrehen, werden jeweils die kiirzesten Strecken (,,LuftlinieU)angestrebten GewichtsverIust bnv. der Volumenreduktion bei der Urnwandlung und yon den Transportverlusten in AbhZingigkeit der Menge und der Transportstrecke.

Brennstoff Zuschla stoffe

Veredeltes Produkt

Verteilenl Sammeln

'9

a

Tr~rlc~pY:

"

"-L ---

- --

Transport

Resrstoffe Bird 1-21 Transportberiehungen im System Ver- und Entsorgung

Je nach der AnzahI und Grofle der zugeharigen Urnwandlungsanlagen wird es erforderlich, kleinere oder grBBere Mengen zu den Orten der VerteiIung oder SammIung zu transportieren, so dass auch eine Optimierung der Tmnsportvorg2nge im Zusammenhang rnit der Anzahl und Lage der Umwandlungsstandorte erfolgen sollte (siehe Bild 1- I 1). Zur Reduzierung der Auswirkungen auf die natiirlichen Ressourcen (Freirgume, Natur und Landschafi) sowie auf die Siedlungen sollten die Moglichkeiten zur Bijndelung von Leitungstrassen genutzt werden.

- GrijRe der Leitungen Technisch und wjrtschaftlich bedingt gibt es auch fiir die Transportanlagen MindestgrirDen und Maximalgroflen. Meist lassen sich in gr013era-i Systemen (grofleren Leitungsdurchmessern oder Kabelquerschnlzten) geringere Stiickkosten erreichen (economies of scale), teilweise nehmen die Transporberluste mit zunehmender Transportmenge zu, teilweise nehmen

diese ab, wenn man entsprechende technische Vorkehrungen trim (Erhiihung der ifbehagungsspannung, oder des Druckes) sind grU3ere Mengen auf einen grfifleren Raum zu verteiPen, was zu spezif sch hoheren Transportkosten fihrt.

36

1 Ver- und Entwgung als System

Funktion und rtiumliche Strukturen des Transportes bei Ver- und Entsorgungssystemen Bei den Ver- und Entsorgungssystemen findet der Transport von Strorn, Fernwarme, Gas, Nachrichten, Wasser, Abwasser in leitungsgebundenen Systernen (Leitungen) kontinuierlich statt. Abfall wird dagegen meist diskontinuierlich transportiert, da hier pneumatische Abfallsauganlagen in Rohrleitungen ledigfich die Ausnahme in einigen hoch verdichteten Siedlungen darstellen, Bei geringer Auslastung der Systerne und bei StBmngen erfolgt auch der Transport von Flussiggas, von Wasser in Flaschen oder BehQtem, von Fakalien aus Sammelgruben diskontinuierlich. Zu unterscheiden ist auch zwischen ,,offenen" (2.B. drucklosen oder in der Kapazitat im Prinzip nicht nach oben eingeschrgnkten) Systernen wie die Freileitung, das Gerinne, die Freispiegelleitung und die Abfallmulde, die eine ,,~berIauffunktion"aufweisen (Uberhitzung bei der Freileimng, Auslaufen bei d m Wassergerinne usw.) und ,,geschlossenen" Systemen, die in ihrer Kapaitgt technisch begrenzt sind, wie das Stromkabel, oder die Wasserleitung, die Gasleimg und die Fernwiinneleitung, die ,,unter Druck" stehen. Offene Systeme sind leichter zuganglich weiI diese bis auf die Abwasserleitungen meist oberirdisch verfegt sind. Geschlossene Systeme sind dagegen schwerer zuganglich {meist unterirdisch) und miissen gegen ~ b e r l a stechnisch t gesichert werden. Ziel: Es sol1 so vie1 wie mirglich bei gleich bleibender Qualitat ,,antommen". Tabelle 1-4 Transportverluste verschiedener Energietr'dger [I -471

Materielle

fernung

Energieverluste beim Transport

[km]

T O 4

PM

Bemerkung

@ Primar-

energie Kohle, 01, Gas, Sonne, Biomasse, Erdwarme

Warmeversorgung

0 Warme-

tauscher

Senke

+%I#g) Warme-

Umwandeln Transportieren Krafberk

4

F ~ ~ Gasleilung

Verteilen

warr ~

~ Gasnefz

bedarf

Raumwarme Warrnwasser ~ ~ ~ Prozesswarme prozessdampf

Bird 3-1 Systemkomponenten des Systems Warrneversorgung

AIIerdings kommen bei der leitungsgebundenen Warrneversorgung andere Primgrenergietrager zum Einsatz, da der hiShere Transportaufwand eine griiflere NtIhe der Urnwandlungsstandorte zu den Verbranchem erfordert,

~

-

Bei den leitungsgebundenen Systemen zur Wameversorpng von Siedlungsbereichen wird h3ufig Erdgas venvendet, das entweder direkt zu den Einzelfeuerungsanlagen in den zu beheizenden Gebuden transportiert oder in Heizwerken zu Fern- bzw. Nahwame nrngewandelt wird. Diese Ar? der leitungsgebundenen WZirmeversorgung Ciber das Transportmedium Wasser nutzt hiufig die Abwarme aus der Stromerzeugung (bft-Wame-Kopptung) oder erzeugt die WZirmeenergie in Heizwerken iiber den PrirnZirenergietriiget Kohle, zunehmend aber auch durch regenerative Energietriiger (HolzpeIlets, Stroh usw.). Bei der Wimeversorgung der Siedlungen konkurrieren die leitungsgebundenen Systeme rnit den nicht-Ieitungsgebundenen Systemen unterschiedlichster Energietriiger (01, KohIe, Biornasse), die: das wirtschaftlich zu versorgende leitungsgebundene Potential auf dem Wgmernarkt stark einschriinken. Primzrenergie- Urn. Warmetransport wandeln transport

Brennstoff --------------------L----------

Velrtei,en

Fernwarme

--------------------Umwandeln Verteilen

Primarenergietransport

Bild 3-2 Leitungsgebundene Warmeversorgung: Systerne Fernwarme und Gas

Bei der leitungsgebundenen Fernw8rmeversorgung wird der Brennstoff tunkhst zum zentralen Ort der Urnwandlung (Heizwerk oder Heizkrafhverk) gebracht. Von dort aus wird dann die erzeugte Wlrme (rneist als Heiflwasser, nur noch selten als Dampf) Uber FernwHrme- oder Nahwiimeleitungen (je nach L b g e des Transportweges) m den Verbrauchem transportiert (Bild 3-2). Bei der ebenfalls leitungsgebundenen Gasversorgung wird die Primiirenergie zun5ichst fiber teilweise weite Strecken mit Gashochdruckleitungen in die Versorgungsgebiete transportiert. Die Wanneversorgung iiber ein flachendeckendes Niederdruck-Gasversorgungssystem in den Siedlungen ist wegen der irn Vergleich zur Fernwarme wesentlich gijnstigeren Leitungskosten (EinIeitersysttm, keine Isolienmg) meist kostengunstiger zu e m i chen. Die Wettbewerbssituation im Warmemarkt ist zurzeit geprggt durch die aneinander gekoppelten Brennstoffpreise f i r 01 und Erdgas sowie durch sinkende Watmedichten. Diese werden heworgemfen durch den geringeren W m e b e d a r f fur Neubauten insbesondere aufgrund der weitgehenden Bauvorschrifien seit 1945 b m . beim bestehenden Gebaudebestand durch Isolierung und Fenstertausch im Rahmen der laufenden Sanierungs- und Emeuerungsmal3nahmen. Die geringeren Wgmedichten Slihren gerade bci den leitungsgebundenen Wgrmever-

sorgungssysternen zu hoheren spezifischen Verteilungskosten. Diese miissen dann meist durch (Nach-)Verdichtung oder rntighche Erweiterungen an den RIndern des erschlossenen Versorgungsgebietes kompensiwt werden. Whmeverteilungsnetze unterscheiden sich nach Lage, Art und Anzahl der Einspeisepunkte (BiId 3-3). Wird die Warme aus einem stadtfernen GroflkraRwerk genutzt, so fallt diese entsprechend der Stromproduktion meist ganzjWrig an. Dies bedcutet, dass einerseits anbglichst ein oder rnehrere Wamespeichw in das System integriert sind und dass andererseits ein (verbrauchernahes) Spitzenheizwerk zur Verfigung steht, welches die Leistungsspitzen abdeckt (siehe hierzu auch die Ausfihrungen zut Jahresdauerlinie). Solche W5rmeverteilungssysleme beinhalten meist sowoh[ Transportleitungen als auch Verteilungsleitungen rnit einer ijbergabestation zwischen diesen beiden Komponenten. H-TIufig besteht ein solches Netz aus mehreren Teilnetzen, die zum Teil einzeln aufgebaut (man spricht dann von Inselnetzen) und dam zu einem Gesammetz zusammengefiihrt wrden.

heizwerk)

her

Unter- und

Mittelverteilung

heizwerk

stadtfernes Gronkraftwerk

stadtnahes GroRkraftwerk

Bird 3-3 Elemente des Systems Warrneversorgung

Kleinere W~eversorgungssystememit stadtnahen Ileizkraftwerken konnen hiiufig starker nach $em Warrnebedarf dtmensioniert wetden. Hier ist jedoch zur Anpassung an den jahteszeitlich bedingten Wmebedarf ein Wirmespeicher sinnvoll. Die Abdeckung der Bedarfsspitzen erfolgt auch hier durch eine I-leinverk-Komponente oder durch einen modularen Aufiau der W3meversorgungseinheiten (,,I3liicke"). Die Systeme beinhalten dann meist keine Transport-, sondem nur Unterverteilungsleitungen. Teilweise wird eine Mittelverteilungsebene mit gr6Reren RohleitungsquerschnitteneingefGhrt.

FernwHrrneversorgungsnetzemiissen nicht fltichendeckend ein Siedlungsgebiet versorgen. Es ist rnoglich, dies auf diejenigen Verbraucher zu beschrznken, die sich mit den geringsten Leitungskosten wschlieflen lassen.

3.1.2 Regefungsmoglichkeiten im System Warmeversorgung Fur die Versorgung der Siedlungsgebiete mit Wameenergie besteht keine Verpflichtung der fiffenttichen VersorgungstrHger im Rahrnen der allgemeinen Daseinsvorsorge, w i e dies 2.B. bei der Wasserversor.gung der Fall ist. Auch eine Rachendeckende Stromversorgung gehiirt zu den Grundanforderungen an ein erschlossenes Siedlungsgebiet. Die Systementscheidung in einem Versorgungsgebiet wird daher bei der leitungsgebundenen W5meversorgung in der Regel aufgrund von Wirtschaftlichkeitskriterien entschieden. MaOgebend is€ dabei die Dichte des Wgrmebedarfs in den Versorgunggebieten und die Verfigbarkeit dw Energieressourcen, sei es als Primarenergie oder als Abwarme aus der Stromproduktion oder aus industriellen Przessen. Durch eine leitungsgebundene Wtirmeversorgung klinnen unter bestimmten Voraussetzungen andere Versorgungssysteme ersetzt werden, die einen hoheren Ausstol3 an C 0 2 oder an Luftschadstoffen aufweisen. Dann ist es sinnvoll, auch dann solche Systeme einzusetzen, wenn deren Wirtschaftlichkeit ~ i c h toder nur sehr langfristig gegeben ist. Systeme der leitungsgebundenen Wiirmeversorgung miissen daher besonders intensiv mit den vorhandenen oder kiinftig vorgesehenen siedlungsstrukturellen Gegebenheiten nach wirtschaftlichen Aspekten und nach Umweltschutzzielen abgestimmt werden. Dies gilt insbesondre f i r die Venvendung von Biomasse als Energietrager f i r die Warmeversorgung. Diese fallt einerseits htiufig dezentral an, andererseits erfordert ihr Einsatz eine gewisse Anlagengrtjfie, die einerseits die Anwendung f i r Einzelgebiude einschriinkt, andererseits derzeit auch noch lreinen groatechnischen Einsatz zul5lsst. Dies gilt ebenfalls fh- Systeme der KraftWlme-Kopplung, aber auch solare Nahwarmesysterne k6nnen die Solarenergie oft kostengilnstiger bereitstellen als dezentrale Solarw%tnesysteme.

Bei dem System Wiirmeversorgung (siehe auch Bild 3-1) spielt die Wahl des Standortes f i r die Urnwandlung der Primarenergie (Braunkohle, Steinkohle, Mineralol, Erdgas) in die Endenergie zur Niedertempemtumersorgung eine entscheidende RoIle. Urn einen mbglichst hohen Wirhngsgrad zu whalten, ist es angebracht, die Wameproduktion mit der Produktion von Strom zu ,,koppeInG, denn nach dern Prinzip der Kraft-Wiime-Kopplung (siehe Kapitel 3.2.1) lasst sich der Gesamhvirkungsgrad beider Teilsysteme (Stromerzeugung und Warmeerzeugung) deutlich erhiihen. Da der Transport von Brennstoff in der Regel kostengiinstiger ist als der Transport von Strom oder W8me und die Transportverluste beim Wlirmetransport sowohl eine wit-tschaftliche als auch eine technische Rolle spielen, sollte die Umwandlungsanlage (Kraherk) rnoglichst nahe am Orz des Verbrauchs liegen. Wegen der Umweltauswirkungen bei der Energieumwandlung ist es j edoch giinstig, wenn diese auRerhaIb der gesch lossenen SiedlungsflHchen stattfindet. Dies bedeutet, dass die Verteilung der Warme innerhalb der Siedlungsflachen durch ein Leitungsnetz erfofgen muss, wobei wegen der spezifisch hohen Leitungskosten (Wamteisolientng, Hin- und Riickleitung) eine moglichst groRe Warrnedichte vorhanden sein sollte.

3.2 Grundllagen zum System Warmeversorgung Im dem per Definition leitungsgebunden System Wameversorgung ,,flie8tC'entweder iiber das Medium Wasser WZirmeenergie vom Ort der Energieumwandlung zu den Verbrauchern (Fernwarme) oder die Primlrenergie Erdgas van dern Ort der Aufbereitung zu den Verbrauchern, welche die Urnwandlung zu Raumwarme selbst durchfuhren.

3.2.1 Physikalische MaBeinheiten und technische Erlauterungen Leisrung und Arbeit stellen bei der Warmeversorgung wie bei der Strornversorgung die wichtigsten Maneinheiten dar (siehe Kapitel2). Allerdings wird hier zur Unterscheidung zwischen f i r die Stromleistung f i r die elektrischer und themischer Energie statt der Einheit Watt Wurmeleismg haufig die per Definition identische (Joule = Ws) Einheit Joule pro Sekunde [Jls] verwendet. Entsprechend wird statt Wattsekunde [Ws] oder Wattstunde [Wh] fGr die Warmearbeit die Einheit Joule [J] venvendet.

[v

Nenndruckstufe [PN]

Die Nenndruckstufe bezeichnet f i r eine Rohrleitung den hdchstrwl3ssigen Druck, mit der ein Fluid (hier das Gas oder das Wasser in der Fernwarmeleitung) die Rohrleitung belasten darf. Die Angabe edolgt nach Dm durch die Bezeichnung PN gefolgt von dem zuliissigen Dmck in bar ol~neAngabe der Einheit. PN 10 zum Beispiel bezeichnet eine Rohrleitung mit dm hochstzulassigen Dmck von 10 bar. Nennweite [DN]

Nennweite ist eine Manangabe (Kenngr6ne) fGr Rohre und Armaturen, die ungefihr dm Innendurchmesser entsprfcht. DN ist dabei die internationale Kurzbezeichnung (Diameter Nominal). Die physikalische Einheit wird meist in Millimeter [mm] oder in Zoll [."I angegeben, wobei 1 Zoll = 25,4mrn oder I000 rnm = 39,370 1 Zoll entsprechen. Eine Ferngasleitung DN 500 entspricht somit etwa 20 Zoll, bzw. eine 32 Zoll-LRitung hat einen lnnendurchmesser von ca. 80 cm. Technische Erliuterungen xur Wiirmeversorgung Druckhaltung Bei der FernwInne wird zur Energieiiberkagung heiRes Wasser venvendet, das einen bestimrnten Druck aufweisen muss. Dieser ist w i e d e m von der Flieflgeschwindigkeit und den Niveauunterschieden irn Netz abhangig. Er ver2indefl sich auf Iangen Transportstrecken aufgrund der Reibungsverluste in den Leitungen, jedoch nicht in Abhgngigkeit des Verbrauchs, da der Verbraucher Ja kein Wasser, sondern nur iiber Warrnetauscher dessen Wgrmeenergie entnimmt. Dariiber hinaus muss die Temperatur des Wassers entsprechend dem Bedarf geregelt werden, wobei dieser tageszeitlichen, ~Bchentlichenund jahreszeitlichen Schwankungen unterliegt. Je mehr WZirrneenergie vom Verbraucher entnommen wird, desto hoher muss die Vortauftemperatur sein und umso niedriger ist dann die Riicklauftemperatur im System. Die Fernwarmeleitungen werden je nach den topographischen Gegebenheiten des Netzes f i r eine bestirnrnte Druckstufe ausgelegt (2.B. PN 10, 16, 25), wobei die Temperatur zwischen 70 "C und 130 "C liegt. In den Heizungsysternen der Htiuser liegt der Druck dann in Abhgngigkeit der Hohe der Hauser 2.B. bei 5 bar und die Temperahlren zwischen 40 "C und 70 "C.

-

Das Erdgas muss das ganze Jahr tiber mit einem bestimmten konstanten Druck geliefert werden. Dessen ,,Qualit8ta ist durch den irnmer gleich bleibend vorhandenen Energiegehalt (l0,4 kWh/m3) und dessen Reinheit gegebeen Im Vergleich hierm hat Heizol einen spezifischen Heizwert von 10,0 kWhlLiter und Holz als regenerativer EnergierrtIger von 4,3 kWh/kg.

- Pinzip der KraR-Wame-Kopplung (KWK) Bei der gkichzeitigen Produktion von Strom und Wirme lasst sich der Energieverlust (das heil3t der Anteil von Energie, der ungenutzt in das Kiihlmedium ubergeht) je nach der eingesemen Technik und den gegebenen Randbedingungen von iiber 50 % auf knapp iiber I0 % reduzieren. In Bild 3-4 ist dargestellt, dass bei einem Gesamt-Energiebedarf yon 100 Einheiten WWneenergie, der in einem konstanten VerhtIltnis yon Stsom zu WKme von 40 zu 60 anfdllt, bei getrennter Erzeugng insgesamt 185 Energieeinheiten aufmwenden sind (entsprichr 54 % Wirkungsgrad). Bei einer Erzeugung in einem Kraft-Wfime-Kopplungsprozess sind jedoch nur 114 Energieeinheiten aufzubringen (entspricht 87 % Wirkungsgrad). Die beiden Energieformen Strom und Warme sind allwdings nicht unmittelbar miteinandw zu vergleichen, und die Nachfrage nach beiden Energieeinheiten ist meist auch iiber das Jahr gesehen nicht wie angenommen konstant (siehe auch [3. I]). Das VerhSiltnis zwischen der abgegebenen elektrischen Leistung und der WSmeleistung wird als S~omkennzahlbezeichnet. Diese ist bei KWK-Anlagen in der Regel fest, das heiflt, die Dimensionierung der Anlage muss sich encweder am Strom-oder am Wtirmebedarf orientieKen. In manchen Anlagen ist die Stromkennzahl in gewissen Grenzen variabel. KWKAnlagen erlauben gegebenenfalls neben der gekoppelten Produktion von Strom und WBme auch eine alleinige Stromerzeugung (im sog. Kondensationsbetrieb).

Gehcennte Erzeugung: Energieeinsatz 185

n

Kraft-Warme-Kopplung: Energieeinsatz 1 14

KWK l I I 4

Verluste

Bild 3-4 Das Prinzip der Kraft-Warme-Kopplung A3.21

Fiir die AusIegung von Warrnenetzen sind maagebend: der Wiirmedurchsatz, die Warmehbchsttast, d. h. die unter Beriicksichtigung des Gleichzeitigkeitsfaktors errechnete Summe der Wiirrneanschlusswerte aller Abnehmer, die Umlaufgeschwindigkeit des Warrnetragers

und dessen Temperaturunterschied zwischen Vor- und Riicklauf, die so genannte Temperafurspreizlrng. In Wtirmenetzen sollte eine mtiglichst hohe Temperaturspreizung bei niedriger Rlicklauflemperatur angestrebt werden, da diese einen wichtigen Einflussfaktor f i r den wirtschafilichen Betrieb darstellt. ijbertragungskapazitiit, Pumpaufwand, Warmeverluste und der Wirkungsgrad bti Kraft-Warme-Kopplungen hiingen von diesem Parameter ah. In Bezug auf den Gesarnmutzungsgrad (siehe auch Bild 2-3 in Kapitel 2.2.1) einer KWKAnlage spielt die Temperaturspreizung (das ist der Temperaturunterschied zwischen der Vorlauf- und der Riicklauftemperatur im System) eine entscheidende Rolle: Die Riicklaufremperarur sollte moglichst stark abgesenkt werden, denn ein hoher Rucklauf ist meist gleichbedeutend mit hijheren WZirrneverlusten, kleinerer Temperaturspreizung, d. h. grtinerer Wasserurnwllmenge und somit grfiBerem Pumpaufwand, eingeschrgnkter Ubertragungskapazitat des Netzes und niedrigerem Erzeugungswirkungsgrad bei Kraft-WameKopplungen. Die Vorlaufiemperaruudes Femwarmenetzes sollte so tief wie moglich gehalten werden, denn sie hat direkten Einfluss auf die Stromausbeute dm Kraft-Wtime-Kopplung, die WSmeverluste im Fernwhnenetz sowie auf die durch das Ternperatumiveau resultierenden Sicherheitsanforderungen. Bei bestehenden Netzen kann eine niedrigere Vorlauftemperatur nur emeicht werden, wenn zuvor die Riicklaufiemperatur abgesenkt wurde. Eine Senkung der Riicklaufiemperatur reduziert die Dampfentnahrne bei hohen Ternperaturen und ermliglicht dernentsprechend eine hohere Stromausbeute in der Krafi-WameKopplungsanlage. Fiir eine zweistufige Warrneauskopplung resultiert m m Beispiel bei 10Grad RiickEaufiemperaturabsenkung eine Erhdhung der Stromproduktion urn 5 kwhcl/ MWhIh. Gerade im Zusarnmenhang mit einer Modernisierung bestehender KWK-Anlagen durch neue GuD-Kraftwerke ist es daher rniiglich, durch Optimierungsmal3nahm auf der Abnehmerseite eine Erhdhung det Gesamtwirtschafilichkeit durch Verbesserung der Stromkennzahl zu erreichen. Neben den bisher genannten ,,KWK-spezifischen" Effekten einer Netzoptimierung ergeben sich noch weitere Vorteile: Eine Senkung des Temperaturniveaus in der Riicklaufleitung des Warmenetzes minimiert die WBrmeverEuste, da die Differenz im Rucklauf zwischen Weinvasser und Umgebungstemperatur abnimmt. Wird die Rucklauflemperatur gesenkt, erhoht sich die Ternperaturspreizung irn Netz, mit der Folge, dass sich der notwendige Volumens~romverkleinert. Konsequenz: Veningerung der erforderlichen Pumpenleistung und damit eine Einsparung an aufmwendenden Stromkosten. Eine Erhdhung der Temperaturspreizung urn 10 Kelvin reduziert die Forderleistung in der GrfiDenordnung von 40 %. Hierbei sind Vorteile von drehzahlgeregelten Pumpen eindeutig. Zur Verteilung der Wame werden zwischen 4 und 10 k w h Strom pro MWh Wame ben6tigt. Ohne dreh~ahlgeregelteP ~ t m p e niqt ein Strnmhedarf von mehr a l 30 ~ kwh p7n MWh WZirrne iiblich. Jahresdauerlinie in dm Wtirmeversorgung

-

Das Umordnen der Belastungskurve fir ein Warmeversorgungssystem nach der Hohe der Leistung (Belastung) fihrt zur Jahresdauerlinie, die auch ,,geordnete Belastungskurve" genannt wird. Die Jahresdauerlinie ergibt die AnzahI der Zeiteinheiten (2.B. Stunden) innerhalb

eines Betrachtungszeitraumes (meistens ein Jahr), bei der eine bestimmte Belastung meicht bzw. iiberschritten wird. Dabei ist die Kurve nach fallender Belastung geordnet. Irn Gegensatz zur Elektrizitatswirtschaft, in der das Jahr auf seine 8.760 Stunden aufgeteilt wird, wird in der Erdgaswirtschafl als Zeitachse meist das Jahr mit seinen 365 Tagen venvendet.

- Brennstoffzelle in der Warrneversorgung Die Brennstoffzellen-Technik Iasst f i r die Zukunft einen hohen Wirkungsgrad und geringe Emissionen erwarten, auch beim Einsatz in der dezentmlen Warmeversorgung. Damit kann diese einerseits kiinfiig Potentiale fiir die leitungsgebundene Fernwtimeversorgung verdrhgen, andererseits besteht aber auch hier die Miiglichkeit, Brennstofzellen leitungsgebunden zun8chst mit Erdgas, splter rnit Wasserstoff zu versorgen. Technisch kehrt die Brennstoffielle den Prozess der Elektrolyse urn. An der Anode wird das Wasserstoff-Elektron abgespalten, an der Kathode reagiert der Sauerstoff mit dem Wasserstoff-Ion (durch den Elektrolyten d i f i n diert) xu Wasser, wobei Elektronen aus der Kathode abgesogen werden. Zwischen Anode und Kathode fliel3t der Strorn der f i r die Reaktion benotigten EFektronen, der 2.B. Motoren antreiben kann. Die Einsatmtiglichkeit der Brennstoffzelle liegen zuniichst im stazionaren Bereich, in erster Linie in der dezentralen Stromversorgung. jedoch auch in der Raurnwbneund Wamwasserzubereitung. Zurzeit werden die meisten Brennstoffzellen rnit Erdgas oder Methanol sowie - j e nach Typ - mi2 tinem vorgeschalteten Reformer zur Erzeugung des Wasserstoffs betrieben. Die Herstellung von Wasserstoff erfordert derzeit jedoch noch einen sehr hohen Energieaufwand, der rneist rnit der Produktion von Klirnagasen verbunden ist. Daher ist es f i r die Zukunfi erforderlich, Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen zu erzeugen und im grofleren Manstab direkt in den Zellen einzusetzen. 1st dieses erreicht, konnte dies auch Auswirkungen auf die leitungsgebundene Wiimeversorgung haben: Wasswstoff statt Gas in den vorhandenen Leitungsnetzen?

3.2.2 Rechtliche Grundlagen Zahlreiche der rechtlichen Grundlagen aus dern Kapitel 2 ,,StromversorgungL'gelten auch f i r die Wiirmeversorgung und deren Auswirkungen auf den Raum und die Umwelt (siehe Kapitel 2.2.2).

Fesnwirme Rechtliche Grundlage f i r die Versorgung mit Fernwiirme ist ein Wilrtneliefervertrag. Grundlagen hierfir sind unter anderern das Biirgerliche Gesetzbuch (BGB) und die Verordnung iiber allgemeine Bedingungen fdr die Versorgung rnit FernwJrme (AVBFernwfimeV), eine Verordnung des Bundesrninisters f i r Wirtschafi (vom 20. Juli 1980 - geandert durch die n ~ energiesparrechtlichen Vorschrifien vom 19, Januar 1989). Verordnung zur ~ n d e r u der Der Begriff Fernwarme ist nach einem UrteiI des Bundesgerichtshofs aus dern Jahr t 989 so definiert worden, dass es auf die Na11e einer Anlage zu den zu versorgenden Gebiiuden oder das Vorhandensein eines grli5eren Leitungsnetzes nicht ankommt: ,,Wird aus einer nicht im Eigentum des Gebaudeeigentiimers stehenden Heizungsanlage von einem Drizten nach unternehrnenswirtschaftlichen Gesichtspunkcen eigenstlndig Warme produziert und an andere geliefert, so handelt es sich urn Femw5rme". Vemagspartner sind in der Regel die Femwgrmeerzeugungsgesellschafl und der Wohnungs- oder Gebaudeeigentiimer, also derjenige, der die VerfGgungsbefugnis fiber den Rausanschluss hat. Die Heizkosten werden dann im Rahmen der Betriebskosten entsprechend der beheizten Wohnflache auf die Mieter umgelegt.

Das neue Energiewirtxchafisgesetz hat zur Urnsetzung der europaischen Beschleunigungsrichtlinien fur Gas (und Strom) ab 2006 auch die Aufsicht iiber die (Strom- und) Gasmgrkte auf die bereits f i r den Bweich Telekommunikation und Post (friiher RegTP) kiestehende Bundesnetzagentur (BNetzA) fibmagen. Ihre wesentliche hufgabe ist dabei die Kontrolle und Genehmigung der Netmutmngsentgelte. D m existiert seit dern 1. Juli 2004 ein Aufbaustab hergie~egutiemnginnerhalb der Behorde. Auf dern Gasmarkt teilt die Netzagentur sich dann die Aufgaben mit den BundcsllFndem. Unternehmen rnit weniger als 100.000 Kunden und Versorgungsnetzen innerhalb der Landesgrenzen werden von den Landesbehorden reguliert, alle iibrigen von der Bundesbehorde. Darnit werden ca. 80 Prozent des Gasrnarktes von ihr iibenvacht. Urn grofle KWK-Potenziale, insbesondere in der Industrie, aber auch im Gewerbe und im Wohnungssektor vor dern mit der Liberalisierung des Energiematktes in Gang gesetzten Verd rangungswettbewerb zu schiitzen, wurde das Geserz fir die Erfialtung, die Modernisierung und den Ausbau der Krafr- Warme-Kopphrfig (Krafr-Wiime-Kopplungsgesetz) trat im April 2002 in Kraft gesetzt und damit das bisherige ,,KWK-Vorschalt-Gesetz" ersetzt. Die Betreiber von Krafi-Wiime-KopplungsanIagen haben demnach einen Anspruch auf eine Vergijtung f ~ den r in das Netz der allgemeinen Versorgung eingespeisten KWK-Strom, der sich aus dem vereinbarten Preis und Zuschlagszahlungen geman der Tabelle 3-1 zusammensetzt. B e a n s tigt werden nur bereirs bestehende KWK-Anlagen sowie neue Klein-KWK-Anlagen bis 2 MW elektrischer Leistung. Die Bonuszahlungen werden iiber einen BeIastungsausgleich auf alle Netzbetreibet und von diesen auf die Netzkosten umgelegt. Bei Letztverbrauchern darf sich das Nctznutzungsentgelt fGr fiber 100.000 kwh hinausgehende Strornbeziige aus d m Netz hochs~ensurn 0,05 Cent je k w h erhiihen. Tabelle 3-T ZuscMag zur EinspeisevergUtung in Eum-Cent pro kwh nach dern KWK-Gesetz Zuschlag zclr sonst Jiblichen Einspeisevergutung"in CtlkWh

-

neue Bestandsanlagen (zwischen dern 01. Januar 1990 und dern 01-04.02 in Betrieb genommen)

1,55

1-53

1,38

1,38

1-23

1,23

0,82

0,56

-

neue 'BHKW-Anlagen iiber 50 kWd, lnbetriebnahme nach dern 01.04.02

2,56

2-56

2,40

2,40

2,25

2,25

2-10

2,10

1,94

neue BHKW-Anlagen bis 50 kW,, lnbetriebnahme zwischen dem 01.04.02 und dern 31.12.05

5,11 CtlkWh fUr einen Zeitraum von 10 J a h ab ~ Oauerbetriebsbeginn

Im Rahmen des am 0 1. August 2004 in Kraft getretenen Artikelgesetzes zur Novellierung des Emeuerbare-Energien-Gesetzes wurde auch eine Veriinderung des KWK-Gesetzes (KWKModG) beschlossen. Bei dieser VerZinderung handelt es sich urn eine Pr&isierung des

,,iIblichen Preises" fur die KWK-Stromeinspeisung. Dieser wird somit als der an der Leipziger Strombdrse EEX erzielte durchschnittliche Baseload-Preis des jeweils vorangegangeneen Quartals festgelegt. Die lemen drei Quartale des Jahres 2004 wiesen a1s Durchschnittswerte f i r den Baseload bei der Leipziger StrombBrse einen Durchschniaspreis yon etwa 3 CtkWh auf. Der Begriff ,,Baseload" (Grundlast) kennzeichnet den Lasttyp f i r Strornlieferung oder Strombemg von konstanter Leistung iiber 24 Stunden eines jeden Tages der Lieferperiode. Das Energieeinspargesetz

Das Energieeinsparungsgesetz (EnEG)wurde 1976 zur Verbessentng der Handelsbilanz, das heil3t zur Reduzierung der AbhBngigkeit der BundesrepubIik Deutschland von importierten Energietrgprn erlassen. Die Bundesregierung darf seither in Verordnungen auf der GrundIage des EnEG eneretische Anforderungen an Gebaude und ihre Anlagentechnik stellen. So wurden die Heizungsbetriebsverordnung ( a u k Kraft seit 19813, die W&rneschutmerordnung (auRet KraR seit 2002), die Heizungsanlagen-Verordnung (auRer KraR seit 2003, die Heizkostenverordnung und die Energieeinsparverordnung erlassen, Zur Umsetzung der Europaischen Richtlinie iiber die Gesamtenergieefizienz von Gebauden w r d e das Energieeinspargesetz in einigen Punkten angepasst. Die ~ n d e r u n ~ ebetreffen n im Wesentlichen die Erg5nzung von Grundlagen f ~ energetische r Anfordetungen an Beleuchtungsanlagen sowie f i r die Ausstellung von Energieausweisen. In der jetzt giiiiltigen Fassung vom 1. September 2005 enniichtigt das EnEG die Bundesregierung im Einzelnen unter anderem Anforderungen an den Wtnneschutz, den Betrieb sowie die Verteilung von Betriebskosten bei zu errichtenden Gebtiuden sowie an heizungs-, raumlufttechnische, Kijhl-, Beleuchtungs- sowit an Warmwasserversorgungsanlagen und -einrichtungen zu stellen. Das ~ n d e rungsgesetz ist damit eine wesentliche Grundlage fiir die Urnsetzung der europiiischen Gesarntenergieeffizienzrichtliniedurch Novelf ierung der Energieeinsparverordnung 2006.

Die Energie-Einsparvemrdnung Die Enmgie-Einsparverordnung (EnEV gIiltig seit dem 1.2.2002) ist als neue W1Irmschutzverordnung in Ksafi geseta und hat damit die dritte W3rrneschu~erordnung(WSVO) uber den Mindestwiimeschutz aus dem Jahr 1995 abgeliist. Die neue Verordnung muss vwbindlich (gesetzlich) eingehalten werden. Sie senkt wieder, wie die beidcn VorgXngervorschriften, den Energiebedarf f i r die Hausheizung mit dem Ziel der noch hoheren Energie-Einsparung und dadurch verbesserter Umweltschonung. Das Neue an dieser dritten Warmeschutzverordnung: Sie beschriinkt den jahrlich zulassigen Heizenergiebedarf eines WohngebHudes. Mit der neuen EnEV wird der NiedrigenergiehausStandard bei Neubauten zur RegeI, bei Altbauten sieht sie Modemisierungsverpflichtungen mit der Vorgabe erhohter Standards vor. Die EnEV gilt f i r alle Gebaude, die zum Zwecke ihrer Nutzung beheizt werden miissen. Der Regelungsbereich der Verordnung umfasst irn Prinzip alle neu zu bauenden und die zu verandemden beheizten Gebaude einschIiefllich ihrer Heintngs-, raumlufttechnischen und zur Warmwasserbereihlng dienenden Anlagen.

3.3 Warmeversorgung in Deutschland 3.3.1 Geschichte der Warmeversorgung Bereits urn das Jahr 60 n.Chr, beschreibt Lucius Aenaeus Seneca in seinen Nar~ralesQuestiones das Ptinzip der Fernheizung, das zu dieser Zeit im Rtirnischen Reich zur Beheizvng der Bader bereits weit verbreitet war. Erst 1825 hat Leon du Voir dieses System wieder aufgegriffen und ein Heizungssystem rnit Temperaturen iiber 100 "C (offener Druckbehalter) f i r mehrere Rgume aus einer zenmlen WHrmeerzeugungsanlage entwickelt. Aus diesem System entstand dann die Femheizung f i r zahlreiche, rneist Bffentliche Gebaude in Europa. 1896 wurde dann in Hamburg das Rathaus fiber eine 300 m lange Femleitung (Hochdruckdarnpf) an das Kraftwerk PoststraDe angeschlossen. Mit dern Ausbau der Stromversorgung nahm auch die Fernwhneversorgung zur Nutzung der anfallenden Abwarme zu. 1921 wurde ebenfalls in Hamburg das erste Heizkrafhverk errichtet. Aus wirtschafilichen Griinden setzten sich in den letzten Jahrzehnten die Heil3wassersysterne durch und losten die Dampfleitungen rnit ihren griifleren Durchrnessern ab [3.3].

Die Geschichte dm Kraft-Wirme-Kopplung begann bereits kurz vor der Jahrhundertwende mit der Auskopplung von Dampf aus dem Kraftwerksprozess. Stellt man diesen Darnpf ader HeiBwasser Warmeverbrauchem aunerhatb des Kraftwerksgeliindes iiber Iangere Rohrleitungen zur Vefigung, spricht man von Fernwarme. Wird die Warme innerhalb eines Wohngebietes zu dessen Versorgung zentral erzeugt, spricht man von Nahwiime, Gasnetz zur Wiirmeversorguag (nach [3.4]) Die Gasnetze als erste nennenswerte Form einer Ieitungsgebundenen Energieversorgung entwickelten sich seit Anfang des 19. Jahrhunderts f i r das so genannte Stadtgas und blieben zunlchst auf die von den zentralen stfidtischen Gaswerken versorgten Gebiete beschrankt. Neben der urspriingiichen Venvendung f i r Beleuchtungsnvecke weitete sich der Anwendungsbereich des Gases bald auf das Kochen und die Wlrrneerzeugung aus. ijber8rtliche Netze entstanden in Deutschland seit ca. 1920, da Kokereigas als Nebenprodukt der Koksherstellung rnit den ersten Ferngasleitungen in die Verbraucherschwerpunkte zu tramportieren war. Fiir dicse Aufgaben kamen seit ca. 1930 Leimgen DN 500 mit einem maximalen Druck von 20 bar zurn Einsatz. In der Mitte des 20. Jahrhunderts bestanden in Deutschland und in anderen Industriestaaten mehr oder weniger ausgebaute Ferngasnetze rnit maximalen Nennweiten bis DN 900 und maximalen Druckstufen bis PN 66 sowie den dazugehirrigen komrnunalen Verteitungssystemen. lm Jahr 1966 begann rnit der grenziiberschreitenden Lieferung von Erdgas aus dern niederliindischen Groningen der Erdgasimport nach Deutschland. Leimngen DN 900 rnit maximalem Betriebsdmck von 67.5 bar ermilglichten einen wirtschaftlichen Transport iiber Entfernungen von mehreren hundert Kilometern. Seit Beginn der 1980er Jahre konnten rnit Rohren DN 1400 und PN 80 die interkontinentalen Trassen errichtet und betrieben werden. Es wird emartet, dass der Einsatzbereich in den niichsten Jahren auf DN 1600 und PN 120 ausgedehnt wtrden kann, da hlihere DriEcke und Durchmesser zu weiter vesringertem spezifischen Transportaufwand ftihren.

3.3.2 Aktuellle Situation der Warmeversorgung in Deutschland Tm Jahr 2004 wurden bereits 59 Prozent aller Wohnungen rnit den leitungsgebundenen Systernen Fernwanne (12 %) und Gasversorgung (47 %) versorgt (Bild 3-5), wobei in dem letzteren Wert auch ein kleiner Anteil dezentraler Fliissiggasversorgung enthalten sein diirfte. Bezogen auf die Gesamt-Anzahl der beheixten Wohnungen hat sich der Anteil an Fernwanne an den Wimeversorgungssystemen in Deutschland seit 1988 von einem Anteil von 6 % irn Westen und 27 % im Osten Deutschlands bis zum Jahr 2004 12,O Prozent erhdht [3.5j. Der seit einigen Jahren bereits anhaltende eindeutige Trend zur Gasversorgung bei den Neubauwohnungen (76 % im Jahr 2004) wird den Anteil der leitungsgebundenen Wiirmeversorgung in Deutschland weiter erhbhen. Kohle

396

1

bml

Stmm. Kohk

Wwhnungen gesarnt

Neubauwohnungen

Bild 3-5 BeheizungsstruMur 2004 nach 13.51

- Das kiinftige Warmeversorgungssystem Bis mrn Jahr 2015 wird damit gerechnet, dass etwa die Halfte aller Haushalte Gas zur Warmeversorgung einsetzen werden (Tabelle 3-2) [3.6]. Dabei ist davon ausmgehen, dass insbesondere die jetzt noch mit Einzellifen ausgestatteten Wohnungen und die KohleZentraIheizungen auf Gas umgestellt werden. Das HeizoE wird bis zu diesem Zeitpunkt bei etwa 35 % liegen. Es wird angenommen, Die Fernwarme und die Strornheizung k6nnten sich in etwa auf dem jetzigen Stand stabilisieren. Tabelle 3-2 Beheizungsstruktur nach Energidragern, Anteile in Prozent (nach [3.6]) 2010

2012

2015

9.4

9.4

33,s

9.4 32,8

9.3

3.32

46,5

48,l

49,l

50.0

51,2

3.0

13

1,4

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1,O

07

1,3 6.0

1,2 53

qRI

1,l

1.O

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5,7

5,7

5,8

5,9

0,o

0.0

0,I

0,1

0,1

0,1

2000

2005

2008

Fernwgrme

9,s

9.5

0l

37,O

35,2

Gas

43,2

Kohle

Holz Strom ubrige

31,8

3 Warmeversorgung

131

3.4 Verfiigbare Ressourcen und Wamnebedarf Die hier beirachteten leitungsgebundenen Warmeversorgungssysterne verwenden als Ressource entweder die zu den fossilen Energietrtigern gerechnece Psimarenergie Erdgas (als Brennstoff f i r die dezentralen Gasthemen in den Haushalten oder zur Urnwandlung in Heizwerken zu Fern- bzw. Nahwarme) oder aber fossile Energietrager wie Erdol oder Kohle zur Urnwandlung in Meiflwasser, das dann leitungsgebunden den Haushalten zur RaumwHrmeversorgung zugefihrt wird. Daneben kommen immer mehr regenerative Energietrgger in der leitungsgebundenen W5rrneversorgung zurn Einsatz: 2.B. Holz, Stroh oder Rapsol, Biomasse usw. Ein erheblicher Teil der W&meenergie entsteht als A b w m e bei der Stromerzeugung oder in gezielten KraftWame-KoppEungsprozesse~,so dass hier die bei der Strornversorgung bereits envithnten Ressourcen (siehe Kapitel 2) zum Einsatz komrnen. Von der 2003 verfigbaren 323 000 TJ/a Wiirmenetzeinspeisung kommen 82 Prozent aus KWK-Anlagen, 17 Prozent aus Heinverken und nur 1 Prozent aus industrieller Abwamenutzung [3.7].

3.4.1 Primarenergiefaktor Mit der neuen Energieeinsparverorhung (EnEV) vom 1. Februar 2002 wird erstrnals der maximal zulassige Jahres-Prirnarenergiebedarfin Bezug auf die Gebiiuude-Energiebilanz begrenzt. Bei dieser wird neben dem Heizwgmebedarf nun auch die Effizienz der Energietrilger und der Anlagentechnik beriicksichtigt. Fiir Neubauten oder bei wesentlichen A n d e m gen an Gebiiuden muss die Einhaltung der Grenzwerte in Form eines Energie- oder WHtmebedarfsausweises nachgewiesen werden. Eine der Rerechnungsgmdlagen ist der Primurenepiefakror des jeweiligen Energietragws. Durch ihn werden bei der Energiebilanz eines Gebaudes die Vorkette (bis zur Entnahrne im Gebaude) sowie die unterschiedlich Rohen C02Emissionen des jeweils eingesetzten Energietriigers beflcksichtigt. Dieser ganzheitliche Ansatz ermoglicht eine Gesamtbilanzierung der GebHudehiille und Anlagentechnik. Ein wenigr hoher Standard irn baulichen Wiimeschutz kann kunftig durch eine efizientere Gebaudetechnik ausgeglichen werden und umgekehrt. Fur die leitungsgebundene Warmeversorgung ist dabei von besonderer Bedeuhmg, dass es dam, wenn mehr als 70 % der W5me aus der Kraft-Wirrne-Kopplung kommt oder mehr als 70 % aus meuerbaren Energien, keine Begrenzung des maximal zulassigen JahresPrirniirirenergiebedarfs durch die EnEV (6 3) gibt. Wenn allerdings weniger als 30% der Warme aus Kraft-Warme-Kopplung kommt oder weniger als 70% W 5 m e aus erneuerbarer Energie stammen, dann wird im EinzeIfall eine Priifung erforderlich, mit welcher Prirnarenergie die Fmw5rme erzeugt wird. Allgerneine brancheniibliche Prjrnitrenergiefaktoren konnen der DIN V 4701-10, S. 124 enmommen werden (siehe Tabelle 3-3). Diese Angaben gelten nicht fir Mischsysteme. Hier sind die spezifischen Primlrenergiefaktoren yon unabhilngigen Sachverstsndigen nachzuweisen, bzw. ohne Nachweis ist der Wett f, = 1,3 anzusetzen. Dariiber hinaus besteht die Moglichkeit einer Priihng, ob die eigenen Prirnarenergiefaktoren besser sind als die in der DIN V angegebenen Wete. 1st dies der Fall, dann besteht f i r den Betreiber eines Systems die Moglichkeit, einen niedrigeren untemehmens- oder netzspezifischen Primkenergiefaktor nachzuweisen und m veroffenllichen. So hat sich m m Beispiel die Stadt Munchen einen Primgrenergiefaktor von 0,51 fur ihr Fernw5mesystem zertifizieren lassen.

Tabelle 3-3 Primgrenergiefaktorenim Vergleich, DIN V 4701-10, Tabelle '4-1 Energietrager

Brennstofft

Primarenergiefaktoren

Heizot EL

1-1

Erdgas H

1-1

Fliissiggas

l,i

Steinkohle

1-1

Braunkohle

1-2

Holz

0-2

Nah-fFsrnwarme a us KWK

Fossiler Brennstoff

Q,7

Erneuerbarer Brennstoff

a,o

riirme

Fossiler Brennstoff

1,3

Emeuerbarer Brennstofl

0,1

h a,.

,,,,,,.=rken

Fiir die Wh=neversorgung ist kiinftig ein Primiirenergiefaktor fpI:.wv von 5 O,6 einzuhalten unabhangig davon, ob die WZirme zentral oder dezentral auf der Parzelle erzeugt wird. Der Faktor ist anhand einer Berechnung nach Dm (hier der Dm 4701-10 Abs. 5.4.2) nachzuweisen. Die Planungswerte fur die in die Berechnung einzwsetzenden Grfiflen sind anhand aussagekraftiger Unterlagen zu belegen, eventuell ist die Einhaltung des Grenzwertes im Betrieb aufgrund der tats5chlichen Kennwerte nachtr2iglic.h zu bestatigen.

3.4.2 Regenerative Energietriiger Die Nutzung der Warme unterhalb der Erdoberflache (Erdwame) fiir die Gewinnung von Sworn oder Warme wird als Geothermic bezeichnet. Oberflachennahe GeothermiepotenziaIe fur die Niedertemperatur-W2menutzung;sind in DeutschIand im Prinzip iiberall verfugbar (vgl. 13.81). Dabei wird die oberflachennahe Warme am Grundwasserstriimen iiber Warmepumpen f ~die r Gewinnung von Raumwarme genutst, 2.B. im Bereich der Einfamilienhauser. Fijr die Stromerzeugung eignen sich nur Temperaturen iiber 100 Co. Als Solarfhermie bezeichnet man die energetische Nutzung von Sonnenlicht in Form von Wame. Grunds2itzlich werden dabei m e i Bereiche unterschieden: Irn Niedsigtemperaturbereich wird die Srrahlung der Sonne direkt iiber einen Absorber f%r die Erwiirmung von Wasser oder eines anderen Mediums vewendet. trn Hochtemperatntutbereich werden strahlungskonzentrierende Systeme eingesetzt, urn die Sonnenwame in Dampf zur Stromerzeugung umzuwandeln. Die Potentiale sind in erster LinEe durch die im Jahresverlauf zeitlich beschriinkte Verfigbarkeit gekennzeichnet. Unter Biornasse vmteht man organische Substanzen biogenen Ursprungs, wie 2.B. Brennholz, HotzabfatIe oder Holzhackschnitzel, Stroh, Griinschnitt oder Giille. Biomasse setzt bei der Verbrennung Kohlendioxid frei, das von den Pflanzen ( b m . bei der Giille von Tieren tibet die Nahrungskette) zuvor aus der Atmosphlre entnornmen wurde. Biornassenutzung ist damit neutral in Bezug auf Kohlendioxid. Aus Biomasse kann Brennstoff zur Strom- and Wameerzeugung in Blockheizkrafiwerken oder auch dieselghnlicher Treibstoff hergestellt werden. Als Riomasse bezeichnet man auch organische Stoffe tierischen Ursprungs, aus de-

nen sich Energie gewinnen IHsst. Diese Stoffe lassen sich daher als EnergietrZiger im Wlirmemarkt generell in zwei Kategorien unterteilen: Zurn einen die nachwachsenden Rohstoffe in Form von Energiepflanzen; dazu gehoren 2.B. schnell wachsende Baume sowie auch zuckerund stgrkehaltige Ackefl~chtezur Gewinnung von ~thanolund ~lfriichtefiir den Treibstoft; ,,Biodiesel". Diese konnen dann zum Teil iiber Krafi-Wame-Kopplungsanlagenauch fiir die Warmeversorgung eingesetzt werden. Zurn anderen der organische Abfall; dazu gehijren Stroh, Gras, Dung/Giille, Kliirschlamm (bis 10% Feststoffgehalt) und organische Hausmiillfraktionen wie Kornpost 2-13.zur Gewinnung von Biogas. Als rezente Biomosse wird pflanzliche und tierische Biomasse bezeichnet, die nicht iiber geologische Prozesse veriindert wurde (im Gegensatz zu fossiler Biomasse - Erdol, Kohle, Erdgas). Sonnenenergie

I rnechanische Verarbe~tung

I Pymlyse I Vergasung

Alkoholgarung

1

Methan-

Destilfation

Holzkohle I Holzteer

3 Festbrennstoff

I

4 Biogas

Holzgas

Klargas

I

motor

I Blockhe~zkrahrk

1

Fahneug (Verkehr)

(Motor) Blockhe~zkraftwerkBHKW

Warmenetz

Bild 3 6 Mijglichkeiten des Einsatzes von Biomasse fiir die Warmeversorgung (nach 13-91)

Wie Bild 3-6 zeigt, sind fur die jeweils zum Einsatz kommenden Arten von Biornasse unterschiedliche Verfahren mit unterschiedlichen Anlagentypen zur Energieumwandlung erforderlich, bevor diese in dm leitungsgebundenen Warmeversorgung zum Einsatz kommen konnen. Dort wo die Kraft-Wgrme-Kopplung zum Einsatz kornmt, kann dann auch aus Biomasse erzeugte elektsische Energie in das Stromnetz eingespeist werden.

I

Tn Deutschland fallen 27,7 Prozent des gesamten Endenergiebedarfs im Haushalt an. Diese verteiten sich wie folgf E3.51: Raumwame 75 Prozent; Wamwasser 1 1 Prozent; mech. h e r gie 8 Prozent; sonstige Prazesswame 4 Prozent und Beleuchhlng 2 Prozent. Bestimmungsgr8flen fiEr den Ranmwlrrnebedarf

Die Nachfrage der Haushalte in Deutschland nach Raumwame orientiert sich nach Bestimmungsgrilflen, die sich einerseits auf die bauliche Struktur der Gebtiude, andererseits aui die techniscl-te Gebiiudeausriistung beziehen. Dariiber hinaus spielen fur die Verbraucher die Kosten eine wesenxliche RoIle, zum einen die Betriebskosten, weil diese zum sparsamen Verbrauch von RaumwSme erziehen, zum anderm die Investitionskosten, die m i s t entscheidend sind fh einen Wechsel zwischen den einzelnen angebotenen Systemen. Dam ist es jedoch erforderlich, dass ein entsprechendes Angebot vorhanden ist und die Handlungskiheit der Nutzer z.B. als Mieter oder Eigentiimer einer Wohnung besteht. Damit ergeben sich folgende Bestirnmunggrol3en f i r den Raumwarmeverbrauch:

- Nutzflsche - NutzungsadGebaudefunktion - Fensteranteilflrerglasungsart - GebaudealterlSanierungszyklus - Gerateausstammg der Nutzer

- Nutzungskomfo~utzerverhalten - Belegungsdichte - Technische GebIudeausrilstung HeizungKtima - Kosten des Warmebezuges Die Nachfrage nach RaumwGrme tiber den Jahresverlauf unterliegt erheblichen Schwankungen. Von d m 8766 Stunden pro Jahr insgesamt fi-agen die Haushahe in etwa 5000 bis 6000 Stunden nur 10 % der Spitzenleistung nach, und in nur ehva 2000 Stunden pro Jahr werden 50 % dieser Spitzenleistung nachgefragt. Die wiinschenswerte Situation, dass sich fur das Wiirrneversorgungssysrem aufgrund der ortlichen Struktur ubw eine gemeinsarne Versorgung von Haushalten und gewerblichen oder industriellcn GroBverbrauchern mit einem hohen und gleichrnafligen Wirmebedarf iiher das Jahr eine hiihere teistungsanforderung ergibt, ist nur in wenigen Fallen gegeben. Die Jahresdauerlinie (siehe dam die Erlauterungen in Kapitel 2.2.1) fur den Wiimebedarf eines Siedlungsgebiets verlituiuft damit in der Regel noch ,,extreme? als diejenige f i r den Strombedarf, das heist die Spitzen sind noch ausgepragter und die Zeiten fehlender Vollauslastung der Anlage sind noch hiufiger. Die Leistung der Versorgungsanlage muss daher jeweils so angepasst werden, dass diese rnbglichst Eange in VollIast und moglichst nur zeitweise in Teillast betrieben werden kann. Zur Abdeckung der kurzzeitigen Spitmlast wird dann hguiufig eine Zusatzversorgung herangezogen. Bild 3-7 zeigt eine typische geordnete Jahresdauerlinie f i r den Wiirmebedarf einer Wohnsiedlung mi2 50 Wohneinheiten. Fiir Kochen und Warmwasserbereitung sind fur einen durchschnittlichen Haushalt zus5itzlich zum Raumwamebedarf ca. 20 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr [kWh/m"a] anzusetzen, f i r die zentrale Warmwasserbereitung ca. 60 kWh/m2'abei zentraler Beseitung und ca. 40 kWh/mz'a bei dezentraler Bereitung.

Jahresdauerl inir 10 MW

stuna der

Bild 3-7 Beispielhafte Jahresdauerlinie for eine Wohnsiedlung mit 50 Wohneinheiten [3.10]

Entwicklung des Wiirrnebedarfs

Die Zahl der Personen pro Haushalt wird durch immer mehr allein srehende alte Menschen und immer mehr junge Single-Aaushalte laufend weiter abnehmen. Damit nimmt die Wohnflgciche pro Kopf stetig zu. Von derzeit knapp 40 m2 pro Einwohner w i d bis 2020 ein Anstieg auf iiber 41 m2 und bis 2050 sogar auf iiber 52 mZ prognostiziert [3.11]. Damit steigt die Wohnflache in Deutschland, die im Jahr 2005 ca. 3,5 Milliarden Quadratmeter betragt, in den nachsten Jahren trozz abnehmender Bevolkerung weiter auf fast 4 Milliarden Quadratmeter an [3.E2]. Die Entwicklung des Wfirmebedarfs wird stark von den gesetzlichen Vorgaben gepragt, die aus Umweltschutzzielen in den lezzlten Jahren erlassen wurden. Mit den fes$ele@en Bestimmungen der Energieeinspawerordnung (EnEVO) nahert sich der vorgeschriebene Wameschutzstandard im Neubaubereich demjenigen von heute ausgefiihrten Niedrigenergie-Hgusem (max. 70 kWh pro m k n d a), Entsprechend trhdhte Anforderungen an die Diimmung sind auch bei der Sanierung yon Altbauten zu erwarten.

Da das Energie-Einsparpotential im Neubaubereich mit der Reduzierung des zulbsigen Heizwannebedarfes noch nicht ausgeschopft ist (siehe Tabelle 3-4) und sich aunerdem durch die fortwahrenden Sanierungsmassnahmen zudern ein gegeniiber den Bestimmungen der WSVO 95 erhohter WIrmeschutzstandard auch f i r den erheblich grol3eren Bereich der Altbauten durchsetzen wird, ist langfristig von einem deutlichen Anstieg des Wiimeschutzstandards im Gesamt-Gebiiudebestand der Bundesrepublik auszugehen. Wie sich das Einsparpotential kiinfiig ausschopfen IBst, hangt ganz wesentlich von der wirtschaftlichen Entwicklung und den E6rirdetmitteln ah, die kijnftig in die Umsetzung der Energiesparziele gesteckt werden. Je nach dem, welchem Szenario die tatstichliche Entwicklung folgen wird, w i d der Endenergievwbrauch irn Haushaltssektor von heute ca. 650 TWhla auf einen Bereich zwischen 300 TWhIa und 600 TWhIa sinken. Geht man von dem eher konservativen Szenario aus, dass der Endenegiebedarf l%r Raumwanne gegeniiber den Maonahmen der Warme-

schutmerordnung von 1995 noch urn weitere 25 Prozent sinken wird, so diirfte sich der Endenergieverbrauch im Haushaltssektor bis 2020 bei ca. 450 TWhIa einstellen [3.13]. Trots der langfristig weiter ansteigenden Wohnfliichen wird der Endenergiebedarf f i r Raumwiime also aufcmnd der hiiheren Efizienz der Gebiiude ktinftig stark zuriickgehen: bis 2020 urn ca. 25 Prozent. Danach w i d sich der Riickgang verlangsamen und in den nachfolgenden 30 Jahren nochmals urn knapp 10 Prozent gegenuber 2020 zuriickgehen. Immer vorausgeseta, dass sich die iibrigen Randbedingungen so wie angenornrnen entwickeln werden. Tabelle 3 4 Heizenergie (maximale Heizlast) in Abhdngigkeit vom Gebhudestandard [3.14] rimale Hei: Irn

Het

Minimu

M

,.* ..... ,",,

1InrIm.kn

kWhl(m -,

... lnl(mda)

"

Gebaude rnit Baulahren vor 1977

130

200

180

240

Gebaudenach WSchVvon 1995

40

60

60

130

Niedrig-Energie-HBuser

25

40

30

70

Passivhduser

10

10

30

20

Siedlungsstrukturelle und demographische Faktoren Der RaumwZirrnebedarf in Deutschland ist im Wesentlichen durch siedlungsstrukturelle und demographische Faktoren bestimmt. So w i d einerseits die demeitige l3evolkerungszahI von 82,O Millionen (2005) bis 2020 kontinuiwlich auf 80,7 Millionen absinken. Andererseits werden sich in einzelnen Versorgungsgebieten die Gebaudetypen und deren Warrneschutz und darnit auch der Raumw&mebedarF veAndem. Tabelle 3-5 zeigt dies anhand des Gasbedarfs verschiedener Gebtiudetypen bei unterschiedlichen Standards f i r den W3rmeschutz. Eine Berechnung bzw, eine Vorhersage der Enhvicklung des Raumwarmebedarfs in Gewerbe und Industrie ist in der Regel nur durch eine detaillierte Einzelfallbetrachtung miigiich, weil diese sehr stark von der jeweiligen Branchenstruktur abhangig ist. Mit Hilfe von Kennzahlen, die sich auf die BeschZiftigtenzahlen beziehen (Tabelle 3-5), 1Lst sich allenfalls eine ijberschlitgige Errnitflung des Energiebedarfs bzw. des Leistungsbedarfs einer Branche (hier f ~ r das Glas-, Papier- und Keramikgewerbe) vomehmen. Dieser Bedarf im Raumwarmebereich ist hHuiig auch deutlich hoher als der Bedarf far Licht, KraR und Kommunikation. Tabelle 3-5 Energie- und Leistungskennzahlen Glas, Papier- und Kerarnikgewerbe [3.15] Anwend~lngen

Rau Brauchwasser

Energiekennza hl

Leishtngskennzahl

[kwh1 Besch.*a]

[kW/ Besch.]

5.40 1

4,50

27

0,03

396

0,33

3.5 Warmeerzeugung 3.5.1 Komponenten der Warmeerzeugung und deren Funktion In Heizwerken erfolgt die Wiirrneerzeugung f i r die Raumw3jrmeversorgung (und meist auch fdr die Warmwasserversorgung) direkt und ausschliel3lich f i r diesen Zweck. Diese Heizwerke liefern also keinen zusatzlichen Strorn. Von einern Heizwerk wird die W a m e mit Hilfe des ijbertragungsmediums Wasser (oder Dampf) iiber FernwBrme- ader NahwHrrnenetze zu den Verbrauchem gefihrt. Das Aufheizen des Wassers (oder die Dampferzeuyng) erfolgen in KesseIanlagen (Heizkessei, Dampfkessel) oder durch WZirmetauscher, in denen die Abwame aus anderen Prozessen genutzt wird. Ein Heizwerk setzt sich aus folgenden Teilsystemen zusammen:

-

der Brennstofhersorgung und -speichenmg, der W3meerzeugung (Kesselanlage), der Wasseraufbereitung,

der Druckhaltung (bei HeiRwassersysternen), dem W3rmespcicher und - den Netzpumpen (bei Heil3wassersystemen). Reine Heizwerke werden heute nur noch zur Reserve- und Spitzenlastabdeckung odw f i r kleine Versorgungsnetze gebaut. Nach Mfiglichkeit wird versucht, die WWneerzeupng mit der Strorneneugung in Heizkrqfiwerken nach dem Prinzip der Kraft-Winne-KoppIung (siehe Kapitel 3.1.2) zu verkniipfen. Hierbei unterscheidet man unterschiedliche PrinzipvarEanten: Beim Gegendruck-Dampfiqftwe~kerfolgt die Expansion des gesamten Dampfmassenstroms in der Turbine nur bis zum ,,Gegendmck". Dieser lie@ oberhalb des Druckniveaus von Kondensationsanlagen zur ausschliel3lichen Stromerzeugung. Der daher noch arbeitsfahige ,,ausgekoppelte" Dampf wird anschliefiend iiber einen Heizkondensator zur Bereitstellung von Prozessdampf oder von Fern- und Nahwarme benutzt. Irn Vergleich zu einem Kondensationskraftwerk mit gleicher Dampfqualitat ist f i r diese Warmeleistung eine Minderung der elektrischen Leistung in Kauf zu nehmen. Die Nutzung der Abwerme von Gasturbinen und Verbrefinungsmotoren hat dagegen keine prozessbedingte Stromeinbufle mr Folge. Blockheizkrafhvetke mit Verbrennungsrnotoren nutzen mr WWmeauskopplung die Abwiirme des Kiihlwassers, des Schmierols und der Abgase. Diese AnEagenkonzepte weisen eine starre Kopplung zwischen Sworn- und Wgrtneerzeugung auf. Enmahme-Kondensations-Dampfirafmerkeerlauben es, die Heizleistung gezielt an den Bedarf anmpassen. Ein Ted des Dampfmassenstroms wird zwischen Dampfeintritt in die Turbine und Kondensator zur Heinvtirmeerzeugung geregelt entnommen. Entspre-

-

chcnd dcr Mcngc dcs cntnommcnm Dampfcs gcht dic clcktrischc Lcistung zuriick. Wird z.B.

saisonbedingt keine Hcizw5rme benlitigt, w i d nur eltktrische Energie erzeugt. Der Wirkungsgrad liegt hierbei bei Steinkohlekraftwerken irn Bereich von 38 bis 44 %. Die Kombination einer Gasturbine mit einer Dampfturbine ftihrt zu einer Gas- zrnd Dampftlrrbinen-Anlage (GuD-Anlage). Dabei werden die heiflen Abgase der Gasturbine in einern Abhitzekesscl (ohne oder mit Zusatzfeuerung) zur Erzeugung von Frischdampf f i r die

Dampfturbine venvendet. Aufgrund der Kopptung des Gas- und Dampfiurbinenprozesses erreichen GuD-Anlagen hohe elektrische Wirkungsgrade und hohe Stromkennzahlen. Anlagen rnit befeuertem Abhitzekessel haben den Vorteil, dass ihr Betrieb sich Bunerst flexibel dern tatstichlich vorhandenen Strom- und WSmebedarf anpassen Ibst. Die bisher beschriebenen KWK-Anlagenkonzepte sind weitgehend etablierte und ausgereifte Technologien, die nur noch ein begrenztes Verhesserungs- und Optimierungspotenzial aufweisen, Im Gegensatz dazu stehen Bren~stoffelleepl-Heizkrufmerkenoch am Anfang ihrer Enmicklung. In BrennstefTzellen wird die im Brennstoff (Wasserstoff bzw. wasserstoffhaltige Energietrgger) enthaltene chemische Bindungsenergie auf elektrochemischem Wege direkt in elektrische Energie umgewandelt. Die dabei anfaltende Warme lGss? sich insbesondere bei den Mittel- und I-Iochtemperatur-BrennstoffzeIIen auch im Sinne einer Kraft-WtIrmeKopplung nutzen. Urn jedoch zu einer wirtschafilich wettbewerbsfihigen Form der etablierten KWK-Anlagen zu werden, muss die Brennstoffiellentechnologie noch stark weiter entwickelt werden. Ein Vergteich von Systernen der gekoppelten und getrennten Erzeugung von Strom und Warme muss anhand einer konkreten Versorgungsaufgabe erfolgen, die durch den Wgrme- und Strombedarf charakterisiert ist sowie dern zeitlichen Verlauf der nachgefragten Wame- und elektrischen Leishjng. Zudem miissen alle Systemeiernente in den Vergleich rnit einbezogen werden, z.B, auch die Anlagen zur Spitzenlast-Abdeckung sowie mr Wameverteilung. Die Ergebnisse einer derartigen Gegentiberstellung hfingen sowohl von d m betrachteten KWKSystem ab, aIs auch von $em zum VergEeich herangezogenen Referenzsystem der getrennten Erzeugung und den genutzten Brennstoffen.

3.5.2 Raum- und Umweltwirkungen der Wiirmeeneugung Raumwirkungen Die Raumbedeutsamkeit der Wiirmeerzeugung ergibt sich bei der grontechnischen Nutzung von Wirmepotentialen zum einen aus industriellen Prozessen oder aus der Stromproduktion. Hier waren moglichst geringe Abstande zwischen den zu versargenden Siedtungsgebieten und den Orten hemstellen, an denen die AbwSme anfillt. Dies widerspricht jedoch in der Regel anderen Planungszielen wie dern Lamschutz oder der Stadt- bzw. der Landschaftsgestaltung. Diese erfordern meist grol3e Abstlnde zu den Umwandlungsanlagen (Krafhverken) und empfindlichen Siedlungspbieren oder die Unterbringung der Anlagen in solchen Gebieten rnit ausgewiesenen Flachennutzungen, die mit den Umweltwirkungen der Umwandlungsanlagen vertraglich sind. Solche Nutzungskonkurrenzen sind daher in der Raumplanung friihzeitig zu beriicksichtigen und (in der Regel in der Bauleitplanung) untereinander und miteinander abzustimmen. Umweltwirkungen

Die negative Emissionssituation in den Wohngebieten, heworgemfen durch die Lufischadsroffe der kohle- bnv. holzbefeuerten Einzelofenheizungen war in vielen Stadten der Ausgangspunkt fdr zentrale Versorgungssysteme und den damit verbundenen Ausbau der Fernw3nneleitungen. Bei den zentralen Systemen war es zunachst ijkonornisch einfacher, wirksame Rauchgasreinigungsanlagen zu inslallieren und zuverlLsig zu betreiben. Erst rnit der Einfihrung von Gas und leichtem H e i d und verbesserter Anlagentechnik konnten die Um-

wandlungsanlagen f i r den RaumwZirmebedarf wieder dezentral innerhalb der Siedlungsfllchen bei geringen lokalen Umweltwirkungen vorgesehen werden. Mit zunehrnenden Erkenntnissen fiber die globalen Wirkungen fossiler Energietrgger geht es nun darum, diese auch irn Raumwamemarkt mtiglichst weit zuriickzudtangen und regenerative Energiemger zum Einsatz zu bringen. Der Betrieb von Anlagen zur Warrneversorgung mit Hilfe der Solartherrnie und der Geothermic ist innerhalb der Siedlungsgebiete ohne wesentliche Umweltwirkungen rnoglich. Bei einer Gesamtbetrachtung aller Wrnwelhvirkungen sind hier jedoch auch die teilweise aufwgndigen Produktionsprozesse der Anlagen zu beriicksichtigen. Bei der Verwendung von Biomasse zut Raumwkirmeversorgung kann auf inzwischen ausgereifle Urnwandtnngstechniken und Abgasreinigungsverfahren zurijckgegriffen werden. In der Vereinbarung zur Minderung der C02-Emissionen und der Forderung der KraftWgrrne-KoppIung (KWK) zwischen der Bundesregierung und der deutschen Wirtschaft aus dem Jahr 2001 wurden C02-Minderungsmahahmen aufgeftihrt, die durch lnitiativen der Unterzeichner bis 2010 zu Reduktionen von 45 Mio. t C02/Jahr gegeniiber 1998 fdhren satlen. ZieI ist es, die C02-Minderungen durch zwei MaRnahmenbundel m erreichen. Zum einen sollen durch den Erhalt, die Modernisierung und den Zubau von KWK-Antagen oder durch sonstige Mafinahmen BeitrSige geleistet werden. Hierbei wird angestrebt mit oder von KWK, die C02-Emissionen urn 10 Mio. t C02/.lahr bis 2005 und insgesamt bis 2010 mbglichst tun 23 Mio. t CO7/Jahr,jedoch mindestens urn 20 Mio. t COzlJahr, zu senken.

Fur die Ermittlung der C02-Einsparungen [3.16] wwrden ftir die Strom- und Warmeerzeugung Referenzsysteme definiert. Die spezifischen C02-Emissionen der ungekoppelten Erzeugung betragen bei der ungekoppelten Stromeneugung 820 g C02/kWhelund fur die ungekoppelte Warmeerzeugung der allgemeinen Versorgung 300 g COzkWh, f i r die gekoppelten Prozesse betragen diese 205 g C02/kWh f i r den Energietrager KohIe und -154 g C02/kWh bei dern Energiett-gger Gas, bei der Verwendung von Biogas sogar -404 g C02/kWh [3.16]. Auf den ersten Blick iiberraschen dabei die negativen Emissionen der Warmeerzeugung rnit einem BHKW. Dies erklxrt sich damir, dass durch die Verdrgngung der Stromerzeugung in einem herkdmrnlichen K r a h e r k in diesem Vergleich Emissionen eingespart werden, die hoher sind als diejenigen, die das BHKW vor Ort selbst erzeugt. Faktisch wirkt sich unter den Verh5ltnissen des aktuellen Kraftwerksmixes der Betrieb eines Erdgas-BFKW wie eine so genannte C02-Senke aus. Das heil3t, ein Erdgas-BHKW spart im Vergleich zu einem modernen Gas-Brennwertkessel trow 50 % Mehrernissionen vor Ort insgesamt 160 % an Treibhausgasen ein. Die Studie zeigt, dass unter den zugrunde gelegten Rahmenbedingungen f i r die Referenzsysterne und f i r die Bewertung des Erhalts, das in der Selbstverpflichtung vereinbarte Zwischenziel von I0 Mio. t C02/Jahr f i r 2005 gegeniiber 1998 mit einer bilanzierten jghrlichen Einsparung von 12,7 Mio. t CO?/Jahrdurch den Zubau, die Modemisietung und den Erhalt voil KWK-Anlagen erreicht wird.

3.5.3 Kosten der WIrmeeneugung und deren Triigerschaft Die Kosten der Wanneerzeugung, das heil3t der Urnwandlung von Prirnarenergie in die Nutzenergie WHrme, setzen sich aus den Brennstoffkosten, den Investitionen in die UmwandIungsanlagen und die Kosten f i r den Anlagenbetrieb zusamrnen. Zu diesen Erzeugungskos-

ten lcornrnen dann noch der Warnetransport und die W&rmeverteilung hinzu, die in den ngchsten Kapiteln bekandelt werden, sowie hftufig auch noch die Kosten fiit die Leistungsabrechnung. Die Erzeugungskosten f i r die Fernwarme sind dann, wenn diese in einem KraflWsme-Kopplungsprozess erzeugt wurden, nur schwer von den Gesamtkosten fdr die Strornund Wameproduktion abzutrennen. HZufig wird daher fiir die Fernwarme ein ,,anlegbarer" Preis verlangt, das ist der Preis, den ein Abnehmer bei Eigenproduktion der Warme rnit einem anderen veffGgbaren System (z.B.bis Erdgas oder Heizbl) bezahlen musste. Bei den Kosten der Warmeerzeugung mit Hilfe des leitungsgebundenen Systems Gasversorgung schlagen im Wesentlichen die Brennstoffkasten durch. Der Preis des Erdgases richtet sich jedoch bei den meisten Verkiigen, welche die Verbraucher odet die regionalen oder IokaIen Versorgungsunternehmen mit den Gaslieferanten langfrixtig abgeschlossen haben, nach dern bIpreis. Tabelle 3-6 Kostengruppen und Kostenarten fur die Heizungssysteme Erdgaszentralheizung und Fernwarme nach p.171 Heirungssystem Erdgas (ZH) 'Betriebskosten Nebenkosten

Grundpreis

135

237

Arbeitspreis

461

453

Kaminfeger

42

Wartung / lnstandsetzung

141

Kamin

82

0

386

0

0

301

Kessel, Regelung, MonKapitaldienst

tage Fernwarme-Hausstation Hausanschluss und BKZ

Summe

Fernwarme

EurolJaRr

157

222

1404

1274

Die Fernwarmetarife bestehen aus einem Grund- und einem Arbeitspreis (Tabelle 3-6). Der Grundpreis steigt in dw Regel rnit dem Lohnkostenindex oder i-ihnlichen gesamtwistschaftlichen Kenngrijnen. Ein hoher Grundpreis verringert den Einfluss des Verbrauchs am Gesamtpreis, so dass der Anreiz f i r ein energiesparendes Verhalten sinkt. Der Versorger hat andererseits mit einem hohen Grundpreis eine von der Abnahmernenge unabhgngige gesicherte Einnahrne. Deshalb sind f i r die Kunden Tarife ohne Grundpreis odes rnit einem moglichst geringen Grundpreis vorteithaft. In der Regel berrZigt der Grundpreis etwa 65% des Gesamtpreises. Preisgleitklauseln passen die Arbeitspreise der Fernwiinne an die Kosten der Einsatzenergien und die allgemeine Entwicklung von Energiepreisen und Lebenshaltungskosten an. Sinken z.B. die Olpreise, dann sorgen die Preisgleitklauseln dafiir, dass auch der Femwannepreis sinkt. In der Praxis hat sich eine Kopplung von 30 bis 50% eingestellt.

3.6 Warmetransport 3.6.1 Komponenten des Warmetransports Entsprechend den bisherigen Definitionen ist fir das Wlirrneversorgungssystem in erster Linie der W3rmetransport vom Ort der Urnwandlung (Kraftwerk) zum Verbraucher iiber das Medium Wasser von Bedeutung. Dieser erfolgt in goflen Fernwarmeleitungen. Hierbei spricht man zum Teil auch von einer Fernw~me.rchiene.Zum anderen sol1 hier aber auch auf den gro@r%urnigenTransport von Etdgas kurz eingegangen werden, auch wenn es sich hierbei im Raurnwarmebereich eigentlich urn den Brennstofftransport zur dezentralen Umwandlungsanlage (hier dm der Gebludeheizung) handelt, da dieser aus planerischer Sicht eine groae Bedeutung f i r die Systernauslegung insgesamt, aber auch f i r die Erschlienung der Siedlungsgebiete aufweist. Transport von Fernwiirme

Die Auskopplung von Fernwarme aus Kraftwerken erfolgt in so genannten Primametzen bei einem Rohrdurchmesser yon DN 600 bis DN 1000 ijber Entfernungen von 10 bis 20 km, bei der Fentw3rmeschiene Niederrhein sogar iiber 40 km. Weitere Reispiele sind die Trassen Mannheim-Heidelberg, Janschwalde-Cottbus, Wedel-Hamburg und Lippendorf-Leipzig.

In Netzen mit verschiedenen Etzeugungsanlagen kann deren Einsatz zur Minimierung der Brennstoffkosten optirniert werden. Weiterhin ist die Einkopplung anderer Abwarmequellen mdglich, wobei jedoch zum Erreichen einer hohen Wirtschaftlichkeit des gesamten Systems eine computergestiitae Leittechnik mit entsprechender Software erforderlich ist. Ein Beispiel bildet die FernwRrmeschiene Niederrhein, in der neben der Grundversorgung aus Heizkraftwetken in groflem Umfang Abwfirme aus einer Schwefels5urefabrik und eines Hochofens eingekoppelt und somit ein Beitrag zur Einsparung von Primarenergie geleistet wird. Kleinrgitmigere Systeme, meist als SekundIrnecze oder Nahwlimesysteme bezeichnet, weisen meist nur eine geringe Transportkornponente auf (Raumuberwindung ohne Wirmeabgabe). Hier dienen die Leitungen meist voIlstiindig der Wameverteilung. Der Energieti-ansport mit HeiRwasser ist gegenuber den 01- und Gasleitungen durch einen geschlossenen Kreislauf (Vor- und Riicklaufleitungen beim Heiflwassersystem, Dampf- und Kondensatleilng beim Dampfsystem) und eine zur Vermindemng von WZirmeverlusten auf die Rohre aufgebrachte Dammschicht gekennzeichnet. Bild 3-8 zeigt beispielhaft den DmckverEauf in einer FernwSnneleitung [3.4]. Hier ist zu erkennen, dass der Ausgangsdmck am BHKW in der Vorlaufleitung zunachst 1032 kPA betrggt (Varianre 1). Nach 3000 m Trassenliinge betrtig dieser Druck beim Abnehmer 1 dann nur noch 854 kPA und nach 6000 rn beim zweiten Abnehmer nur noch 666 kPA.

In der Riicklaufleitung gtht der Druck dann nach dem Druckverlust beim Verbraucher (z.B, an eeinern Warrnetauscher) durch den Riicktransport nochrnals von 566 kPA auf 200 kPA zuflck, bis die Leitung wieder das BHKW erreicht. Wird die Warrne am BHKW in der Leitung nur mit einem Druck von 656 kPA entnommen (Variante 2), dann ist der Druck beim ersten Abnehmer durch cine Pumpe von 478 kPA wieder auf 854 kPA zu erhohen (Variante 2)-

BHKW

Abnehmer 2

Abnehmer 1

1 1132 1032 -

854 kPa Vorlaufdruck Variante ? und 2

T.I:

i

Vor'laufdruck Variante I

Yorlaufdruck Yariante 2

1478 LPa

-

378 kPa ROcklaufdruek Variante 1 und 2

200

I

Trasse 1

f rasse 2

Bild 3-8 Druckverlauf iiber die TrassenHnge fiir den Warmetransport eines BHKWs 13.41 Transport von Erdgas fur die WHrmeerzeugung

Die minimale Rohnvanddicke b m . rechnerische Mindestwanddicke ist in Abhiingigkeit vom maximalen Innendruck, dem auReren Rohrdurchmesser, der maximal zulassigen Materialspannung und einem ,,Verschwachungsbeiwert". 1n der Anfangsphase der Gasversorgung wurden die korrosionsunernpfindlichen, jedoch bmchgefihrdeten Rohre aus Grauguss bis zu Nennweiten DN 500 und einem Dmck von 10 bar eingesetzt. Seit den I960er Jahren erfolgte deren Abllis~tngdurch Rohre aus duktilem Guss mit haherer Festigkeit, Elastizitgt und Verformbarkeit und demnrfolge erhohten Einsatzbweichen bis zu DN 600 und PN 16. Der gegeniibe~dem Grauguss verringerten Korrosionsbest?Indigkeit wird durch Aufbringm yon Schutzschichten begegnet. Die Verbindung der einzetnen ,,Rohrschiisse" erfolgt rnit Muffen, wobei die urspriinglich venvendeten Stemmmuffen mit DichtstrEck und Stemmstoff aus Blei durch Steck-, Schraub- und Stopfbuchsmuffen mit modemen Kunststoffdichtringen ersetzt werden konnten. Bei den im Gasrohrleitungsbau eingesetzten Stahlrohren fand ebenfalls ein WechseI von den unlegierten Stahlsorten St 37 und St 52 bis zu hochfesten legierten Materialien StE 480.7 mit einer Mindeststreckgrenze von K = 480 Nlmm2 statt, die insbesondere f i r Rohre mit grofleren Durchmessem und Druckstufen der Femtrassen erfordertich wurdm. Analog zur Rohrfertigung im Werk kommt den verschiedenen, in DVGW-ArbeitsbItIttem festgelegten Priifverfahren zur Sicherung der Montagequalitat auf der Baustelle eine hohe Bedeutung zu. Neben dw Schweiflnahtpriifung mittels Ultraschall oder Rontgenverfahren werden fcrtig gestellte Leitungsabschnitte einem Priifdruck aussetzt. Beim ,,klassischen" Sichtverfahren wird der zu prfifende Trassenabschnitt einem inneren LufXiberdruck ausge-

setzt und die Schweil3n%hternit einem schaumbildenden Mittel versehen (Abpinseln), so dass Undichtigkeiten durch Blasenbildung sichtbar werden. Zur Vermeidung der Auflenkorrosion werden die Rohre und SchweiSniihte bei dm Fertigung und nach der Verlegung auf der Baustetle rnit entsprechenden Schutzschichten versehen. Neben den fi-iiher eingesetzten bituminosen Materialien mit Tragereinlagen aus GlasvIies o.a. mit Schichtdicken von 4 bis 6,5 m m werden zunehmend PE-Umhiiltungen venvendet, die sich durch einen hohen elektrischen Isolationswiderstand und hohe Bestandigkeit gegenuber aggressiven Medien auszeichnen. Die Einhaltung einer Gasmindesttemperatur vermeidet das Unterschreiten der Wasserdampf-Taupunkttemperatur und sornit eine Innenkorrosion. In Ferntransportleitungen stellt dariiber hinaus die Auskleidung mit Epoxydharz eine wirksame Korrosionsschutma~nahmedar.

- Verdichte~tationenund Dmckregelanlagen Verdichterstationen sind zur fiberwindung des Reibungsdruckverlusts beim Ferntransport (Transportverdichtung) oder zur Erzeugung des relativ hohen Dmcks Rir unterirdische Gasspeicher (Speicherverdichtung) erforderlich. In Transportleitungen sind hohe ESrdermengen rnit einern relativ geringen Druckverhaltnis zu verdichten, so dass Turboverdichter mit Industriegasturbinen als Antrieb venvendet werden. In groRen Anlagen wird zur Verbesserung des Wirkungsgmdes der Gasturbine ein Darnpfturbinenprozess nachgeschaltet. Demgegenuber sind bei Gasspeichem geringere F6jrdemengen rnit einern relativ hohen Verdichtungsverhaltnis einzuspeichern, wozu Kolbenverdichter mit Gasmotorantrieb, iibenviegend nach dem Zweirakt-Otto-Verfahren arbeitend, einzusetzen sind. Aus nahe liegenden Griinden wird ein Teil des zu verdichtenden Gases als Antriebsenergie venvendet. Zur Ge~Zihrleistungausreichender Zuverlassigkeit und Variabilitat der FIirdermenge und des Druckverhlltnisses werden neben Drehzahlverstellung, Bypass- und Dmsselregelung mehrere Verdichter in Parallel undoder Reihenschalhlng installiert. Eine zustitzliche Reserveeinheit mit der Leistung der gr6132en installieden Betriebseinheit wird empfohlen. Sie sichert eine Mindestfordermenge f i r den Fall der planmafligen oder aul3erplanmal3igen Auflerbetriebsetmng eines Verdichters. Zum sicheren und wirtschafilichen Betrieb von Verdichterstationen sind neben einer Notstrornversorgung 2.B. noch KCihler zur Abfihrung der Motorverlustw5me und m r Einhaltung einer maximalen Gastemperatur von ca. 50 OC erforderlich sowie Anlagen zur Staubentfernung und zur Filterung. Daneben wird eine Brenngaszufdhrung fllr den Antriebsmotor rnit Fliissigkeitsabscheider beniitigt, sowie eine h c k r e g e l u n g und Uberdr~cksicherun~, die den Verdichter bei Erreichen eines Grenzwertes abschaltet. Zur Sicherheitstechnik gehljren automatische Gaswarn- und Brandmeldeanlagen sowie FeuerlBscheinrichtungtn. Druckregelanlagen bzw. ijberpbestationen stetlen die Verbindung der Abnehmer oder Netze zu Versorgungssysteme hbherer Dmckstufe dar und haben die Aufgabe, den Ausgangsdruck bei schwankendem Eingangsdruck und wechselnder BeIastung auf miiglichst konstantem Niveau zu halten. Diese Einrichtungen kbnnen nach ihrem Venvendungszweck in Ubernahmestationen, Bezirksstationen, Sonderabnehmerstationen bis zum Hausdruck-Regelgerat eingeteilt werden. Als weitere Sicherheitsmafinahme in den Abnehmernetzen gilt der als Odorierung bezeichnete und in den Ubergabestationen realisierte Zusatz von Geruchsstoffen, durch den bereits relativ geringe Leckrnengen wahrnehmbar sind.

- Gasspeichemng Kleinere Mengen werden in obeirdischen Behaltem, Riihrenspeicher oder auch Fliissigerdgasanlagen gespeichert. GrfiBet-e Erdgasmengen werden aus Umwelt- und Kostenpriinden in unterirdischen Porenspeichem oder Kavemen gelagert. Porenspeicher sind unterirdische Gesteinsformationen, die sich aufgrund ihrer Eigenschaften besonders m r Speicherung von Erdgas eignen. Kavemen sind Hohlaume, die in unterirdischen Salzformationen durch einen Solprozess entstehen.

Das in den Kavernen gespeicherte Erdgas wird iiber das Transportleitungsnetz zur Speicheranlage geleitet und dort mit Hilfe von Verdichtem bis zu einem maximalen Druck von 106 beziehungsweise 150 bar in die Kavemen gedrlickt. Wenn der Druck in einer Kaverne niedriger ist als der Druck innerhalb der Transportleitun& wird das Erdgas rnit einern Gasvonvarmer auf die entsprechende Temperatur gebracht. Die Erwarrnung verhindert, dass sich bei der DruckSinderwtg und der damit verbundenen Ternperaturreduzierung unenviinscht Wasser und Eis bilden. Das eingespeicherte Erdgas kann jederzeit entnommen werden. Dabei ist eine Reduzierung des Kavernendrucks auf den Druck in der Transportleitung notwendig. Die dadurch a u h t e n d e Temperatumeduzierung muss wiederum durch eine Vorwamung ausgeglichen werden. Zudtdich wird das Erdgas getrocknet, urn die Bildung von Wasser in den Leitungen zu vtmeiden, Denn wfirend der zum Teil monatetangen Lagenlng nirnrnt das Erdgas durch den Kontakt mit der restlichen Sole am Kavernenboden Wasserdampf auf Tabelle 3-7 Erdgasuntertagespeicher in Deutschland 2001 (Stand 31.12.2002) 13-171

Arbeitsgasvolumen im Betrieb, Mrd. m3

Maximale Entnahmerate pro Tag, Mio. m3

Theoretische Verfilgbarkeit des Arbeitsgases, Mrd, mS Anzahl der Speicher im Betrieb, in Planung oder Bau Arbeitsgasvolumen (in Planung oder Bau), Mrd. m3 Anzahl der Speicher in Planung oder Bau Sumrne Arbeitsgas, Mrd. ma

Porenspeieher

Kavernenspeicher

Summe

33

58

183

204,6

240,Z

444,8

64

24

42

23

20

43

0,l

33

3.9

2

12

14

13,4

9,6

22,7

Bei einem jlhrlichen Gasverbrauch von ca. 992 Mrd. kwh in Deutschland (2003) und einem Urntechnungsfaktor yon 10,4 k w h pro m3 Erdgas ergibt sich ein Jahresverbrauch von 95 Mrd. m3. Die Erdgasuntertagespeicher bevomten somit 23 % des Jahresverbrauchs, bzw. den Durchschnittsverbrauch iiber 87 Tage (Tabelle 3-7).

3.6.2 R a m - und Umweltwirkungen des Warmetransports Raurnwirkungen Die Raumbedeutsamkeit des Wgme- oder Gastransportes besteht insbesondere in der ErschlieRungswirkung. Durch den Antransport von Nutzenergie, die auflerhalb der Siedlungsgebiete erzeugt ader gefordert wurden, verbessert sich die Lagegunst der versorgten Wohn-, Gewerbe- oder Tndustriestandorte deutlich. Durch die Biindelung von Leitungstrassen kann eine Barrjerewirkung entstehen, insbesondere wenn die betroffenen RSume hierdurch iiberlastet werden.

Umweltwirkungen Nachteilige Umweltwirkungen durch den WPrme- bzw. den Gastransport in leitungsgebundenen Versorgungssystemen ergeben sich irn Wesentlichen nur beim Bau der Leituneen. Da diese meist unterirdisch verlegt sind, gehen yon diesen wahrend dem ordnungsgernaI3en Betrieb keine wesentlichen Emissionen aus. Lediglich Pumpstationen, ijbergabestationen oder Druckerhohmgsstationen verursachen in gewissem Urnfang Lambelastung f ~ die r unmittelbare Umgebung. Nur dort, wo Fernwarmeleitungen oberirdisch gefihrt werden, sind auch Eingriffe in das Stadt- bzw. das Landschaftsbild zu beriicksichtigen. Bei der Linienfihrung der Transportleitungen ist es aus Kostengriinden meist sinnvoll, die bebauten Ortslagen zu meiden. Dadurch kiinnen bei der Trassierung insbesondere Konflikte mit Nutzungen in den Freiflachen entstehen. Dies sind in erster Linie die Belange des Naturschutzes, des Landschaftsschubes, der Forstwirtschaft oder der LandwittschaFt. Auch Bodendenhale und archgo togische Funde konnen betroffen sein.

3.6.3 Kosten des Warnetransports und deren Tragerschaft Die Kosten des Warmeh-ansportes mit I-Iilfe des Mediums Wasser sind meist h6her als die der Emeugeranlagen und ijbergabeeinrichhngen [3.4]. Sie werden bestimmt durch die Investitionskosten fur die Rohrleitungen und Pumpen, durch die Betriebs- bzw. variablen Kosten fur die Pumpen sowie die WBrmeverlustkosten. Erheblichen Einfluss auf die Jahreskosten haben kostensenkende Verlegetechnologien, der Einsatz drehzahlgeregelter Pumpen sowie die Preise fur die Elektroenergie. Eine erste iiberschliigige Bestirnrnung der Kosten fdr den WtIrmemnsport ist unter VernachIssigung der W2meverlustkosten iiber den zuvor ermittelten Innendurchrnesser der erforderlichen Rohrleitungen rnijglich (Bild 3-9). Die Gesamtkosten K, ergeben sich hierbei aus den Festkosten Kf und den variablen Kosten K,. Det Gastransport in den umfangreichen bestehenden Transportsystemen der groflen deutschen Gasversorger ist im liberalisierten Gasmarkt durch Netmurzungsentgelte fur den Netzzugang gekennzeichnet. Das Gastransportuntemehmen ist dabei an die durch die in der Verbandevereinbarung zum Netzzugang bei Erdgas (VV Erdgas 11) vom 03. Mai 2002 beschriebenen Bedingungen gebunden und muss einen Zugang zu ihrern Erdgasverteilungsnetz ermogtichen. Zwischen dern Gasleitungsbetreiber und dern Transportkunden wird dabei ubw einen Netzzugangsvertrag eine maximal nutzbare Stundenleistung in kW sowie eine Transportmenge in kwh vereinbart. Zur Durchfihrung des Netzzuganges werden Systemdienstleistungen von dem Leitungsbetreiber erbracht. Dieser wird dann in der Regel eine veseinbar-

te TransportkapazitHt in Hijhe dieser vereinbarten, maximal nutzbaren Stundenleistung in

seinem Verteilungsnetz vorhalten, die der Transportkunde flexibel nutzen kann. Dem Transportkunden wird zusHtzlich im Rahmen vorhandmer Netzkapazittiten eine Steuerungsdifferenz von msatzlich 2 Prozent der vereinbarten maximal nutzbaren Stundenleistung zugestanden. Zu einer iiber die vereinbarte maximale Stundenleistung hinausgehenden Inanspruchnahrne des Netzes ist der Transportkunde nicht berechtigt.

lnnendurchmesser

-

Eild 3-9 Gesamtkosten fur den WBrmetransport in einer 3 krn langen Fernwarmeleitung in AbhBngigkeit vom rnnendurchmesser nach [3.4], Stand der Kosten ca. 1997

Das Entgelt fiir den Netnugang in der Endverteilung (Endverteilungsbriefmarke), bezieht sich grundsatzlich auf einen Zeitraum von einem Jahr und setzt sich wie faIgt zusammen: Arbeitsentgelt + Leistungsentgelt + Entgelt fir die Systemdienstleistungen (+ ggf Konzessionsabgabe) = Netzzugangsentgelt,netto + Urnsatzsteuer = Netzzugangsentgelt,brutto.

3.7 Warmeverteilung 3.7.1 Warmeverteilung und deren Funktion Die Planung der Fernwarme- und Wahwannenetze umfasst die Bweiche: Transport- and Verteilleitungen, DruckerhWungs- und Pumpstationen sowie Urnformstationen fdr nachgeordnete Netze. Bei der Trassenplanung werden f i r die jeweils vorgesehenen Fernw3meleitungen zuniichst technisch und wirtschaftlich realisiesbare Linienfihmngen vorgeschlagen und mit den Entscheidungstrggern abgestimmt. AnschIiefiend wird der Vorentwurf unter Verwendung mtlicher Lageplane planerisch so aufbereitet, dass er die Grundlage f i r die Zustirnmung der genehmigenden BehBrden bildet und die detaillierte Abstimmung mit den Triigern iiffenzlicher Relange embglicht. Danach kann mit der Ausf~hrungsplanungund den folgenden Leishrngsphasen begonnen werden: Erstellen von Enhvurfszeichnungen und Vorstatik fir Sonderbauwerke wie Rohrbrlicken, Rohrstiitzen, Pressungen, Diiker etc.

Die Wahl der Verlegemethode wfolgf jeweils projektbezogen in Abhangigkeit der Verhaltnis-

se auf den verschiedenen Trassenabschnitten. Hier kommen hiiufig auch so genannte Fernheizkabel (siehe Bild 3- 10) zur Anwendung. Diese bestehen aus einem wendelfdrmig gewellten Innen- und Aunenrohr. Die qtimierte Wellrohgeometrie sorgt einerseits for einen minimalen Strlimungswiderstand und eine gute Spulbarkeit bei hoher Flexibilitiit und goner Quersteifigkeit. Andererseits kornpensieren Fmheizkabel auch die temperaturbedingten LgngenverSlnderungen, so dass die sonst iiblichen Vorkehnmgen mr Dehnungsaufnahme entfallen kBnnen. Der aul3en bereits werksseitig aufgebrachte Polyurethan-Hartschaum isoliert die Leirungen und nimmt Temperaturbelastungen bis max. 150 "C auf [3.4].

Aufbau

1 Innen-Wellrohr aus Edelstahl

2 Ubenvachungsadern 3 Flexibler Polyurethan-Hartschaum 4 AuBen-Wellrohr aus Stahl 5 Polymentschicht 6 Polyathylen-Schutzmantel

Bild 3-10 Aufbau eines ,,Fernheizkabelsn(Beispiel Fa. FLEXWELL)

Fernheizkabel werden direkt von der Trornmel (bis 300 m) in den vorbereiteten Rohrgraben verlegt, wobei nur geringe Grabenbreiten erforderlich sind. Da geringe Uberdeckungshahen durch die hohe statische Belastbarkeit ausreichend sind, l5sst sich beim Erdaushub doppelt sparen. Auch die Wiederherstellung der OberflBchen verlangt deutlich weniger Aufwand. Hindemisse im Gelande lassen sich flexibel umgehen, unter- oder iiberqueren, da sich die ,,Kabel" an die iirtlichen Gegebenheiten gut anpassen lassen. So konnen 2.B. Baume ohne GeBhrdung des Wurzelwerkes weittZrumig urngangen werden. Grundwassetabsenkungen sind nicht erforderlich. Auch grabenlose Verlegungen irn Horizontalspiilbohmerfahren sind mit den Fernheizkabeln mijglich, wenn Wege oder S h B e n nicht behindert werden sollen (Bild 3-1 1 ) -

Vorteile der Warmekabel

- flexible Unterfahrung von Hindemissen im

-

flexible Umgehung van entgegenstehenden Flachennutzungen

Bild 3-11 Vorteile des Einsatzes von .Fernw&rmekabe~nU (Bsp. Fa FLEWELL)

Bei der konventionellen VerIegemethode ist die Wamedehnung der Stahlrohre zu berbcksichtigtn. Hier wird ein natiirlicher Dehnungsausgleich durch W-, L- oder Z-B8gen in der Leitungsfihrung geschaffen. Dieser beniitigt jedoch einen ausreichenden Verlegungsraum. Eine Platz sparende, jedoch teuere Alternative bieten Axialkompensatoren. Bei diesen erfolgt der Lingenausgleich durch das ineinanderschiehen der Rohte, wobei die hergange gasdichte EndverschlUsse aufweisen miissen, urn die axiale Bewegung des Innenrohres zuzulassen. AxiaIkompensatorverschluss-Baueinheitenwerden werkseitig vorgefertigt und in eine Baueinheit eingebaut. Die Lebensdauer eines Kornpensators ist abhangig von Temperatur, Druck, Auslastung, Lastwechselzahl, DruckstoDen und Korrosion. Gasverteilung Die Gasverteilung in den Ortsnetzen (Verbrauchsgebieten) erfolgt meist durch gelb eingefarbte Leitungen rnit dem Werkstoff Pelyfithylen (PE 80 oder PE 100) rnit 1 Ibis 4 bar Dmck, die von den Gas-Transportleitungen (1 6 bar und mehr) aus versorgt werden. Thre Verlegung erfolgt in ca. 0,8 bis t,O m Tiefe in der Erde, auDer bei Sonderbauwerken wie Diikern, Rohrbriicken, sowie bei Sumpfstrecken oder FIachverlegungen. In den Verbraucheranlagen der

Netzkunden wird der Gasdmck dann nochrnals auf den notwendigen Betriebsdmck der Gasgeriite (0,02 bis 0,l bar) reduziert. Dafur werden Hausdmckregler oder Zahihlemgler eingesetzt.

3.7.2 Raum- und Umweltwirkungen der Warmeverteilung Raumwirkungen

Die Razrmbedeursamkeit der Wameverteilung liegt in erster Linie in der Erschlieflungswirkung und in der Verdriingung yon Einzelofenheizungen bnv. von anderen leitungsgebundenen W~mevetsorgungssystemen.

Umweltwirkungen Die Umweltwirkr~ngender Wameverteilung sind nochmals geringer einzuschiizzen als die des Wiimetransportes, da die Leitungen weitgehend in den StraRenriiumen verlegt werden, so dass keine zusatztichen Eingriffe in die Freiriiume und keine zusatzlichen Bodenvmdichtungen oder Versiegelungen auftreten. Zum Zweck des Immissionsschutzes sehen die Gemeindeordnungen auch den Anschluss- und Benutzungszwang f i r die Fernwameversorgung sowie die Gasversorgung vor. Die bundesrechtlichen Bestimmungen uber die Benutzung von Bffentlichen Einrichtungen (AVU Wasser VO; AVB FernwZirme VO) stehen der Einfiltrung des Anschluss- und Benutzungszwangs grundsatzlich nicht entgegen. Die Gemeinde darf jedoch den Anschluss- und Benutzungszwang nicht vorschreiben, urn ihre Finanzen aufiubessem.

3.8 Literatur zur Warmeversorgung VoR, Alfred (2001): Die Krafk-Wirme-Kopplung - Technik, Potmzial und Umweltwirkungen. In: Physikalische BltItter 57 (200 I ) Nr. 1 1 Bundesverband Kraft-Wiime-Koppung e.V. (B.KWK), Berlin: Website Tietz, Hans-Peter (1 983): ErschlieRungs- und Standortplanung f i r die Femwameversorgung. Heft 15, Instihlt f i r Stadtebau und Landesplanung der Universitat itrlsruhe Dittmann Achim, Zschemig Joachim (1 998): Energiewirtschaft. Teubner, Stuttgart

BGW (2005): Pressegraphiken vom 12.4.2005, www.bgw.de Nast, Michael (2004): Chancen und Perspektiven der Nahwgrme im zukiinftigen Energiemarkt, Vortrag bei Fachtagung Nahwarme 2004 am 15.9.04 in Osnabriick AGFW (2003): Arbeidsgemeinschaft Fernwiirrne (AGFW), Hauptbericht 2003

Kaltschmin, Martin; Huenges, Ernst; Wolff, Helmut (Hrsg.) (1999): Energie aus Erdwiitme. Geologic, Technik und Energiewirtschaft. Deutscher Verhg f i r Grundstofindustrie, Stuttgart Lehmann, Harry; Reetz, Torsten (1995): Zukunfisenergien - Strategien einer neuen Energiepolitik. Birkhauser, Easel nach: http:l/www.tnt-ag.deIfernwaerme.html

Prognos (1 596): Perspektiven des Energieverbrauchs der privaten Haushalte. Studie irn Aufirag des Bundesministeriums f i r Wirtschaft, Bonn Kleemann, Manfred; Heckler, Rainer; Kolb, Gerhard; Hille, Maren (2000): Die Entwicklung des Energiebedarfs zur Warnebereitstellung in Gebauden - Szenarioanalysen mit dem IKARUS-Raumw3mernodeII - Ergebnisse. Bremer Energieinstitut Luther, Joachim; Wittwer, Volker; Voss, Karsten (200 1): Energie fir GebSude - solare Technologien und Konzepte, in: Physikalische Blstter 57 (2001) Nr. 11 Prohaska, Gerd; Neurnann, Werner (2005): Website (Seite 1115) Bund der Energieverbraucher: www.energieverbraucher.de, zugegriffen 2.1.2006

Ziotek, Andreas et al. (1 996): Spezifische Kennzahlen zur Abbildung der Energie- und Leistungsnachfrage typischer Energieanwender irn Expertensystem ,,HERAKLES'. Bochum Mauch, Wolfgang et-al. (2005): COT-Einsparung durch KWK in Deutschland. Forschungsstelle fir Energiewirtschafi e.V. Sedlacek, Robert (2003): Untertage-Erdgasspeicfietung in Deutschland. In: ErdBF, Erdgas, Kohle 1 19.Jg.2003, Heft l I , Urban-Verlag, HamburdWien

Standardwerke: Dittmann ,Achim; Zschernig, Joachim (1998): EnergiewirtschaR, Teubner, Stuttgart Verbinde: Bundesverband Kraft-Warme-Kopplung e.v. - B.KWK: www.bkwk.de Arbeitsgerneinschafi Fernwtirrne - AGF W: w . a g h . d e

4 Nachrichtenversorgung

Nachrichtenversorgung

Unter Nachrichtenversorgung werden hier die standort- oder leitungsgebundenen Einrichtungen und Anlagen zur Versorgung der Siedlungen mit Nachchten verstanden. I-Iierm gehoren kabelgebundene Radio- und Femsehsysteme, Telefonsysteme als Festnetz wie auch als Mobilfunk, sowie Richfink- und Datensysterne. Die Leistungen (Dienste) werden auch als Telekommunikation bezeichnet. Dort, wo eine teitungsgebundenheit (s.B. wegen der kaberlosen Ubertragung iiber Funkwellen) nicht direkt gegeben ist, erfordem die erforderlichen Sendeanlagen und die Leitungstrassen jedoch auch eine Integration in und eine Abstirnrnung mit der Siedlungsstruktur.

4.1 Nachrichtenversorgung als System 4.1.l Systemeigenschaften der Nachrichtenversorgung Nachricl?re~rwerden durch eine odes rnehrere Informationen gebildet. Sie kijnnen in Form von Sprache, Bildern, Texten oder bewegten Bildern auflreten, wobei ihr Austausch einen Vorbereitungsprozess erfordert. Daten hingegen sind zumeist das Ergebnis physikalischer Prozesse und durch den Menschen nicht direkt zu erkennen. Ihre Interpretation macht in der Regel einen Verarbeitungsprozess erfordertich. Nachrichten und Daten bilden zusammen die Infomationen. Kommu~likationbezeichnet die Prozesse der ein- oder wechselseitigen Abgabe, ijbermittlung und Aufnahme von Informationen (Nachrichten, Daten) durch Menschen. Kommunikation kann in vielfaltigen Formen erfolgen: in Form von Sprache, Text (verabredete Schriftzeichen), k c e n und bewegten Bildern sowie Daten. Bedient sich die Kommunikation technischer Hilfsmittel zur Ubertragung der Nachrichten iiber groRe Entfernungen so spricht man von Telekommunikation oder Nachrichtenversorgung..

Queseq=> Nachrichtenversorgung Sen ke

Kammunikation

Sprache' B~lder,Daten

Samme'n'

Verteilen Telefon-, Breitband, KabelTV-Netre

Transpartieren Urnwandeln Glasfaser-l Kupferkabel,

Richflunk-,

R~chtfunk

mast

Mob~lfunk-

Bild 4-1 Systernkomponenten des Systems Nachrichtenversorgung

Das Telekommunikationsgesetz (TKG),siehe Kapitel 4.2.1, definiert f i r Deutschland: ,, Telekommtmikation ist deu rechnischen Voeang des Aussendens, obermittelns Empfangens von Nachrichfenjeghcher A r t in der Form von Zeichen, S p r d e , Bildern oder Tfinepl mittels T~~ekommzmikurionsa~~Iugen~ " ($3 Nr. 22)

Die gleichfalls im TKG definierten Telekommunikationsanlagen sind nach $3, Nr. 23: ... technische Einrichtungen und Systeme, die als N d r i c f i t e n ideniifizierbare,elektromagnetische oder opfische Signale senden, iiberfrugen, vermitteln, empfungerr, steuern oder kontrollieren konnenP'. ,,

Das System Nachrichtenversorgung besteht wie die anderen betrachteten Systeme ebenfalls aus den Elernenten SammelnlVerteilen, Transportieren und Umwandeln (Bild 4-1)- Hier werden diese jedoch in beiden Richtungen durchlaufen: Nach der Sammlung der Nachrichten (Informationen, Daten) in den Siedlungsgebieten werden diese trnnsportiert und in dem Sinne ,,umgewandelta, dass diese zum Beispiel verstarkt und in ihrer Richtung veriindert, urn dann wieder weitertransportiert und in einern (meist anderen) Siedlungsgebiet verteilt zu werden. So wie im System der Abwasserentsorgung Wasser als Trager f i r die zu entsorgenden Fakalien oder Abfallstoffe verwendet werden (siehe Kapitel 6), dienen elektrornagnetische Wellen dam, die Nachrichten zu transportieren. Dazu mussen die Nachrichten zunacichst durch DateneingabegerZite (Mikrofone, Kameras, Tastaturen usw.) entsprechend urngewandelt und dann aufbereitet werden. Auch bei der Stromversorgung wird die Energie aus den Rahstofiorkommen (Brennstoffen) zuniichst umgewandett, ebenso wie bei der Abwasserentsorgung durch das E i n b r i n p der Fitkalien und Abfallstoffe die Ressource Wasser in Abwasser verwandelt wird.

Nutzer

~ommunikation

Teilsystem Telekornmunikation

gerat

Signaliibertragung

gerat

Nutzer

Kornrnrrnikation

(Funk1OptischlKupfer) BenutzerNachrichteniibertagung schnittste,le schnittstelle (Sprache/TexWBild/Video/Paten)

Benutzer-

Bild 4-2 Oemente irn Teilsystem Telekommunikation

Systemelemente der Nachrichtenversorgung sind somit diejenigen Anlagen, welche die Nachrichten in Signale umwandeln, also Sender und Empfanger, welche auch als Endgeriite bezeichnet werden (siehe Bild 4-2). Der ,,leitungsgebundene" Nachrichtenrranspo~.rfindet iibes Richthnkstrecken oder Glasfaserkabel statt. Die Verteilung b m . die Sammlung dw Signale, welche die Nachrichten iibertragen, findet in Telekommunikationsnet.zen statt, die hienu

Kanale bereitstellen. Zu den technologischen Grundfunktionen gehoren daher in den Systemen zur Nachrichtenversorgung die Prozesse Wandeln, ~bertragen,VerbindenlVemitteln und Speichern. Die Informationsspeicherung kann zwischen den Systemelementen z. B. aus betrieblichen (z.B. Fax on Demand) oder technischen Bedingungen (2.B. Geschwindigkeitsanpassungen) ntitig sein. Typisch f i r a31e Bereiche ist die Nutzung der Mediem, als Mitfel der Verbreitung und Verteilung von Infomationen. Multimedia wird in diesem Zusammenhang als gleichzeitige, oft interaktive Nutzung rnehrerer Tnformationsarten (Bilder, Sprache, Texte) auf einem Trager definiert. Wie bei den anderen Ver- und Entsorgungssystemen werden auch bei der Nachrichtenversorgung natiirliche Ressourcen beirn Bau und wlhrend des Betriebes der Systeme in Anspruch genommen, wenn auch in geringerem Umfang als beispielsweise bei der Stromversorgung. Die Nachrichtenversorgung steht in enger Verbindung rnit der Strornversorgung, da einerseits die f i r das elektronische Senden und Empfangen benotigen Geriite Strom ben~tigen,andererseits die MBglichkeit besteht, deren Anlagen und Einricl~tungenauch fiir die Nachrichteniibemittlung zu nutzen (siehe Powerline Comrnz~nicarion, Kapitel 4.3.2).

4.1.2 Regelungsmtiglichkeiten im System Nachrichtenversorgung Ressourcen werden vom System Nachrichtenversorgung Em Prinzip nicht beniitigt, sieht man von der fiir die ijbertragung erforderlichen Energie ab, die es aus Griinden des Ressourcenschutzes ohnehin zu rninirnieren gilt. Durch die Nachrichteniibertragung wird die Umgebung teilweise durch elektromagnetische Felder belastet. Diese Belastung der ,,Ressource LuW gilt es ebenfalls durch einc entsprechende Regelung des Systems zu minimieten. Dies kann zum Beispiel iiber die Anordnung der Sender-IEmpfaingerstandorteodet die Trassenftihrung erfoIgen. Mit der Beseitigung der Post- und Telekommunikationsmonopolein Europa (zuletzt fie1 im Januar I998 das Sprachmonopol der Deutschen Telekom AG (DTAG) ist auch die Nachrichtenversorgung in Deutschland inzwischen vollst2ndig IiberaIisiert, so dass die Regelung des Systemzuganges und des Systembetriebs einer Regulierungsbehorde iiberlassen wurde. Die planerische Regelung des Systems Nachrichtenversorgung insgesamt kann daher lediglich iiber die Genehmigung der Standorte f i r die Sender bzw. Ernpfanger der Nachrichten sowie die Leitungs- bzw. Richthnktrassen erfolgen.

Die Regulierung wurde zunachst als Regwlierungsbehdrde fiir Post 11nd TelekommwnikcEfion (RegTP) mit Sitz in Bonn m m 1. Januar 1988 nls organisatorisch selbststandige und unabhgngige Bundesoberbehlirde eingerichtet. Die Belllirde geh6rt zum Geschlftsbereich des Bundesministeriums f i r Wirtschaft und Arbeit. Ihre Aufgabe besiand zunkhst darin, das seinerzeit marktbeherrschende Unternehmen zu regulieren und f i r die Durchsetzung von Wettbewerb zu sorgen. Man hatte sich bei dieser Liisung gegen die in anderen liberalisierten Branchen (Energie, Verkehr) gewahlte Variante der StRrkung der allgemeinen Kartellbehorde entschieden, Inzwischen wurde die Aufgabe durch eine Novellierung des Energiewirtschaftsgesetzes auf die Dereiche der Strom- und Casversorgung e~reitert(siehe hierzu Kapitel2). Die Regulierungsbeh6rde hat Iaut Gesetz die Aufgaben, die rnarktbeherrschende Stellung des ehemaligen Monopolunternehmens Deutsche Telekom AG (und auch der Deutschen Post AG) zu konmllieren, daffir zu sorgen, dass den neuen Wettbewerbern die notwendige Chancengleichheit in den Markten Telekornrnunikation (und Post) verscham wird und f i r die weitere Entwicklung auf dern Telekommunikationsmarkt (und dem Postrnarkt) zu sorgen.

4.2 Grundlagen zum System Nachrichtenversorgung 4.2.1 Physikalische Maneinheiten und technische Erlauterungen Im Rahmen der PIanung von raurn- und umweltvertraglichen Systernen zur Nachrichtenversorgung sind folgende Makinheiten von Bedeutung: Elektrische Feldstiirke lVlm] Verwendet wird meist das Formelzeichen E (engl. electric field strength), definiert als die Krafl F, die auf ein elektrisch geladenes Teilchen (eine Ladung Q ) irn Einflussgebiet des Feldes wirkt. Elektrische Feldstarke ist also Kraft pro Ladung. Da die Einheit fir die Krafl Newtonmeter p m ] der Einheit Voltampke-Sekunde [VAs] entspricht und auch die Maneinheit f i r die Ladung Coulomb [C] der Mafieinheit Ampke-Sekunde [As] entspricht, wgibt sich fur die eIekhische Feldstgrke die Maneinheit Volt pro Meter [Vlm] oder Kilo-Volt pro Meter [kVlm].

Bei Schfinwetter betrIgt die natiirliche elektrische FeldstSirke nahe der ErdoberflBche etwa 60 bis 140 Vlm, bei Gewitter wesentlich rnehr. Die Intensitat elektrischer Felder und elektromagnetischer Wellen spielt insbesondere bei der Mobilfunktechnik eine wesentliche Rolle. Die 26.Verordnung zum Bundes-lmmissionsschutz-Gesetzl e g als Grenzwerte fur die Frequenzbereiche des D-Netzes (Dl, DZVodafone) 42 Vlm und f i r die des E-Netzes (Viag Interkom, E-Plus) 58 Vlm aFs maximale elektrische Feldstarke fest.

Magnetische FeIdstIrke [TI

Verwendet wird meist das Formelzeichen H. Die Maneinheit ist wie bei der elektrischen Feldsarke Ampere pro Meter [Alm]. Hier wird aber auch hBufig die Maneinheit Tesla [TI verwendet, benannt nach dem Kruaten NikoIa Tesla ( 1 856 bis 1943) dm in den USA den Wechselstrommotor, die TesEaspule usw. erhnden hat. Neben der magetischen Feldsttirke H wird auch hgufig die magnetische Flussdichte B verwendet. Beide beschreiben die Starke und die Richhng eines magnetischert Feldes. Das magnetische EeId bildet sich kreisfdrmig urn einen Leiter, in welchem ein elektrischer Strom flient. Die Maneinheit Gr H ist Ampere pro Meter [Alm], f%r B wird zur Unterscheidung meist Tesla [TI verwendet. Fiir MagnetfeIder in Lufi und in biologischem Gewebe gilt zwischen B und I-f die Beziehung: B = 1.257 1-1. Leistungsflussdichte [W/mz]

Die Leistungsflussdichte stellt ein Man f i r die Intensitiit elektromagnetischer Wellen dar. Die Einheit ist Watt pro Quadrameter [W/mz]. Die Leistungsflussdichte nimmt quadratisch mit det Entfernung von der Quelle ab. Die Leistungsflussdichte der Sonneneinstrahlung auf die Erde betrag zum Beispiel bis zu 1.000 W/m2. Technische Erliuterungen zur Nachrichtenversorgung

- Magnetfelder Als Feld wird in dm Physik ein Raum verstanden, in d m besondere physikalische Eigenschafien oder ZustSnde hemchen, bzw. eine materialunabhangige Eigenschafi ddes Raurnes. Felder, welche iiber der Zeit nicht andern, nennt man Gleichfelder, Felder die iiber der Zeit variieren, nennt man Wechselfelder. Das Magneafeld der Erde hat im Mittel 40 pT (40 Mik-

rotesla), das Mapetfeld unter einer Hochspannungsteitung lie@ dazu im Yergleich bei 10 pT. Das Magnetfeld der Erde ist ein Gleichfeld, das Magnetfeld der Hochspannungsleitung ist dagegen ein Wechselfeld. Auf der Erde und im Weltall sind immer Felder unterschiedlicher Art prtisent, dies erlauht den elektsomagnetischen Wellen sich fortzusetzen. (SchallweIlen benotigen dagegen f i r ihre Fortpflanzung eine gasfdrmige Atmosphase, die auf Druckwellen reagiert). Biologisch ist das (gleichmal3ige) Magnetfeld der Erde ein ,,gutesWEeld. Das Wechselfeld unserer Stromversorgung ist jedoch ein biologisch ,,stfirendesb4Feld. Der Teslameter misst nur das technische Wechselfeld - nicht das Erdmagnetfeld. Biologisch ,,gute Werte" fdr das Wechselfeld fiir die Schtafstelle liegen bei: 10 bis 50, maximal bei 100 nT (Nano-Tesla). Elektrobiologen dagegen sprechen von Nano-Tesla (pT), also einer urn den Faktar 1.000 kleineren Groflenordnung (1.000 nT = 1 pT oder 0,001 p = 1 nT).

Die rnagnetische Fetdverteilung ist vor allem bei niederfiequenten Magnetfeldern bekannt. Diese fallen sehr rasch zusammen. Man muss zwischen grobraumigen Feldern von Hochspannungsleitungen sowie Eisenbahn einerseits und den relativ kleinrhmigen Feldern der hauslichen Apparate unterscheiden. Bei den letzteren sptisht man von inhomogenen Feldem. Bei kleinraumigen Magnetfeldm (Trafo eines Haushaltsgerates) fallt das Magnetfeld innerhalb eines Meters extrem stark zusarnmen. Bei Hochspannungsleitungen wird dafcr ein 100 Meter Abstand benotigt.

- Magnetisches Gleichfeld Das gr6Bte magnetische Gleichfeld, das irn Einflussbereich des Menschen lieg?, ist das geornagnetische Gleichfeld der Erde. Urn jeden Dauemagneten entsteht ein rnagnetisches Gleichfeld, sinngeman urn jeden vom Gleichstrom durchflossenen Leiter. Das magnetische Wechselfeld wird mit einer einfachen Mess-Spule (dem Teslameter) gemessen, welche aus einer Vielzahl Windungen von feinen KupferdrIhten besteht. In der Messspule wird in Abhangigkeit der Grtlichen Feldstsrke eine Spannung induziert. Diese kann durch ein Voltmeter angezeigt werden. Je nach Distartz zu der Magnetfeldquelle und der Feldsta~kewird ein grijRerer oder kleinerer Wert angezeigt. Durch Energieverlust, also der Abgabe von Energie an die Urngebung, verringert sich die Schwingung eines Systems, wenn ihr keine neue Energie zugefiihrt wird. Man spricht hier yon ,,DampfimgC'.

- Glasfaserkabel Ein Glasfaserkabel, auch ,,LichtweIlenleiter" genannt, ist eine sehr feine zylindrische Faser aus hochreinem Silikatglas. Der Lichtwellenleirer ist ein Triiger f i r Informationen und erfordert gnmdsiltzlich eine andere Technologic hinsichtlich der Sender-, und EmpBngerkomponenten. Die Giasfasertechnologie ist noch sehr jung, aber befindet sich in einer schnellen Entwicklung und steht den bewshrten elektrischen Kabeln gegeniiber. Langfristig wird die Glasfasertechnologie die Kupferkabel ablosen, da die technischen Eigenschafien den elektrischen Kabeltypen iiberiegen sind. Folgende Vorteile haben Glasfaserkabel: Unempfindlich gegentiber elekttischen und magnetischen Einflussen, keine Starstrahlungen (kein Nebensprechen), Vollstandige galvanische Entkopplung von Sender und ErnpfAnger, kein Blitzschutz notwendig, f i r den Einsatz in explosionsgefihrdeten Umgebungen (bei Kabelbruch keine Gefahr der Funkenbildung) geeignet, hohe Abhlirsicherheit, kleines Kabelgewicht, kleiner Kabelquerschnitt, hohe hertragungsleistung und geringe Signaldamphng. Dw Einsatz von Glasfaserkabeln ist jedoch relativ teuer, und es ist eine aufwendige Anschluss-

technik notwendig. Eingeseta wird diese ijbertragungstechnotogie besonders in der Telekommunikation, f i r den leistungsstarken LAN-Bereich und zur Realisiemng kornbinierter StarkstrodSignalkabel wie sie bei der Verlegung von Unterwasserkabeln eingesetzt werden. Die DSL-Technologic kann auch rnit Glasfaserkahetn zusammenarbeiten, alterdings bestehen derzeit technische Probleme bei der Realisierung.

- Mohilfunk Mohilfink bezeichnet die Kommunikation zwischen einer mobilen Endeinrichtung (Mobile Station) und einer ortsfesten oder rnobilen Gegenstelte, wobei sich die mobile Endeinrichtung auch wahrend der Kommunikation bewegen darf. Irn FoEgenden werden nur terrestrische Mobilkornrnunikationssysteme bemchtet, bei denen die Gegenstetlen zur rnobilen Endeinrichtung ortsfest sind und als Funkfeststationen (Base Station bnv. Base Transceiver Station) bezeichnet werden. In Sanderfallen kann die Kommunikation auch direkx zwischen mobilen Endeinrichtungen erfolgen. In Mobilkmmunikationssystemen khnnen rnehrere Formen der MobilittIt realisiert sein: Endeinrichlwngsbezogene Mubil itW: die Endeinsichtung kann ihren Anschlussort am Netz sowohl Em Bereitzustand als auch wlhrend einer Iaufenden Kommunikationsverbindung dynamisch andem. Dies ist rnoglich, da die mobile Endeinrichtung rnit dern ortsfesten Teil des Mobilkommunikationsnetzes iiber Funk kornmuniziert und bestehende Verbindungen zwischen benachbarten Funkfeststationen weitergereicht werden k6nnen. Das Netz stellt Kommunikationsdienste auf Grundlage der eindeutigeen Kennung und einer tempofiren Netzadresse der mobi len Endeinrich tung berei t . Personen hezogene Mo biiit~l:die Beziehung zwischen Benutzer und Endeinrichtung ist dynamisch gestaltet. Der Benutzer personifiziert eine Endeinrichhlng mit seiner persiinlichen Kennung, und das Netz errnoglicht ihm den Zugang zu Kommunikationsdiensten auf Grundlage dm perdnlichen Kennung und einer temporgren Netzadresse.Di.skrere MohijitCt: in festen Kommunikationsnetten ist ein dynamischer Wechsel zwischen verschiedenen Netzanschlusspunkten moglich. Kontinwierliche Mobilitijt: kennzeichnet die MobiFitlit der Endeinrichmng, und in bestimmten Fallen unterstiitzt sie auch die Mobilitilt der Person. - Dienste und Netzbetreiber

So genannte Dieplste (Services) werden aus dm Anwendungen bnv. d m Bedarf abgeleitet und durch Diensteanbieter von Netzen automatisch oder manuell dem Nutzer angeboten, Die Merkmale der Telekommzmikarionsdie~s~e werden nach Art international, national oder individuell vereinbart. Dienste sind durch ihre technischen, betrieblichen und benutzungsrechtlichen Merkmale bestimmt. Diensbnerkmale ergeben sich z. B. aus dem Kommunikationsformat (z. B. Text, Telegrafie, Sprache, Telefonie, Festbild, Fax, Daten, Telemetrie), aus der erfordertichen ijbemagungsgeschwindigkeit (2. B. Schmalband-, Breitbanddienste), aus der Richtung des Verkehrsflusses (2. B. Dialog-, Informationssamrnel-, JnfomationsverteiIdienst, On-demand-Services), aus Sicht der Tarife ( 2 . B. benutzungs-, tageszeit-, entfernungsabhgngig, Pauschalierung, Rabattierung, PrioritMen), aus Aspekten der Retreiber (2. B. Rechnungs,Aul3en-, Kundendienst, Instandhaltung) und aus gesetzlichen Verpflichtungen (2. B. Dienste der Grundversorgung, Basisdienste). Der Dienstbegriffunterliegt Wandlungen, bedingt durch den technischen Fortschritt und regulatorische MaBnahmen bzw, den Wettbewerb. Mehrere wissenschaftliche Disziplinen interpretieren ebenfalls den Dimstbegriff unterschiedlich. Dienste erbringen Carrier (network provider; Netzbetreiber), Service Provider (Diensteanbie-

ter), Outsourcing-Diensteanbieter und Eigenbetriebe. Carrier ist efne international iibliche Bezefchnung f i r einen Netzbetreiber (auch network provider) und Diensteanbieter (servile provider). Carrier werden durch ihre Leistungen n9her charakterisiert. Netzbetreiber ohne eigene Netzinfrastruktur kaufen i.d.R, in gronen Mengen Netzkapazitat mit groflen Rabatten ein und bieten diese Ressourcen als Wiederverkaufer mit Gewinn Dritten an. Bei den Carriern differenziett man: Teilnekmernetzbefreibe~ ist die Telefongesellschaft, die den Anschluss installiert und f i r den Betrieb (Instandhaltung) verantwortlich ist. Teilnehmernetzbetreiber sichem Ortsverbindungen, erstellen Rechnungen (und ermi5glichen Fernverbindungen, falls der Kunde nichts anderes vereinbart hat). In der Mehrzahl der Fllle ist in Deutschland der Teilnehmernetzbetreiber die Deutsche Teiekom.

Grbindup~gsnerzbewiberist die Telefongesellschafi, die fur den Kunden nur Fernverbindungen vermitteit. Die Leistungen von Verbindungsnetzbetreibern ktinnen Dienstenutzer als Preselect-Kunde (Verbindungsnetzbetreiber ist voreingestellt) oder irn Call-by-Call-Verfahren ( f i r jede Verbindung wiihlt der Nutzer einen Verbindungsnetzbetreiber aus) nutzen. Verbindungsnetzbetreiber sind z. B. nationale odes- regionale Carrier. Den Zugang m Netzen alternativer Verbindungsnetzbetreiber erhllt der Dienstenutzer bei Call by Call fiber Kennzahlen. Sevice Provider (Diensteanbieter) nutzen die Infrastrukmr von Netzbeireibern sowie deren eigene oder technische MBglichkeiten oder die DrItter f i r Dienste. Dataus resultieren Standarddienste (unveranderte Dienste) und spezielle Kundendienste (auf Kundenwiinsche zugeschnitten). Outsourcing-Diensteonbieter liefern komplette TelekommunikationsdienstIeishlngen oder bestirnrnte Teile davon. Der Outsourcingnehmer kann, auf seine Bediirfnisse ausgerichtet, optimiwte Dienste nutzen. Deshalb sind Projekte individuell zu gestalten (Tabelle 4- 1).

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Tabelle 4-1 Outsourcing Nutzer und Diensteanbieter

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Outsourcingnehmer I Nutrer

Outsourcing Diensteanbieter

benennt Kornrnunikationsforderungen

schaffl technisches Losungskonzept

erteilt Auftrag an Diensteanbieter

installiert und betraibl Kommunikationssystem

nutd Dienste und meldet ~ n d e rungs-, erganzende Wunsche

passt Leistungen und technische Einrichtungen an den Bedarf an

kontrolliert die Leistungen

berechnet Kosten

Typische Outsomcingangebote ssind Bereitstellung und Betrieb kompletter Telekommunikationssysteme, der Betrieb von Kommunikationsinfrastrukturen einschI. Zusatzleistungen (Vermittlung, Telefonbuchpflege, Tnkasso Privatverbindungen, Faxverteilung), BranchenIdsungen (2. B. Biirocenter, Gewerbeparks, Krankenhauser, Call Center) und die Ubernahme der Wartung.

4.2.2 Rechtliche Grundlagen Das Telekommunikationsgesetz (TKG) Dw (hergang von einem Monopol zu einer Wettbewerbslosung ist insbesondere dann, wenn der bisherige Marktinhaber nach wie vor eine starke Marktposition einnimmt, ein sehr Iangwieriger Prozess und muss durch eine Wettbewerbsregulierung begleitet werden. Diese Reguliemng hat die Aufgabe, die Konsumenten vor der rnissbrauchlichen Ausnutmng von Marktmacht schiitzen und gleicbeitig die Bedingungen fur die Umsetzung von Wettbewerb zu stutzen. Diese Wettbewerbsregulierung kann dabei auf unterschiedliche Instrwmente zuriickgreifen, die sich in die beiden Kategorien Marktstruktur- und Marktverhaltensregulierung einordnen lassen: Markfstrukh~rrep~liemp~g umfasst die Maanahmen zur Beeinflussung und zur Gestaltung der Grobstruktur eines Marktes (Marktzugang, Bestimmung der Anbietenahl, Festlegung der Grundanforderungen und Auflagen f i r das Verhalten der Anbieter). Die Marherhultenssreuem~~g reguliert das Verhalten einzelner Untemehmen oder aller Unternehmen auf dem Markt (Preisregulierung, Regulierung der Angebotsqualitlit, Urnfang der Leistuneen etc.). Mit dem Telekommunikationsgesetz von 2004 wurde in Deutschland eine vollstiindige offnung des Telekommunikationsmarktes urngesetzt und dabei sowohl auf Struktur- und Verhaltensregulierung zurijckgegriffen. In $ 1 TKG wird der Zweck des Gesetzes festgelegt: ,,durch Regulierung im Rereich der Telekommunikation den Wettbewerb zu Fdrdem und flschendeckend angemessene und ausreichende Dienstleistungen zu gewiihrleisten sowie eine Frequenzordnung festzulegen." Im FJ 2 TKG werden die Funktionen der Regulierung nfihiher beschrieben. Die Aufgabe, diese Regulierungsziele zu erreichen, wird einer eigenen Regulierungsbehorde f i r Post and Telekommunikation (RegTP) zugewiesen, ihre Aufgaben und Befignisse werden in $8 67 festgelegt. Das Telekommunikationsgesetz enthalt bei einem Vorrang fur die Marktverhaltensregulierungweit reichende Eingriffsrniiglichkeiten. Dw Gesetzgeber hat in Teil 2 des TKG ($9 9ff) den Markmr~angin der Weise geregelt, das die Unternehmen nur in bestirnmten Marktsegmenten einer Lixenzierung untenvorfen sind, wahrend in anderen Bereichen lediglich eine Registrierung erforderlich ist. Lizenzpflichtig ist der Zugang im Bereich der Netzinl'rastruktur und der Sprachtelefondienste, nicht jedoch bei Mehnvertdiensten oder dem Angebot an Endgertiten. Der Marktzugang ist also relativ h i , die Regulierungsbehirrde kann eine Lizenz nur untersagen, wenn der Antragsteller bestimmte Kriterien nicht erfiillt (Zuverlassigkeit, Sachkunde etc.) oder wenn eine Gefahr f i r die liiffentliche Ordnung und Sicherheit besteht. Mit dm LizenzerteiIung kfinnen bestimmte Bedingungen und Auflagen verbunden werden, so etwa die SEchwsteIlung einer ausreichenden Versorgung mit Te1ekommunikatior1sdienstleistunger1und anderen Univwsaldienstverpflichngen. Nierzu muss in der Zukunfi der Begriff der ,,Universaldienste" noch genauer definiert werden Auch die Frage muss gekltirt werden, ob unter wettbewerbtichen Bedingungen die Sicherung dieser Leishngen gefahrdet ist bnv. wie diese Leistunpn gewghrleistet und finanziert werden kljnnen. Verordnungen uber elektromagnetische Felder (26. BlrnSchV) Die Sechsundz wunzigsre Verardnung zur D~srcl?fiihrttng des Bundes-lmmissionsschu~zgese~zes (Verordnung iiber elektromagnetische Felder - 26. BIrnSchV) vom 16. Dezember 3 996 spielt bei der Planung, der Errichtung und beim Betrieb von Systemen der Nachrichtenversorgung

eine wesentliche Rolle. Hier sind Anforderungen zum Schutz der Allgemeinheit vor schlidlichen Urnwelteinwirkungen und zur Vorsorge gegen sch2dliche Wirkungen durch elektromagnetische Felder bnv. zur Elektromagnetischen Umweltvert~glichkeit(EMVU) verordnet. Anwendungsbereiche sind die Errjchtung und der Betrieb von Hochfrequenzanlagen und Niederfreguenzanlagen, die gewerblichen Zwecken dienen oder im Rahmen wirtschaftlicher Untemekmungen Venvendung finden und nicht einer Genehmigung nach 5 4 des BundesImmissionsschutzgesetzes bediirfen. Sie enthfilt Anfordmngen zurn Schutz der Allgemeinheit und der Nachbarschaft vor schgdidlichen Urnwelteinwirkungen und m r Vorsorge gegen schgdliche Umwelteinwirkungen durch elektromagnetische Felder. Die Verordnung beriicksichtigt nicht die Wirkungen elektromagnetischer Felder auf elektrisch oder elektronisch betriebene Implantate.

Genehmigung von Mobilfunkanlagen (Sendemasten) Die 26. BTmSchV (Verordnung llber elektromagnetische Felder vom 16.12.1996) regelt die Erlaubnis zum Betreiben von Mobi Ifinkanlagen. Die Reguliemngsbehiirde f i r Telekommunikation und Post erstellt dam eine so genannte Standortbescheinigung und konmlliert spater deren Einhaltung. Die seinerzeit sechs Mobilfunkbetreiber haben im Juli 2001 mit dern deutschen Stiidtetag und dem Deutschen Landkreistag eine ,,Vereinbarung iiber den Informationsaustausch und die Beteiligung der Kommunen beim Ausbau des MobilfunknetzesLbabgschlossen. Weitere landesspezifische Besondetheiten solltn noch rwischen den jeweiligen kommunalen Spitzenverbanden auf Landesebene geregelt werden. Eine StadVGemeinde hat nur dann die MiSglichkeit, bauplanungsrechtliche Schritte fhr oder gegen die Ansiedlung einer Mobilfunkanlage an einem honkreten Standort zu untemehmen, wenn es sich urn ein ,,VorhabenL7.S.d. $9 29 ff. BBauGR handelt. Urn ein ,,VorhabenWhandelt es sich nur, wenn die Mobilfunkanlage stiidtebauliche Relevanz hat (Orts- und Stadtbild), gmndstitzlich besteht die Mdglichkeit, im Fliichennutzungsplan Vorrang- bzw. Konzentrationsfltichen als auch AusschlussflBchen f i r Mobilfunkanlagen darzustellen. Mobilfunksendeantagen weisen jedoch cine ,,Standortgebundenheit" auf, so dass eine Steuerung der Standorte durch die Gemeinde nicht moglich wird. Die Errichtung im Auflenbereich ist nach § 35 Abs. 1 BauGB privilegiert zultissig, wenn die Mobilfunkanlage einen spezifischen Standortbezug aufweist. Der Hinweis auf ein im Aufstellungsverfahren befindlichen Flachennutzungsplan reicht nicht fir eine Ablehnung einer Mobilfunkanlage aus; derzeit ist nach allen Landesbauordnungen die Errichtung yon Sendeanlagen genehrnigungsfrei, soweit sie eine Hohe von 10 rn (Hessen 12 m) nicht iiberschreitet (ohne die AnIage selbst, auf der sie errichtet wird). Die Einhaltung von Abstandsflgchen nach dern Bauordnungsrecht ist nur dann maRgebend, wenn yon einer Mobilhnkanlage eine ,,gebaudegleiche Wirkung" ausgehc. Neben der Einvernehmenserklamng nach rj 36 BauGB hat die Gemeinde bei der Ansiedlung von Mobilfunkanlagen im Innenbereich grundsiitzlich die Mfiglichkeit, sich gewisse Gestaltungmogl ichkeiten durch Ortsgestaltungssatmngen nach der jeweiligen Landesbauordnung vombehalten, sie darf eine Mobilhnkantenne dabei nicht grunddtzlich ausschliel3en.

4.3 Nachrichtenversorgung In Deutschland 4.3.1 Geschichte der Nachrichtenversorgungssysterne Die ersten Telefonzentralen, in denen vwschiedene Teilnehmer durch manuelles Umstecken miteinander verbunden werden konnten, entstanden urn 1881. Die ersten selbststtindigen Verrnirtlungstellen w r d e n 1908 in den Ortsnetzen und ab 1923 in den Fernvemittlungsstellen eingeselzt. Die Versorgung ganzer Siedlungen (und nicht nur von einzelnen durch ihre Bildung privilegierten Personen) rnit der Ressource ,,Nachrichtenw hatte die beschleunigte Vervielfiltigung und Verbreitung in Raum und Zeit erfordert. Hierzu entwickelten sich parallel unterschiedliche Techniken: akustische, optische und innvischen vonviegend elektromagnetische Systeme zur Nachrichtenversorgung, die ab der zweiten Halfte des 19. Jahrhunderts technischer Standard wurde.

Der Ausbau der Infomationstechnik rnit den Systemen Rundfunk, Femsehen, Telefon und Telefax sowie Computer hat das 20. Jahrhundert gepriigt. E-Mail und Mobiltelefone rnit SMS sind heute alltXgliche SelbstversttIndlichkeiten, nicht nur in den Industrielandern. Diese schnelle Entwicklung wird sich zu Beginn des 21. Jahrhunderts aufgrund der hohen Akzeptanz der technischen Systerne fortsetzen, das Informationsaufiommen nochmals vervielfachen [4. I 1. Die Telekommunikationsbrancheals Monopol zu organisieren, galt lange Zeit als eine Selbstverstandlichkeit. Die Nachrichteniibemittlung wurde daher in den meisten Landem von einem staatlichen Unternehmen durchgefihrt, so dass es weder eine Konkurrenz auf der Ebene der Netze noch auf der von Telekommunikationsdienstleistungen gab. In Deutschland basierte die Monopolstellung der Deutschen Bundespost auf Art. 87 und Art. 143b des Grundgsetzes. Die gesetzliche Absicherung des Monopols geht aber bereits auf die Reichsverfassung von 1871 und das Reichsfernmetdegesetz von 1928 zurbck [4.1]. Fiir die Organisation des Telekomrnunikationssektors als Monopol wurden im Wesentlichen m e i Begriindungen angefihrt 14-21. Der Telekommunikazionssektor stellt Dienstleistungen zur Vefigung, die Gr rnitititische und staatliche Zwecke von zentraler Bedeutung sind, so dass von Anfang an Interesse an einem unrnittelbaren Einfluss dw Politik bestand. Im Laufe der Zeit wurde diese politische Argumentation zustitzliche durch wirtschaftliche Motive gestiiM. Mit dem Hinweis auf die Merkmale eines natiirlichen Monopols, die innerhalb der netzgebundenen Infrastruktursektoren gelten, wurde ein Wettbewerb lange Zeit ausgeschlos-

sen. Technische Enwicklungen fiihren dam, dass die Voraussetzungen f i r die Existenz eines natiirlichen Monopols in weiten Beteichen nicht mehr e f i l l t sind und sich allenfalls noch auf den Netzbereich beschranken, nicht aber auf die Telekommunikationsdienstleistungen. Vergl ichen mit den weltweiten Veranderungsprozessen in der Telekommunikationsbranche kamen die Reformen nicht nur in Deutschland, sondern allgemein auf dem europaischen Kontinent reEativ sp5t [4.3]: Die USA zerschlugen bereits im Jahre 1984 das bisherige Monopolunternehmen AT & T in eine iibmegional tatige Gesellschafi und in sieben regional operierende Unternehmen (sog. Baby Belts); in England wurde zum gleichen Zeitpunkt das Fernmeldernonopol aufgehoben und die British Telecom in eine borsennotierte Aktiengesellschafl

umgewandeft, und auch Japan liberalisierte dann im Jahre 1985 seinen Telekommunikati-

onsmarkt. Das Festnetz-Manopol fand in Deutschland dagegen erst 1998 sein endgiiltigs Ende. Tabelle 4-2 Entwicklung der Telekommunikation in Deutschland (nach [4.1]) Beginn des Bffentlichen Telefonverkehrs; Errichtung einer ersten Vermitrlungsstelle in Berlin durch Siemens: rd. 450 Telefonanschliisse in Deutschland Die Zahl der Telefonanschliisse in Deutschland ist auf I60 000 gestiegen. Die Grenirx von 1 Millionen Telefonanschlbssen wird erreicht.

Mil dem Fernmeldeanlagengesetzwird das Fernmeldemonopol der Reichspost festgeschrieben

Es gibt rd. 2,5 Millionen Tclefonanschltissc in Deutschland. Die Deutsche Bundespst wird RechtsnachfoIgerin det. Reichspost. 3.3 Millionen Telefontlnschliisse in Deutschland.

Postreform 1: Mit dem .,Gesctz zur Neustmkturierung dcs Post- und Femrneldewesens und der Deutschen Bundespost" (Poststrukturgesetz)komrnt es mr Lockemng des Femmeldemonopols; der rechtliche Rahmen Gr die Zulassung des MoRilrunks wird geschafli'n. Wicdervereinigung der beiden deutschen Postuntemehrnen; Griindung der Deutschen Bundespost Telekom als eigensBndiges Unternehmen. Start des Mobil funknetzes Dl der TeIekom.

EU beschlieat die Liberatisierung des Telekommunikationsmarktes. Postrcform 11: Urnwandlung der Deutschen Telekom in cine AG Postrefom 111: Was Telekommunikationsgesea (TKG) regelt den Marktzugang mr die Telekornrnunikation ab 1998; Ende des NetzmonopoIs der Dcutschen Telekom VolMndige Liheralisierung des TeIekommunikationsmarktesin Europa: Privatunternehmen kannen Nctze fur die Ferntibertragung von Sprache und Daten verlegcn und eigcne Tclefondieoste anbieten. Verabschiedung des EU-Richtlinienpaketsf i r dcn Telekommunikationssckzors;Umsetzung in nationales Recht bis Mitte 2003. Erstes Gesetz zur ~ n d e r u n gdes Telekommunikationsgesetzes(Kleine TKG-Novelle): Call by call im Onsnetzbereich. Arbeitsenkvurf des Bundesministeriurns mr Wirtschal? und Arbeit (BMWA) zum TKG Referentenentwurfzum TKG. Novelliesung des TKG

Die 1989 umgesetzce Postreform I verfolgte das Ziel, die hoheitlichen Aufgaben der Deutschen Bundespost von ihren unternehmerischen Leistungen zu trennen. Diese Form des Unbundling, die zu einer Bildung yon drei Teileinheiten fihrte, ist ein erster Schritt in Richtung auf eine wettbewerbliche Organisation des Sektors, der damn in der zweiten Postreform mit der Urnwandlung der Unternehrnenseinheiten in privatwirtschafilich operierende Untemehmen weiter beschritten wurde. Das Telekomrnunikationsgesetz von 1996 mit dem dann zum 1.1.F998 vollstiindig beseitigten Monopol steIlt dann den letzten Schritt innerhalb dieses Transfomationsprozesses dar. ScheelelKiihl [4. I ] fassen die Entwicklung wie in Tabelle 4-2 dargestellt chronologisch msammen.

4.3.2 Aktuelle Situation der Nachrichtenversorgung Seit Anfang 1998 hat der Verbraucher die Maglichkeit, seinen Dienstleister hi zu wiihlen. Seitdern hat sich innerhalb kurzer Zeit ein deutlicher Ver3nderungsprazess irn Bereich der Telekommunikation ergeben. Kabelnebinfrastrukhr

Die Rabelnetzinhstrulctw mit ,,Breitbandkabeln" (oft kum ,,BKbezeichnet) stellte eine Alternative zum schmalbandigen Telefonnetz dar: Bisher ist aber die dafir notwendige grundlegende Restrukhrrjerwng des vorhandenen Netzes aufgrund der vorhandenen Organisations- und Eigentumsstruktur noch nicht in dem erforderlichen Mafl vorangekommen. Auch die TV-Kabelinfrastruktur befand sich in Deutschland lange Zeit in der Hand der Deutschen Telekom bzw. ihrw Vorggngerin der Bundespost. Wettbewerb zwischen den Telefonund Kabelnetzen gab es so gut wie nicht: das Kabelnetz diente nur der eindirekiionalen fhertragung von Rundfinksignalen. Technisch gesehen ist das Kabelnetz auf die Massenkommunikation ausgelegt, alle Abnehrner sind nacheinander an ein Kabel angeschlossen und nutzen die Bandbreite gerneinsam (Shared Medium). Damit wird die ijbertragungsgeschwindigkeit fdr Internetanwendungen begrenrt sein, die Rate wird jedoch immer noch urn den Faktor 200 iiber der Rapmitat einer analogen Telefonleitung liegen. Diese technischen Kapazittitsvorteile im Vergleich zu anderen Zugangstechnologien haben jedoch bislang nicht d a m gefahrt, dass sich das TV-Kabelnetz als ernsthafie Alternative auf dern Markt etabIieren konnte. Im Jahre 2003 nutzte nut- jeder 500. Haushalt in Deutschland das TV-Kabel als InternetZugang. Die Bedingungen f i r eine grljRere Marktdurchdringung sind dabei durchaus giinstig, auch irn Vergleich etwa zu anderen europaischen Ltindern. In Deutschland sind rd. 84% der Wohneinheiten anschlienbar, bti rd. 56% ist dies bereits geschehen. Da die meisten Unternehmen iiber andere Zugangsmoglichkeiten verfigen, konzentriert sich das Interesse der Kabelnetzbetreiber in erster Linie auf private Haushaltskunden. Urn diese Kunden jedoch auch an sich binden zu kfinnen, muss das iiberalterte Nerz so modernisiert werden, dass auch moderne LBusiness-Anwendungen miiglich werden. Insbesondere bei interaktiven Multimedia-Anwendungen s t M t das deutsche System an Grenzen, weil es an einem entsprechend leistungsffihigen Ruckkanal fehlt. In den 1990er-Jahren hatte das Bundeskartellamt darauf gedrxngt, dass die DTAG ihre Kabelaktivitgten in die regionale Kabelgesellschafien ihrer Tochtes Deutsche Telekom KabelService auslagert; ein solcher Schritt sollte die angestrebte Privatisierung vorbereiten. Die DTAG zeigte zun5ichst jedoch kein besonderes Interesse an einer solchen Abtrennung, sondem plante iiber eine Kooperation mit den damals @aten Medienunternehmen Bestelsmann

und Kirch den Einstieg in das PayTV-Geschtifi. Die DTAG wollte sich hier auf das reine TransportgeschHft beschrgnken und fir die beiden Konsortialpartner die technischen Plattfomen betreiben. Dieser Plan musste jedoch auf Druck des EU-Kornmission fallen gelassen werden, die massive wettbewerbspolitische Bedenken vorgebracht hatte. Die Telekom sah danach f i r sich keine wirtschafilichen Perspektiven in diesem Mark1 mehr und entschied sich daher filr den Verkauf ihrer Kabelnetzgesellschaften, nicht zuletzl auch, urn iiber den Verkauf dieser Sparte ihre in der Zwischenzeit enormen Verbindlichkeiten abbauen m kiinnen [4.4]. TV-Kabelnetze sind in ihrer Nadur reine Vmeilnetze. Unter der Verwaltung der Deutschen Telekom w d e n sie in finf Netzebenen (NE) eingeteilt (Bi Id 4-3). Irn Umfeld det privaten Netzbetreiber wird diese Einteilung zwar nicht benutzt, sie ist aber zur Darstellung der ZusammenhSinge recht hilfreich. N-und H6rfunksfudios

1

TV- rrnd

11

RundfunkSatellit

11

Fernmddesatellit

Netzebene 7

11

Richtfunk-

rnm*en

I

Rundfunkempfangsstelle

Netzebene 2

Netzebene 3

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I~IILu

r ~ r r ~ a u r p u r ~ m r r l ~ ~

private VerZeHneize (haus. siedlungslntt?rnesKabelr

-.-.Netzebene 5

Bird 4-3 Die fiinf Netzebenen der Nachrichtenversorgung

Von der Netzehene 1, den TV- und Hfirfunkstudios, werden die Signale iiber die Senderinfrastmktur, Satelliten- oder Richthnkstrecken m den Rundfunkempfangsstellen weitergeleitet. Hier werden die Signalsrriime aufbereitet und an die BK-Verteilstellen weitergegeben. Diese wiederum speisen die libergeordneten BK-VerstSirkerstellen. Nach der weiteren Verteilung der Signale wird in der benutzerseitigen Verstiirkerstelle der Signalstrom ein letztes Ma! aufbereitet und in das urbane Breitbandverteilnetz eingespeist.

Die Infrastruktwr zwischen den produzierenden Studios und der benutzerseitigen BKVerstZirkerstelIe wird als Netzehene 2 bezeichnet. Die N~tzebene3 erstreckt sich von der benutzerseitign BK-Verstiirkerstelle bis zu den Ubergabepunkten (UP). Sie entspricht in der Regel einem Ortsnetz des Telefonnetzes. Die Netzebme 4 beginnt nach dem Ubergabepunkt.

Sie beschreibt haus- bnv. siedlungsinteme Kabelnetze. Als Netzehene 5 werden gegebenenfa1Is vorhandene Wohnungsvertei lnetze bezeichnet. Die von der Deutschen Telekom verkauften Regionalgesellschaften besitzen vor allem die Infiastrukturen der Netzebenen 2 und 3, die vor der Liberalisierung zum Monopolbereich der Deutschen Post gehorten. Der Aufbau und BeFrieb der Netzebene 4 war auch far private Unternehrnen offen. Hier wurden neben der TeIekom auch die WohnungsbaugeseIlschaften und Unternehmen tztig, die vor der Verkabelung Gerneinschaftsantennenanlagen gebaut und betrieben haben. Insgesamt waren lediglich 5,5 Mio. der ca. 21,5 Mio. an das BK-Netz angeschlossenen Haushalte direkte Kabelkunden der Telekom. Die von der Deutschen Telekom verkauften BK-Netze nutzen in der Regel T~gerfrequenzen zwischen 47 MHz und 446 MHz. Sie sind mit Radio- und Femsehprogrammen vellstandig beiegt. SolIen iiber diese Netze zuslitzliche Dienste angeboten werden, muss der Betreiber die ijbertragungskapmit3t der Netzebenen 3 und 4 vergrfiaern. D n u wird das Trggerfrequenzband erweitert. Meute wird nomaleweise bis 862 MHz ausgebaut. Die hohen Frequenzen lassen sich aber a u f p n d der mit der Frequenz stark ansteigenden Dfimpfung der Koaxialkabel nicht iiber die gleichen Distanzen transportieren wie die niedrigen. Deshalb werden die KoaxialkabeIstrukturen in Inseln gegliedert, die von einet zentralen Stelle aus iiber Glasfasem versorgt werden. Die zentrale StelEe ist in der Netzstruktur der Telekom die benutzerseitige BK-Verstarkerstelle. Im Sprachgebrauch der Telekommunikation wid dafir der B e ~ i f f Headend benutzt. Die so entstehenden Netze sind als Hybrid-Fiber-Coax-Netze (HFC-Netze) bekannt. Die Kapazitiitserweiterung allein ist aber nicht ausreichend, urn Telekommunikationsdienste abzuwickeln. Dafiir wird zusatzlich die Riickkanalfihigkeit benotigt. Beim KapazitItsausbau werden deshalb die unidirektionalen Verstgrker durch bidirektionale ersetzt.

Anbindung an TK-Netze bidirektionaler Koaxialverstarker

1

Bild 4 4 Das Hybrid-Fibre-Coax-Metz (nach [4.1])

In Bild 4-4 ist ein derartiges, riickkanalfghiges HFC-Netz dargestellc. Die iIber eine Glasfaser

und eine Broadband Optical Network Termination (BONT) versorgte Koax-lnsel wird so dimensioniert, dass an sie jeweils zwischen 300 und 500 Teilnehmer angeschlossen werden kiinnen. Der Ausbau der Netzebene 3 zu einem riickkanalfihigen HFC-Netz ist nur eine der Voraussetzungen, urn TK-Dienste iiber das BK-Netz erbringen zu kiinnen. Auch die Netzebene 4 muss technisch aufgeriistet werden. Irn Rahmen dieser Aufriistung werden im Regelfall auch die Anschlussdosen in den Wohnungen ausgetauscht. Riickkanalfahige Kabelanschliisse haben drei Anschlussbuchsen - fit TV, Radio und Kabelmodern. Die Idee, Kabelnetze nicht nur f i r Verteilzwecke zu nutzen, kommt aus den USA. Ursprlinglich sollten die Download-Zeiten von Internetinhalten verkiirzt werden. Die anfinglich zum Einsatz gebrachten Systeme haben dementsprechend auch noch auf einen Riickkanal verzichtet. Der Upstream wurde uber das Telefonnetz realisiert, der Downstream iiber das BK-Netz.

Mobilfunk Das Global Systemfor Mobile Communications (GSM) ist das heute typische Funknetnverk, das fir Mobiltelefone (Handys) verwendet wird. Es gibt eine Reihe anderer Standards, aber das Gmndprinzip von GSM ist diesen meist recht ahnlich. Venvendet wird GSM in Deutschland filr die so genannten D-Netze, wiihrend die E-Netze einen leicht weiterentwickelten Standard verwenden, der sich aber nicht wesentlich von GSM unterscheidet. Die Grundidee von GSM ist, dass man nur dort Funkkommunikation einsetzt? WQ dies unbedin@ erforderlich ist. Dies ist auf den Ietzten Kilometem zum Kunden (die so genannte LasrMike). Die iibrige ijbemgung lluft hingegen fast ausschliefllich wie bei den Festnetmerbindungen. TeIefoniert man z.R. am Ort A rnit einern Teilnehrner in R, so wird jeweils nur Cokal in A oder in B ein Funkkanal verwendet. Der Grossteil der Entfernung wird iiber Fesmetzleitungen (Kupfer, Glasfaser) oder iiber Richthnk iibertragen, der so genannten Hintergrundinfiastrttktlrr. Diese ist notwendig, da aufgcund der begrenden Reichweite und einer h ~ u f i g unstabilen ijbertragungsqualitat nicht beliebig vie1 Komrnunikazion iiber Funkkantile abgewickelt werden kann. Die Aufieilnng in Funkzellen von begrenzter Crone ermoglicht es, die verfugbaren FunkkanSile optimal zu nutzen, denn die Menge an verfdgbaren Funkfrequenzen ist beim MobilFunk durch die staatliche Lizenzvergabe stark begrenzt. In einem Mobilfunknetz werden daher dieselben Frequenzen in ausreichendem riiumlichem Abstand wieder verwendet. Urn die Mobilfunktelefone auf den letzten Kilometern m erreichen, beniitigt man eine Reihe von Iokalen und regionalen Sendeeinrichtungen, uber welche die Mobiltelefone flgchendeckend auf kurzem Wege zu etreichen sind. Es werden also flachendeckend Funkmasten, Sendestationen, usw. bentitigt, denen jeweils ein Zusttindigkeitsbereich zugeordnet ist, den so genannten Ze/le,n in deren Zentrum jeweils eine stationare Busisstarion steht, einern Sender bzw. Empfhnger, meist ausgebildet als Mohilfimkmast. Zu diesem zugehorig ist jeweils ein Verwaltungsrechner, der die Zelle und ihre Anbindung an das Festnetz der Hintergmndinfrastruktur organisiert. Zwar ist der Sendebereich grijner, aber votrangig zustandig ist immer nur die Basisstation der jeweiligen wabenfimigen Zelle. Der ijberlappungsbereich dient lediglich aIs Reserve. Solche Zellen sind im Idealfall (vollkommen flaches Gebiet ohne jegliche Bebauung) kreisnmd, denn die Signalstarke: nimmt rnit zunehmender Entfernung von der Sendestation ab, bis das Signal nicht mehr stark genug empfangen wird. Die Distanz zur

Basisstation begrena also deren Sendebereich. Urn auch im i'bergangsbereich einen guten Empfang zu haben, legt man die Mobilfunkzellen so, dass sich die Sendebereiche ilberlappen. Dadurch konnen die Mobiltelefone auch im Betrieb praktisch ohne Unterbrechung zu einer anderen ZelIe ,,urnschalten" ( d m so genannten Handover). Konzeptionell geht man bei Zellen von dicht aneinandw gepackten sechseckigen Waben aus (Bild 4-5). Die einzelnen FunkzeIlen sind in der Regel wabmf6rmig und erstrecken sich iiber das gesamte Bundesgebiet. Sie verfigen uber unterschiedliche Grof3en. So reicht der Durchrnesser der Zellen von unter 100 Metern in Innenstiidten, wo sie unter Umstanden nur wenige Hauser oder einen U-Bahnhof versotgen, bis zu mehreren Kitornetem im kindlichen Raurn. Aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungseigenschaflen des Funksignals haben beispielsweise die D-Netze, die im Frequentbereich von 900 MHz arbeiten, einen Zellenradius von bis zu 40 Kilometer, wahrend die Funkzellen der E-Netze bei I .800 MHz fiber einen Radius von bis zu 10 Kilometer vefigen. Jede dieser Funkzellen wird von einer fest installierten Sende- und Empfangsanlage versorgt

- der so genannten Mobilfunkbasisstarion. Die Basisstationen bilden gewissemaflen die Knotenpunkte der Mobilfunknetze. Alle Netzbetreibet in Deutschland haben im Jahr 2004 rund 60.000 Basisstationen. Bis 2006 werden im Rahrnen des Ausbaus der UMTS-Netze etwa 20.000 weitere Antennenstandorte hinzukornrnen.

....................*+Notebook * MCC

.......................

""""+

Basisstation

FestnetzTelefon

.................. ......

Handy

,.,............*Internet

"""'"'m.b Mobiltelefon

Bild 4-5 Zellularer Aufbau (.,Wabenstruktuf) eines Mobilfunksystems (nach [4.5])

A R ~ ~als TS bei GSM haben die Funbellen der UMTS-Netze (Universal Mobile Telecornrnunication System) keine feststehende raumliche Ausdehnung, vielmehr veriindem sich die Zellgrfiflen in AbhHngigkeit von der Zahl der Nutzer. Jede UMTS-Funkzelle hat eine mtigliche maximale Sendeleistung. Je mehr Menschen in der Zelle mobil telefenieren, desto weniger Leistung kann auf den einzelnen entfallen. Dadurch verringert sich die Bandbreite beziehungsweise die mligtiche Entfernung zur Sendestation, und die Zelle wird kleiner. Bei sehr hohem Sendeaufkommen kann es sein, dass weiter entfernte Teilnehmer von einer anderen, daneben liegenden Zetle versorgt werden miissen.

Auch der ijbergang von einer Funkzelle zur nachsten - der so genannte Handover - erfolgt bei UMTS flieRend. Das Netz bestirnmt jeweils das starkste Funksignal eines Handys, das sich in Bewegung befindet, und ordnet es einer Zelle zu. In dicht besiedelten Gebieten haben die Nutzer sogar Liberwiegend gleichzeitig Kontakt zu mehreren Basisstationen. Dies vertingert die Gefahr von Abbriichen des Funksignals. Zudem wird ein unbernerkter ijbergang in die GSM-Netze rniiglich sein, wenn der Nutzer ein Gebiet rnit UMTS-Versorgung verlLst.

Das Konzept der Wabenstruktur basiert auf e i n m Kreis als Sendebereich. Tatsachlich verandern die Topolgraphie der Landschafi und die Bebauung diesen Sendebereich sehr stark, so dass hinter einem gronen Gebaude oder einem Berg so etwas wie ein ,,FunkschattenU entsteht, also Bereiche, die den Teilnehmer von dm Basisstation abblocken. Entlang von Sfmaenziigen reicht der Sendebereich ofi sehr weit, durch Hauserblocks hindurch erfoIgt eine starke Diirnpfung. Entsprechend ist eine typische Wabenstruktur bei GSM in der Praxis kaum rntigiglich. Es muss daher hiiufig eine iiherlappung in Kauf genornmen werden, und man benotigt sehr vie1 mehr Mobilfunkmasten als rechnerisch erforderlich. Bs ist daher sinnvoIler, eine @Rere Anzahl von Mobilfunkmasten gIeichmBl3ig im Versorgungsgebiet zu verteilen und weniger stark senden zu Iassen, atso mit einem Mast und rnit sehr hoher Sendeleistung ein grofleres Gebiet zu erreichen, denn je mehr ZeIlen man verwendet, umso mehr Frequenzen werden auch h i . Je mehr kleine Zellen man aber auch verwendet, umso kleiner ist das Gebiet, in dern eine bestimmte Zahl an Frequenzen zur Verfiigung steht, und umso kleiner ist die Zahl der Mobiltelefone, die sich ein bestimmtes Frequenzkontingent teilen miissen. Wenn die AnzahF und die Auslastung der Mobiltelefone weiter steigt, dann werden immer mehr irnmer kleinere Zellen benlitigt, wodurch entweder mehr Mobilfinkmasten aufgestellt werden miissen, oder es werden deutlich mehr Frequenzen beniitigt. Trotz der hoheren Kosten geht die Entwicklung jedoch zu einer Verkleinerung der Zellen, die kunfiig parallel durch die GSM- und die UMTS-Systeme genutzt werden. Schliefllich rniissen die einzelnen Zellen iiber ein Netzwerk (Festnetz) verbunden werden, sodass Gesprachs- und Venvaltungsdaten zwischen verschfedenen Zellen ausgetauscht werden konnen, und es muss eine Vetwalmg fiir das Gesamtnetz eingerichtet werden. Dam hat jeder angemeIdete Benutzer einen Eintrag in einem Home Location Register (HLR). Dieses HLR liegt nomalerweise bei der Zentrale des Providers, rnit dern man einen Vertrag geschlossen hat. Darin wird gespeichert, in wetcher ZeIle man zuletzt registried wurde. Bei einem Anruf wird aufgmnd des HLR errnittelt, wo man sich befindet und es wird der Kontakt zu der betreffende Zelle hergestellt.

Dw Mubilfunkkcmol ist das physikalische Medium zwischen Sende- und Empfangsantenne einschliefllich alier die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen beeinflussenden Hindernisse. Fur die Funknetzplanung und den Entwurf des Funkiibertragungssystems ist es erforderlich, das Ausbreitungsverhalten des Mobilfunkkanals durch einfache statistische Modelle zu beschreiben. Diese Beschreibungen beriicksichtigen z. B. als EingangsgrisRen die ~ h e r t r pmng.~frequenz,die Umgehztng.~he.~chafenheit und die &vch windigkeit der M ~hilfirnksfatioJ nen. Wichtig ist die Vorhersage des zu erwartenden mittleren Empfangspegels bei der Planung des Versorgungsbereiches einer Funkzelle. Der Funknetzplaner benutzt Vorhersagemodelle f i r die Ausbreitungsdampfung und schatzt den Einfluss des schnellen und lungsumen Schmindes durch geeignete Sicherheitsabsthde ab.

Powerline Communication Die Powerline Communication TechnoIogie (PCT) hat seit einigen Jahren eine besondere Aufmerksamkeit erlangt, weil sie sowohl den Endnutzern neue EinsatzmirgFichkeiten erliffnet, gleichzeitig aber auch neuen Anbietern die Chance bietet, auf dern Telekommunikationsrnarkt erfolgreich gegeniiber den bisherigen Marktinhabern konkurrieren zu kiinnen C4.61, t4.71. Die Stromversorgungsuntemehmennutzten das Stromnetz bereits seit jeher zur Steuerung von Kraftwerkskapazittten, die ijbertragungsraten waren jedoch sehr gering, der Datentransfer war in der Regel nur in eine Richhlng mBglich und die ijbertragungssicherheit nicht besonders hoch. Bei der PCT,wie sie dann in den 1990er Jahren entwickelt wurde, handeft es sich jedoch urn eine Weiterentwicklung, bei der Daten iiber das Stromnetz an private Waushalte weitergegeben wird, innerhalb des Haushaltes kann dann der Zugang zum Internet per Modem iiber jede beIiebige Steckdose erfolgen. Im Vergleich mit einer herkijmmlichen a e r tmgungstechnologie soPEen mit PGT rund 90 Prozent der Kosten gesenkt werden kiinnen F4.81.

Aufgrund der fast 100% Marktversorgung im Strombereich liegen die Vorteile von Powerline Communication vor allem f i r die Energieversorgungsuntemehmenund ihre Telekommunikations-Tochtergesellschaften auf der Eland: die neue Technologie wertet ihre Niederspannungsskomnetze auf und eroffnet ihnen gleichzeitig neue Absatmgrkte nicht nut irn Tetekommunikationsmarkt, sondern auch im Bereich der energienahen Dienstleistungen. Momentan stehen dieser Vision jedoch noch cine Fiille vor allem technischer Probleme entgegen, da die Stromnetze nicht originar f i r einen hochfrequentiellen Datentransport ausgeiegt sind, d.h. SignaIe werden rnit Zunahme der ijbertragungsweite schwticher, Funkdienste durch Powerline uberlagert und auch die Qualitgt der Stromversorgung kdnnte im schlimrnsten Fall beeintrachtigt werden [4.9]. Hinzu kornrnt, dass die Vorteile bei den tjbertragungsraten irn Vergleich zu den anderen Alternativen (Bsp. ADSL) nicht mehr so groB sind, dass Konsumenten nun einen besonderen Anreiz hatten, auf diese Technologie umzusteigen. Bei Powerline Commvnication handeIt es sich ebenfalls urn ein Shared Medium, d.h. die maximale erreichbare tjbertragungskapazitat wird unter die an einer TransformationssteIle angeschIossenen Nutzer verteilt, im Durchschnitt enva unter 200 Nurzern [4.7]. Weitere Entwicklung der Mobilkommunikationssysteme Mit stetig zunehmender Mobilitat der Menschen irn Privat- und Geschaftsleben hat sich eine Vielzahl spezifischer Mobilkommunikationssysteme herausgebildet, wie z. B.

* a

Funkrufsysteme (Paging System) schnurlose Telekommunikationssysteme(Cordless System) Biindelhnksysteme (Mobile Tmnked Radio SysfePnJ Funk-LAWs (Wreless Local Area Neiwork) landgestiitzte Zellularnetze (Cel/~/lm Radio System Satellitensysterne.

Die Entwicklung dieser Systeme erfolgte in rnehreren Systemgenerationen: Die I. Sy-siemgenerariopl orientierte sich Em Wesentlichen an den Vorstellungen herkiimmlicher Fernsprechnetze (analoge ijberhagungsverfahren, national standardisierte Necze) und wurde ab Ende det 1970er Jahre eingefchrt. Die 2. Systemge~erafionarbeitet mit digitaler Funkiibertragung und realisiwt Konzepte der aus dern Schmaiband-ISDN bekannten Diensteintegration. In-

zwischen wurden z. B. Normen zur UnterstIItzung von Multimedia-Diensten auf Grundtage der Internet-Protokolle geschaffen. Wesentliches Merkmal der zweiten Systemgeneration ist die Schaffung grofler internationaler Versorgungsbereiche fiir freiziigige internationale Mobilitat. Sie wurde Anfang der 1990er Jahre eingefihrt und kontinuierlich weiterentwickelt. Mit der Entscheidung f ~ das r Funkiibertragungsverfahren begann Anfang 1998 die europLische Standardisiesung der 3. Syvtemgeneration UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Hauptziel der dritten Systemgeneration bleibt zunachst die Kapazitatsenveitemng f i r Sprachdienste gegeniiber Systemen der ersten und zweiten Generation. Weiter sol1 die dritte Systemgeneration dutch hohere Bandbreiten (- 2 Mbitls) und paketorientierter ijbemittlung das erwartete Angebot breitbandiger vertei lter multimedialer Anwendungen untersttitzen. Mobi lkommunikationsnetze der dritten Systemgeneration stiitzen sich dabei auf neu entwickelte Funkschnittstellen und evolutionZir weiterentwickelte Kernnetze der zweiten Systemgeneration. Eine Satellitenkornponente f i r weltweite Mobilitat ist vorgesehen. Ergtimend wird iiber eine Integration von Funk-LANs in die Infiastnrktur (iffentlicher Mobilkommunikationssysteme nachgedacht, urn lokal an interessanten Punkten hiihere Ubertmgungsbandbreiten bereitstellen zu konnen [4.1].

4.4 Verfugbare Systeme und Nachrichtenbedarf 4.4.1 Verfiigbare Komrnunikationssysterne Die Kommunikationsinfiastmkturin Deutschland besteht in erster Linie aus dem tradidonejlen bundesweiten Telefonnetz (Kupferkabel), aus dem neuen Glasfasernetz, den vtrschiedenen lokalen Breitbandnetzen f i r die Rundhnk- und Femsehversorgung (uber das inzwischen auch DSL-Siyale iibertragen werden) und dem drahtlosen Richtfunhetz.

Das Telefonnetz selbst besteht aus einzelnen Leitungen, die analoge Tonsignale auf den auf 300 bis 3400 Hertz b e p n z t e n Frequenzbereich iibibertragen konnen. A d e r den Sprachsignalen kijnnen Rufsignale, Hortone und Tarifeinheiten zum Teilnehmerapparat iibertragen werden. Die zahlreichen lokalen Ortsvemittlungsstellen ,,speisen4' die angeschlossenen GerMe mit einer Gleichspannung von etwa 60 Volt, allerdings nur, wenn det HBrm abgenommen ist. Ab etwa 1980 wurde das analoge Fmsprechnetz (AFeN) f i r analoge Fernsprechanschliisse zu einem ,,digitalen diensteintegrierenden Universalnetz'" (Integrated Services Digital Wetwork - ISDN) ausgebaut, iiber das nach internationalem Standard nicht nur der Telefondienst abgewickelt wird, sondem eine VielzahI weiterer digitaler Dienste (Telex, Teletex usw.). ijber ein Modem kann ein gegeniiber dem klassischen Telefonnetz doppelt so schnel ter Internetzugang hergestellt werden. Netztechnisch wurden alle Vermittlungsstellen in Deutschland auf ISDN umgestellt, wobei abet die Teilnehrneranschlilsse nicht digitalisiert werden rnussten. Die Kanale von analog angeschalteten Teilnehmern werden von den VermittIungsstellen in ein digitales Signal gewandelt und weiter vermittelt. Mit dem neuen System ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) als Anschlusstechnik f i r digitale Breitbandanschliisse ins Interne? lassen sich innvischen durch die Venvendung bisher nicht genutzter Frequenzbereiche bereits weitaus grGl3ere ijbertragunFgeschwindigkeiten f i r die Teilnehmer iiber das TSDN-Netz erreichen. Asymrnefric bedeutet dabei, dass die Datenfibemgungsraten in Sendeund Ernpfangsrichtung unterschiedlich sind, und zwar vom Teilnehrner aus gesehen in Empfangsrichtung (downlink) erheblich grol3er als in Senderichtung (uplink). Der Ausbau des Glasfasernetzes in Deutschland schreitet weiter voran. Nach der Aufriistung der KabeIverzweiger durch T-Corn sellen bis Ende 2007 sollen ca. 50 Stldte an die als VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line) bezeichnete Technik angeschlossen sein. Diese Zugange sind mil 50 MBivS schnell genug, urn mehrere TV-Kanale in HDTV-Qualitat parallel zu ,,streamen" (ijbertragen von Datenstrlimen). Damit wird der Weg zu Video-onDemand-Angeboten mit hoher Bildgualitat geebnet und durch die Glasfaserleitungen die bestehenden Kupferadern weiter verdriingt.

Irn zweiten Schritt will T-Corn VDSL in 40 weiteren Stadten anbieten. Diese Investizionen macht das Unlernehmen aber von der Akzeptanz der Nutzer und den regulacorischen Rahmenbedingungen abhangig. Daher will man erreichen, dass die Bundesnetzagentur das neue Netz nicht reguliert und somit keine Konditionen f%r den Zugang von Wettbewerbem diktiert. N w dann kisnne man die hohen Investitionen wieder einspieIen. Andere Wettbewerber stehen ebenfalls bereit, in das neue Neta zu investiwen. Die kostenintensiven Tiefbauarbeiten lassen es jedoch aus Gkonomischen Grilnden nicht m,parallele Leitungsgriiben zu verlegen. Voraussetzung h i e f i r w3re es, dass auch Konkurrenzuntemehmen und andere Sparten berreits vorah die erforderlichen Leernohe verlegen.

4.4.2 Kommunikations- und Nachrichtenbedarf Informationen charakterisieren die Ungewissheit des Auftretens eines Ereignisses im Sinne des Wahrscheinlichkeit, und Informationen sind beseitigte Ungewissheit, und sie verkijrpem wiinschenswertes Wissen. Entscheidend ist nicht die Bedeutung, sondern der Neuheitsgmd der Information. Der Inforrnationsgehalt ist umso haher, j e weniger wahrscheinlich das betreffende Ereignis ist, ubw das infomiert wird.

Die Informationen werden irn Kornrnunikationsprozess als Synonym Er jede Art von Mitteilungen verstanden und weten z. B. in Form von Sprache, Tonen, Schriften, Bildern, Daten, Zahlen, Zeichen oder verschiedenen, wahrnehmbaren Reizen auf. Die Informationen sind zum neuen Produktionsfaktot geworden und zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen Wert besitzen, der z. B. durch Hinzufigen, Selektieren, Konkretisieren oder Weglassen vertindert werden kann, kein knappes Gut sind und Kosten verursachen, Input und Ou~putsein kdnnen, sich als nicht gegenstandliches Gut auch bei Mehrfachnutzung nicht verbrauchen, auch als Ware: in Erscheinung treFen und gegen finanzielle oder andere Belohnung gehandelt oder getauscht werden, sich mit Lichtgeschwindigkeit zu festen odet mobilen EmpfZingem tramportieren lassen, andere wirtschaftliche Ressourcen, z. B. Vertriebswege oder Handelsstrukturen, ersetzen kdnnen, sich wahrend dm Nutzung erweitern (z. B. in Forschungs- und Entwicklungsprozessen), zur Diffusion neigen und als aggressive Ressource versuchen, Geheimhaltungsgrenzen zu durchdringen (Verh-aulichkeit, personliche Intimsphare, intellektuelle Eigentumsrechte ), Beziehungen zwischen Individuen, Institutionen, Organisationen, Nationen anbahnen und durch vertinderte Informationsflusse die Beziehungs- und Machtstmkturen zwischen den Elernenten eines Systems vergndern kbnnen, der Planung, Organisation und Kontrolle bediirfen.

Die Bewcrtung der information setzt ihre Analyse voraus und bietet damit die Mfiglichkeit des Aneignung. Information lasst sich verdichten. Das Zusamrnenfassen komplexer Infomationen zu einem Theorem oder in einer Formel sind Beispiele dafir. Bei der Verdichtung kBnnen lnformationsverluste auftreten. Der likonomische Wert einer Information hgngt z. B. ab VOR dem Grad der Vollkommenheit, der Sichaheit und der Dispersion (Verteilung an andere Tntmssenten) sowie von der Zeitkomponente (AktualitSt, PAsentation, fiemittlung). Das Fnformationsmanagement hat durch die notwendigen Mittel und Aktivitiiten die Informa-

tionen zum richtigen Zeitpunkt, in der gewiinschten Form und am richtigen Arbeitsplatz zur Verfigung zu stellen. Fiir dieses Ziel muss der zur optimalen Erfillung nohvendige Infomationsbedarf bekannt sein.

4.5 Senden und Empfangen von Nachrichten 4.5.1 Anlagen zur ,,Urnwandlung" Unter ,,Urnwandlung4' sind in dem Teilsystem Nachrichtenversorgung sehr unterschiedliche Vorggnge zu verstehen:

-

die Verarbeitung eines analogen Signals (Sprache, geschtiebener Text, Bild), das gerade empfangen wurde, in ein digitales Signal, urn dieses anschliesend zu senden, die Verstirhng eines Signals f i r den ,,TransportMiiber weite Strecken,

die unvertinderte Weiterleihlng des Signals in eine andere Richtung. Die wesentlichen raumbedeutsamen Anlagen im System der Nachrichtenversorgung stellen somit die Sendeanlagen dar, die immer auch irgendwo her ein Signal empfangen miissen. Filr das drahtlose ,,verteilen" oder ,,sarnrnelnUvon Signalen werden Mobi lfunksendemasten benb ti@, die in ihres Grofle, Hohe, Abstrahlleishlng, Bauart (Beton, Stahlgittermast) usw. sehr unterschiedliche Formen annehmen kbnnen. H3ufig werden auch bestehende Geblude genutzt, urn die Antennen in den Siedlungsgebieten unterzubringen, ohne dass h i e f i r eigene Masten benotigt werden. Bild 4-6 zeigt ein solches Beispiel.

Bild 4-6 Beispiel fiir einen MobilfunkAntennenmast (Nutzung eines bestehenden Schornsteins), Quelle: IZMF Bildarchiv

Fur das Senden der Radio und Fernsehprograrnme werden Sender ben6tigt, die sich gegeniiber den Mobilfunksendemasten durch eine wesentlich grBflere Abstrahlleistung und darnit eine groBere Reichweite auszeichnen. Urn die Abstrahlung hindemisfrei zu gewahrleisten, sind diese rneist auf hohen Masten angeordnet, die aus Beton oder Stahlfachwerken errichtet werden. Teilweise werden diese auch in Sendetijmen zusammengefasst (Bild 4-7).

Bild 4-7 Beispiele fIlr einen mit rnehreren Sende- und Ernpfangsanlagen ausgestatteten Sendemast, Quelle: lZMF BEldarchiv

4.5.2 Raum- und Umweltwirkungen von Sendeanlagen Raumwirkungen Die Raum'bedeutsamkeit der Nachrichtenumwandlung ergibt sich durch die Notwendigkeit, Anlagenstandorte f i r die Mobilfunkantennen, Sendeanlagen f i r Rundfunk und Eernsehen sowie ffir die iibergeordneten Femmeldeeinrichtungen m r Veflgung zu stellen. Der groae Bedarf Rir neue Mobilfunkantennen in den nIchsten Jahren rIIckt die StandortauswahI f i r diese Anlagen derzeit in den Vordergnmd, denn jede geplante Mobilhnkantenne tragt zur Verbesserung der Netz-lnfrasmktur bei. Bei der Planung wird yon dem Mobilfunkbetreiber zun3chst im Rahmen seines Gesarntnetzkonzepts eine optimde Position f i r eine neue Basisstation zur Abdeckung der Nachfiage nach solchen Telekommunikationsdienstleistungen berechnet und anschlieaend auf seine finktechnische Eignung hin iiberpriift. Dies betrifft die jeweilige Standorthohe, die Vertriiglichkeit mit bereits installierten Funksystemen und die Anbindung an benachbarte Newellen. Datiiber hinaus mussen auch die langfristige Verftigbarkeit des Standorts, die wirtschafiliche Vertretbarkeit der Errichtung und die bautechnische Eignung beriicksichtigt werden. Die Abstimmung zwischen den Mobilfunkbetreibem und der mstEindigen Kommune iiber den Standort der Antenne ist ebenfalls ein wichtiges Kriterium. Entsprechend der von den Mobilfunkbetreibern und den kornmunalen SpitzenverbSinden getroffenen Vereinbarung wird den kornmunalen Behorden diese Planung rnitgeteilt. Sollte es unterschiedliche Vorstellungen zwischen den Netzbetreibern und den Kommunen zum ausgewiihlten Standort geben, wird einvemehmlich nach einem geeigneten Standort gesucht.

Slandortvorschlage der Kommune werden gegrilft und bei E i p u n g bevorzugt reatisiert. 1st

ein geeigneter Standort gehnden, schlient der Mobilfunkbetreiber einen Mietvertrag mit dem Eigentiimer und beginnt rnit den Planungen f i r den Aufbau der Basisstation. Gegebenenfalls ist eine Baugenehrnigung oder das Einverstlindnis von der DenkmaIschutz-, Naturschutzoder Luflfahrtbehiirde erforderlich. In Tabelle 4-3 ist die Zulassigkeit ven Mobilhnksendemasten als I-laupt- oder Nebenanlage f i r die unterschiedlichen Nutzungsarten der Baunutzungsverordnung (BauNVO) aus der Sicht eines zustsndigen Landesrninisteriums und FLY den Stand 2001zusammengestellt. Frn Einzelfall ist jeweils die aktuelle Rechtslage bzw, die Genehmigungspraxis der zustandigen Behorden zu beriicksichtigen. Tabelle 4-3 Zulassigkeit von Mobilfunksendemasten

Art des Gebtetes

Zul3ssigkeiZ als Hauptanlage

Reines Wohngebiet (WR)

nur aufgrund Befre~ung, 5 31, Abs. 2 BauGB

Allgemeines Wohngebiet (WA)

nur ats Ausnahme, $5 31 Abs. IBauGB, 4 Abs. 2 Nr. 3 BauNVO

Besonderes

Wohngebiet (WB)

Ja, 5 4a Abs. 2 Nr.3

Dorfgebiet (MD) Mischgebiet (MI) Kemgebiet (MK) Gewerbegebiet

Ja, 5 5 Abs. 2 Nr.6 Bau NVO Ja, 5 8 Abs. 2 Nr.4 Bau NVO Ja, 5 7 Abs. 2 Nr.3 Bau NVO Ja, § 8 Abs. 2 Nr.? Bau

(GE)

NVO

Bau NVO

itriegebfet

Ja, 5 9 Abs. 2 Nr.3 Bau NVO

Z~llfisslgkeitals Nebenanlage

Gemeindliches invemehmen

nach 3 36 BauGB

nur als Ausnahme, $3 31 Abs. 1. 14 Abs. 2 S. 2 BauN901 nur als Ausnahme, $9 31 Abs. 1, 14 bbs. 2 S.2 BauN\ uP nv ~ a, \ rq i r 90) da als 1iauptanlage zul8ssig, gilt diesi auch fIjr Nebenanlagen

erforderlich

S.O.

nicht erforderlich

s.o.

nicht erforderlich

s.0.

nicht erforderlich

s.0.

nicM erforderlich

s.o.

nicht erforderlich

erforderlich

nicht erforderlich

Vor Inbetriebnahme muss die Regulierungsbehorde f i r Telekommunikation und Post (RegTP) rnit der Standortbescheinigung die Einhaltung der gesetzlich festgelegten Grenzwerte an den f i e i zuganglichen Orten bestatigen. Die Mobilfunkbetreiber miissen jede neue Sendeanlage zwei Wochen vor Inbetriebnahme bei der ortlich zustandigen Verwaltungsbehorde fcr Immissionsschutz und bei der Kommune anmelden.

Umweltwirkungea Bei den Sendem handelt es sich urn Hochfiequenzanlagen mit einer bestimmten Feldsttirke, die von der jeweiligen Frequenz abhbgig ist. Fiir die elektrische und die magnetische Feldstarke gelten die Grenzwerte der 26. Bundesimmissionsschutzverordnung (TabeIle 4-4).

Tabelle 4-4 Zul2ssige Werte for die FeldsMrke von Hochfrequenzanlagen nach der 26. BlrnschV (Anhang 1 zu 5 2)

~ c hrequ f enzanlag

...

Frequenz (f) in Megahertz (MHz)

I= Afektivwert der Feldstarke, quadratisch gerni..,.. iiber 6-M~nuten-lntervalle

elektrische Feldstarke in Volt pro Meter [Vlrn]

rnagnetische Feldstarke in Ampere pro Meter [ A h ]

Diese Grenzwerte schiitzen die Gesundheit. Sie basieren auf dem a h e l l e n , international anerkannten wissenschaftlichen Kenntnisstand, den Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und der Internationalen SttahEenschutzkommission (ICNIRP) sowie der nationalen Fachgremien Strahlenschutzkommission(SSK) und dem Bundesamt f i r Strahlenschutz (BR). Dabei geht die WHO dawn aus, dass ,,. .. keine der jiingst durchgefihrten aerpriifungen des wissenschafilichen Erkenntnisstandes ergab, dass Hochfrequenzexpositionen durch Mobiltelefone oder ihre Basisstationen zu schldlichen Auswirkungen auf die Gesundheit geffihrt haben." [4.10]. Die deutsche Strahlenschutzkommission SSK kornmt zu dm Schtuss, dass ,,... auch nach Bewertung der neueren wissenschaftlichen Literatur keine neuen wissenschafttichen Erkenntnisse irn Hinblick auf nachgewiesene Gesundheitsbeeintr8chtigungtn vortiegen, die Zweifel an der wissenschafilichen Bewertung aufkommen lassen, die den Schutzkonzepten der ICNIRP bzw. der EV-Ratsempfehlung zugrunde lie@" [4. I 11. Diese Einschatzungen werden seither, gerade im Hinblick auf die stark zunehmenden Anlagen fdr den Mobilf'unk, von vielen internationalen und nationalen Forschergruppen bestHtigt - aber auch von zahlreichen Fachleuten und insbesondere von betroffenen Biirgern und den BIirgerinitiativen, welche diese Barger vertreten, in Zweifel gezogen (siehe Tnformationszentrum gegen Mobilfunk 14.121). Es kann jedoch allgemein festgestellt werden, dass biologische Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder erst ab einem bestimmten Schwellenwert auftreten. Diese Schwellen sind seit lange111bekatlnt utld werden laufi~dweiter auf illre nliigliche~lWirkurl-

gen auf den Menschen hin untersucht.

4.6 Nachrichtenubertragung Unter ffbertragung versteht man in dw Nachrichtentechnik den gebiindelten Transport von grol3en Datenmengen in Kabeln oder iiber Richtfunkstrecken.

ijbertragungsverfahren beschreiben Signalverarbeitungsmiiglichkeiten, die zur Signalfibertritgung und optimalen Ausnutzung der ~bertragungswege dienen. Tabelle 4-5 zeigt verschiedene ijbertragungsverfahren mit ihrer Art der Ausnutzung der Obertragungswege, der Art des angewendeten technischen Prinzips und er Art des fibertragenen Signals. Tabelle 4-5 Obertragungsverfahren irn Bereich der Telekammunikation

Art der Ausnutzung der Obertragungswege

Art des angewendeten technischen Prinzips

Art des Ubertragenen Signals

raumgeteilt

Basisbandijbertragung

analog, dig~tal

frequenzgeteiIt

Frequenzmultiplexverfahren

ana'fog

ztitgeteilt

Zeitrnultiplexverfahren

digital

eodegeteilt

Codemultiplexverfahren

digital

Die Wahl des ubertragungsverfahrens hlngt primar von den Eigenschafien des a e r t r a gungsweges ab. Ziel ist dabei, die optimale Ausnutzung des fjbertmwngsweges, die storungsfreie Signaltibertragung und minimale Kosten pro Kana1 zu erreichen.

Raumgeteilte Systeme benutzen je zu ijbertragendem Signal einen gbertrawngsweg. Die Signale:werden vorzugsweise unmoduliert Em originalen Frequenzbereich - Basisfrequenzbereich - iibertragen. Durch geeignete Verkniipfungen rnehrerer gleichartig gefihrter Ubertragungswege untereinander ILsst sich ein Ausnutzungsgad der ihertragungswege erreichen, der grliaer ist, als die Zahl der iiibertragungswege selbst. Diese Verkniipfungen werden als Schaltungsmultiplex, Kunst- oder Phantomschaltungen bezei chnet.

Das iiberfragrng,~mediumentspricht dern Mittel bzw. dern Steff zur InforrnationsiiGertragnng. aertragungsrnedien konnen klassifiziert werden in: m

a

metallische ijbertragungswege ( 2 . B. symmetrische Kupferkabel, Koaxialkabel, Hohlleiter) optische i'bertragungswege (2.B. Multimode-Lichtwellenlejter, MonomodeLichtwellenleiter) Funktibertragungswege (z. B. Rundhnk-, Richtfunk-, Mobilfunk- und Satellitenfunkstrecken ) .

Lichhveflenfeifer(LWL) sind Bescandteil von optischen ijbertragungssystemen und dienen der Fiihrung von Lichtwellen (so genannter Moden) vom Sender (Lurninizenzdioden; Laserdioden) zum Empfinger (Fotodioden). Lichtwellenleiter besitzen einen Kern und einen Man-

tel. Das Basismaterial f i r LWL ist Siliciumdioxid, das in der Namr in Form hochreiner Sande oder als Bergkristall vorkornmt. Durch eine geeignete ,,Dotierung" rnit Frerndatornen erreicht man, dass die Brechzahl des Kerns gsijI3er als die des Mantels ist Durch eine KunststofTbeschichtung (cladding) wird diese Glasfaser geschiita. Mehrere derart geschiitzte Fasem werden dann in einem Glasfaserkabel zusarnrnengefasst. Fiir die Nachrichteniibemagung werden Wellenliingenbereiche: mit einem optischen Fenster von 850 nm, 1 300 nm und I 550 nm genutzt,

Richtfun k im Nachrichtentransport Der Richrfimk dient der gerichteten und leitungslosen Infomationsiibertragung.Als Informationstrgger k6nnen elektromagnetische Wellen im Rundfunk- und optischen Bereich benutzt werden. Die Richfinkverbindung ist ein gleichwertiges t~bertragungsrnediumneben der Kupferkabel- und LichtweFlenleitervmbindung.Sie sind in der Regel Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, bei denen nur zwei bestimmte Richtfunksysteme eine Verkehrsbeziehung besitzen. Sie konnen aber auch als Punkr-zu-Mehrpunkt-Verbindungenarbeiten. Bei dieser Betriebsart kiinnen Verbindungen von einer Richtfunkstation zu rnehreren Richrfunkstationen aus dem bestimmten Versorgungssektor aufgebaut werden. Fiir die Ausstrahlung und den Empfang der elekttomagnetischen Wellen ist eine starke Richtwirkung erforderlich, die durch biindelnde Antennen erreicht wird. Dm Radiofrequenzbereich liegt bei terrestrischen Richtfunkverbindungen fiber 1 GHz und kann bis 50 GHz betragen. In diesem Frequenzbereich erfolgt die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen zunehmend nach optischen Gesetzen, d.h., zwischen Sender und Empfanger muss quasi-optische Sichi vorhanden sein. Die Wellenausbreitung im Richtfunkfeld ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen sich im homogenen Medium geradlinig ausbreiten. Hindernisse irn Ausbreitungsweg sind somit die Ursache fdr Funkschatten, weil Wellen an scharfkantigen Hindernissen gebeugt werden. Auf Grenzschichten zweier Medien auftreffende Wellen werden gedgmpft und reflektiert. An rauen Grenzschichten entsteht Streuung. Koaxialkabel im Nachrichtentransport Der N e m g a n g iiber die Kabelverteilnetze ist durch die Bereitstellung eines so genannten Riickkanats rnliglich geworden. Neben den Kahelverteilnetzen gibt es international zunehmend Einsgtze von nicht terrestrischen Rundfunkverteildiensten,bei deren geratetechnischer Ausfdhrung der Riickkanal auf verschiedene Art und Weise gewghrleistet wird. Die in Kabelverteildiensten vorhandenen breitbandigen KanWe von einer zentralen Basis zurn Teilnehmer sind f i r die Gewahrleistung einer stabilen telekornrnunikativen Versorgung sehr gut geeignet. Durch die Integration von RlickkanSilen und der ger9tetechnischen Nachriistung vorhandener Kabelverteilsysteme innerhalb der Teilnehmeranschliisse rnit Moglichkeiten f i r diese Ruckkanale sind die wesentlichen Vorraussetzungen fW eine breite Nutzung gegeben. Eine Modifikation derattiger Systeme ist durch Breitband-ijbertra@ngssystems in HFC-Struktur (Hybrid Fibre Coax) im Einsatz.. Dabei werden kleinere Netzeinheiten (Cluster). die in den rneistcrl F l l l z ~durctl ~ Koaxialkabcl oder GlasTascrt~vernrtz! sitld, genutzk. Stromversorgungsleitungen(Powerline) irn Nachrichtentransport

Der Teilnehmeranschluss unter Nutzung des Niedwspannungsnetzes, international als Powerline-Kommunikation (PLC) bezeichnet, hat seit etwa 1998 an Bedeuhrng gewonnen. Nach ersten erfolgreichen Versuchen, vorrangig in Groabritannien, gab es sowohl Nomungsberniihungen als auch die Entwicklung von entsprechender Gergtetechnik.

Die PLC- Technik errnoglicht einen Teilnehmeranschluss f i r das Internet und die Telekamrnunikationsdienste

*

Geb3uiudeautomatisierung, Tnhouse-Kommunikation und Energieinfomationsdienste.

Vorteilhatl bei PLC ist das vorhandene flgchendeckende System dm Energieleitungen. Als problematisch hat sich bei der Nutzung dieses Netzes f ~ den r Internet- und Telekommunikationszugang herausgestellt, dass die Energieverteilnetze irn Niederspannungsbereich beziiglich der Netzstruktur und der venvendeten Kabeltypen sehr unterschiedlich sind. Darnit ergeben sich grol3e Problerne f6r die einzusetzenden Ubertragungsverfahren. Die im Allgemeinen fehlende Schimung der Energieleitungen fiihrt zu Einstrahlungen bnv. Abstrahlungen elektromagnetischer Wellen. Besonders betroffen ist von den Abstrahlungen der Kurzwellenbereich f ~ die r Weitstreckenverkehrstechnik und fEir Navigationsdienste. Die MagIichkeit der Einkopplung in diese Kaklsysteme ist eng verbunden mit dem Absinken der ijbertaagungsqualitlt. Aus diesern Grund kfinnen nur f i r Frerndstiirer robuste ijbertragungsverfahren eingeseZzt werden. Die durch RegTP zunRhst vtlrgenommene Regulierung beschdnkt die Einsatzmiiglichkeiten der PLC wesentlich. Bemiihungen, die festgelegten Parameter weiter zu vergndem, diirften aufgrund der dann teilweise starken StBrungen anderer Funkdienste sehr problematisch sein.

1

1

Energie

Trafostation spannung 0,4 kV

Telekommuni-

OrtszelFen

-

Bild 4-8 Das Prinzip der Powerline Kommunication (PLC) Systeme

Das Grundprinzip der PLC-Technik hnktioniert wie folgt (Bild 4-8): In der Trafostation des

Niederspannungstmnsformato~sist eine Vermittlungs- bzw. Einkopplungseinheit fdr die Telekommunikationsdienste integnert, iiber welche die an der jeweiligen Trafostation angeschlossenen Teilnehmer versorgt werden kiinnen. Dabei ist eine gefahrlose Trennung zwischen Niederspannungszuleitung und Telekommunikationsdienst erforderlich. Weit hirhere Anfordemngen sind f i r die Hausstation zu gewahrleisten. In der Nahe der Stromeinspeisung ist eine Trennung zwischen Telekommunikationsdienst und Elektroverso~ungsdienstv o m nehmen. Aus gegenwartiger Sicht ist festzustellen, dass die hohen Erwartungen in die PLC- Technologie als gtoI3riiumiges und vielEltiges 'Ireiekommunikationssystemderzeit nicht erfiillt werden konnen. Auf der Ebene des Teilnehmeranschlusses ergeben sich aufgrund technischer bnv. technoIogischer und regulatorischer Schwierigkeiten noch crhebliche Einschriinkungen. Der Einsatz von PLC- Technologien irn Inhouse-Bereich kiinnte sich dagegen in den kommenden Jahren zunehmend versrtirken.

Netuugange mittels Glasfasem (Lichtwellenleitern) werden oprische Nerzzergunge genannt. Bei den als ijbertragungsmediurn im Teilnehmermgangsnetz eingesetzten Glasfasem (FITL Fiber in the Loop) unterscheidet man Glasfasern bis in die Wohnung (FTTH- Fibre To The Horne) bis ins Gebiiude (FTTB - Fibre To The BasementJBuilding), bis zum Stral3mrandmergabepunkt (FTTC - Fibre To The Cttrb), bis zum Kabelverzweiger (FTTNJFTTCab - Fibm To The Node/Cabinet).

Im Optical Distibrrrion Network kann die optische iibertragungsstrecke (Optical Line Distributor) in pmsiv (Passive Optical Network - PON) oder aktiv (Active Optical Network AON) aufgesplittet werden. Die Glasfaser eines PON kann durch optische Venweiger (Splitter) an jeder beliebigen Stelle vemveigt werden. Irn Unterschied zu den passiven Systemen, bei denen die geringen Damphngsbudgets der optischen Verzweiger der Netzgestaltung verhIltnism5Big stam Randbedingungen auferlegen, lassen sich aktive Systeme flexibler realisieren. Bei den OPAL Psojekten (Optisches Anschlussnetz) der Deutschen Telekom AG in deren Rahmen Mine der 90er Jahre insgesarnt 1,2 Mio. optische TeiInehmenugange errichtet wurden, waren 1994 erstrnals auch AONs einbezogen worden, z. B. das Hybrid Telecommunication Access System (HYTAS). Fernsehverteilnetze waren anfinglich komplett auf Basis yon Koaxialkabeln konzipiert. Mit dem Fortschritt bei der Glasfaseriibertragung sind auch LBsungen entwickelt worden, die auf der Kombination von Glasfasern und Koaxialkabeln f i r TV-Verteilnetze Anwendung fanden, so genannte HFC-Netze. Varteile gegenuber reinen Kaaxialkabelnetzen sind hiihere Bandbteite und gr6Rere Reichweiten ohne Verstarker. 4.6.2 R a m - und Umweltwirkungen der Nachrichtenijbertragung Raurnwirkungen Angesichts der steigenden rgumlichen Arbeitsteilung in allen Wirtschaftssektoren und den darnit verbundenen hoheren Wegstrecken muss die ,,Verfigungsgeschwindigkeit" der 'Infor-

mationen steigen, um Engplsse der Psoduktion zu vermeiden. Urnfang und Selbstverstandlichkeit immaterieller Raumiiherwindung geben eine Vorstellung davon, wie vie1 mehr physischw Verkehr ohne bequeme und leistungsfihige Telekommunikation entstehen wiirde. Die elementare Wirkung der Telekommunikation wurde vom ,,Death of distance", von der Entwertung geographischer Restriktionen erwartet. Verschwindet der Entfernungswiderstand, werden die anderen EigenschaRen einer Region und ihrer miiglichen Konkutrenten umso wichtiger. So wird modeme TeIekommunikation zwar die Differenzierung Iiindlicher R3ume begleiten, mildern und dezentrale Konzentration begiinstigen. Als entscheidend aber diirfien sich laufende Siedlungstrends der Sadte (wie Sub-, Des- und Reurbanisierung; auch: Suburbanisierung) und demographische Trends (wie Entleerung und Entsiedlung; auch: Schrumpfung) erweisen.

Die Diskussion der Auswirkungen von Telekommunikation auf raumliche Entwicklungsprozesse war lange durch gegensatzliche Positionen g e p f gt. Die zahlreichen Argumente zur Raumwirksamkeit der Telekommunikation lassen sich durch vier Grundpositionen (Nivel lierung, Polarisierung, gedampfte Wirkungen, Uberlagerungen) beschreiben [4.14]:

a) Die Nivellierrtngsrhese betont die dynamisierende Ktaft entwerteter Entfemungen und Orte sowie relativierter traditioneller Zentralitaten Angesichts des gigantischen Dezentrdisierungs- und Homegenisierungspotentials von Telekommunikation. Telematik, Computernetzwerken und Globalisierung wird ein erhebliches Substitutionspotential vermutet. Entscheidende rtiumtiche Veranderungen werden vor allern von der Reintegation ven Arbeitsplatz und Wohnstandort durch Telearbeit, der Einebnung harter Standortvorteile, dem Bedeutungsverlnst stationaret Infrastruktur, dea Aufhebung der Marktferne l5ndlicher Raume und dem Abbau vertikaler Hierarchien erwartet. Wenn alles auf jeder WaldIichtung erreichbar wird, stellt sich die Frage, inwieweit Stiidte als Wirtschaftsstandorte iiberholt sind. b) Die Polarisierungsrhese betont die Bedeutung der Macht und Tragheit bebauter Umwelt, von r~umlichkonzentrierten Inputfaktoren und vorhandener Infrastruktur aller Art. Neue Technologien werden zuerst in Bedarfsschwerpunkten nachgefragt und eingefihrt. Deshalb wird die Verstarkung von Enhvicklungspotentialm und Entwicklungstrends envartet. Das Dezentralisationspotential des digitalisierten schmalbandigen - iiberall vetfiigbaren - Telefonnetzes wird durch die Wirtschaftskraft der Verdichtungsgebiete (Wahlerstirnmen, Arbeitsplatze, Einkommen, Expertenwissen, Ideenpotential und Anregungen, kulturelles Umfeld, iibemationale Identitgt, Produktionsstandort strategischer Wirtschafisgiiter) iiberkornpensiert. Die kurz- und rnittelfristige Akzeptanz des digitalisierten schrnalbandigen Netzes pH@ die brei tbandige Verkabelung vor. c) Die These geddmpjter Wirkrkttngen betont vor allem die Schlusselrolle menschlicher Verhaltensstabilitgten f~ die Akzeptanz yon Innovationen und bezweifelt schnelle drastische ~ n d e rungen. Als soziales Wesen ist dw Mensch stammesgeschichtlich als Sammler und J b e r gepr5igt. Zu seinen Verhaltensdispoitienen (als ,,anthropologische" Konstanten) gehliren beispielsweise ,,Face-to-face"-Kontake, Nebennuken personlicher Anwesenheit, die telefonisch oder schriftlich nur schwer zu erlangen sind, und Ventil- und Erlebnishnktionen von ,,Tapetenwechsel". DeshaIb braucht der Mensch Bewegung, persfinlichen Kontakt, Beratung und Kauferlebnis. Grol3e Veranderungen wwden erst durch Systemmodifikation als Ergebnis eines sehr langfristigen Riickkopplungsprozesses erwartet,

d ) Die i%berlagerungsihese sieht Entwicklung als spannungsgeladene Koevolution benachbarter Systeme unterschiedlicher Geschwindigkeiten. So ist jeder Teilraum durch dominie-

rende Branchen gekennzeichnet, die zu charakteristischen Phasen sozioiikonomischer Entwicklung gehbren. Indem sich Produktlebenszyklen von Wirtschaftszweigen, Raumiiberwindungstechnotogien und Wertsystemen zeitlich uberlagem, entstehen Verzogerungen und Vorspringe, Eigendynamik, Riickkopplungen und Brtiche. Solche komplexen Prozesse sind nur begrenzt steuerbar und von unerwarteten RiickschlHgen bedroht. Sie erschweren Wirkungsvmutungen zur rfiurnlichen GestaIhlngskrafi der Telekommunikation und fdrdern lineare Vereinfachungen, wie z. B. Substitutionshofiungen. Inzwischen ist eine allgerneine Annfiherung der verschiedenen Standpunkte insofern festzustellen, als sich die Kemargumente aller vier Positionen als tragfihig enveisen. Die hliherstufige Syntltese bildet die Einsicht, dass die Telekommunikation bisher vor allem als Trendverstsrker wirkte. Ihre massenhafte Urnsetzung enveist sich deshalb zunehmend als abhsngig von den Sogeffekten anderer Megatrends: Zentralitaten verstiirken sich, Stadt-UrnlandBeziehungen weiten sich aus, menschliches Grundverhalten erweist sich als dominant, und sich r8urnIich iiberlagemde Entwicklungsphasen von Brancken und Gesellschaften schaffen erhebliche Spannungen. Insofem gehiiren Konzentration und Dezentralisierung zusammen, aber wirken phasenabhhgig. Zentralitlt ist relativ und nur Ausdruck von Erreichbarkeit durch dominierende Raumiiberwindungsformen. Damit schafl3 Telekommunikation neue Zentralitat auch innerhalb eines Dezenlralisiemngstrends 14.141. Das Dezentralisationspotential der Telekommunikation erlaubt es dem raum lich erhebl ich konzentrierten, aber mobilen Vermiigen, Einkommen und Macht, sich raumlich auszubreiten und erfordert damit erneut die Konzentmtion von Kontrolle, Eigentum und Gewjnnen auf einem neuen Niveau. Deshalb gehiiren ,,Global cities", globales Outsourcing und nationale Politik mit Gegenbewegungen (wit ,,New N5hihe") zusammen. StSdte sind traditionell die Produktionsstandorte von Innovationen, Flexibilitat und Mobilitat, Professionalitat, Intemationalitat und Risikobereitschafi. ihernationale Stadtenetze werden gestiirkt zu Lasten der Beziehungen dieser SchaltsteIlen mi2 ihrem nationalen Umfeld. Diese Polarisierung erfiillt den Tatbestand r3umlichen Dualismus', der bisher vor allem f i r Entwicklungsllnder galt [4.14]. Die allgemeinen Wirkungen der Telekommunikation griinden sich - noch stiirker als bei physischen Verkehrsmitteln - auf den Tatbestand, dass die Industriegesellschafl rnit ihrer Produktion f i r anonyme MZirkte schon irnrner eine InformationsgeseltschaR war, die sich vor allem am drei Informationssystemen zusammensetzt [4.14]: (1) Das technisch-wissenschaftlicheSystem erzeugt, verteilt und erhllt Grundlagenwissen und setzt es in anwendungsf5higes Know-how urn. (2) Das wirtschaftliche System sorgt in der Marktwirtschaft liber die Interdependenz von Markten und Preisen f i r die Koordination eines komplexen dynamischen Systems. (3) Das politisch-gesellschafilicheSystem koordiniert die Interessen in einer werte- und interessendifferenzierten Gesellschaft, strebt den sozialen Konsens an und fordert Diffusionsproresse technisch-wissenschafilicherwie likonomischer Anderungen, urn durchsetzbare ,,expansive Kompromisse" zu ermiiglichen. Als entscheidende Konsequenz der Telekommunikation wird die Erweitemng des organisatorischen Gestaltungsspielraums durch Kombination von riiumlicher Dezentralisienmg, zeitlicher Flcxibilisietung und unternehmerischer Diversifikation mit riiumlicher und betrieblicher Konzentration der Entscheidungs- und Finanzverantwortung ewartet. Gerade irn gegenwgr-

tigen Strukturwandel ist damit zu rechnen, dass Telekommunikation versarkt zur Rationalisierung und Flexibilisierung, zur Anpassung an Markttrends und Erleichterung von Kooperation sowie zum weltweiten Zugang zu Absatz-, Beschaffings- und Finanzmarkters eingesetzt wird. Dies wiederum kann rnit einer Urnorganisation unserer noch immer zentrenorientierten Groflballungen zu Stadt-Land-Verbiinden rnit selbstst$indigeren kleineren Subzentren (,,Binnenverkehrsvierteln", ,,Stadtd8rfern") verbunden sein, die - mit der Telekommunikation als Erwerbs- und Fernverkehrsbasis - intern kurze Wege und damit unrnotorisierten Verkehr begiinstigen. Fiir I5ndliche Rgurne ware sowohl eine Differenzierung der ehernals intensiv landwirtschafllich genutzten Fliichen zu parkahnlicheren ,,siidenglischenU Verhaltnissen als auch das Entstehen weitgehend menschenleerer naturnaher RIickzugsdume m erwarten. Auf der Grundlage von Des- und Reurbanisation diirfien die noch iiberwiegend radialstrahligen Verkehre durch zunehrnend tangentiale Verkehre, Quer- und Ringvwkehre ersetzt werden.

An den okologischen Grenzen unseres Wistschafissysterns des rnechanischen Verkehrs und der LebensquaIitiit von Ballungskernen angekommen, sind nunrnehr qualitativ hdhenvertige strukhwertindernde Auswege eines dynamischen Systems zu erwarten. Megatrends zahlreicher Subsysteme deuten in diese Richtung: in der Siedlungsstruktur zu verstarkter lokaler tdentitgt, Individualittit und Zeitfl exibilitgt und in der Wirtschaftsstruktur zu flacheren Hierarchien und individueller Arbeitsgestaltung, zu sinkenden Fertigungstiefen und m starkerer Verlagerung der Zulieferungs- und Serviceleistungen von Gronunternehmen auf Subunternehmen. Der scheinbare Widerspruch zwischen der Forderung nach Verkehrsvermeidung durch moglichst regionale Wirtschaftskreisliiufe und der Tendenz zus globalen Arbeitsteilung und Spezialisierung diirfte sich durch die Kombination von vernetzter informatorjscher Einbindung und optirnierten Korridor- und Kombiverkehren f i r physische Transporte wiederum mithilfe der Telekommunikation Iosen oder doch zumindest entschiirfen lassen.

Umweltwirkungen Die wesentlichsten Umweltwirkungen bei der Nachtichteniibertragung gehen aufgrund deren elektrornagnetischer Felder und Wellen von den drahtlosen Ubertragungsverfahren aus. Diese werden hier jedoch nicht dw ijbertragung, sondern den Anlagen zur Urnwandlung dw Signale, von denen diese ausgehen, zugeordnet. Siehe d m Kapitel4.5.2. Die &ertragung in erdverlegten Kabelleitungen ist irn Betrieb rnit keinen wesentlichen Umweltwirkungen verbunden. Vom Bau der Leitungen konnen allerdings lokale Umwelhvirkungen ausgehen, wenn diese Leitungen nicht mit anderen Infrastrukturtrassen gebiindelt werden ktinnen oder wenn diese empfindliche Freiraume (Flora und Fauna, Boden Grundwasser) durchqueren. Die h i e f i r erfordet-lichen Arbeiten sollcen daher miiglichst in vegetationsarrnen Zeiten durchgefuhrt werden. Wertvoller Obetboden sollte getrennt gelagert und wieder sachgerecht eingebaut werden, und bei den Grabungsarbeiten sollte darauf geachtet werden, dass das Grundwasserregime nicht beeintrtichtigt wird.

4.7 Nachrichtennetze Die Nachrichtenverteilung in Nachrichtwlnetzen ist irn Prinzip eine Nachrichtensammlung und -verteilung. Sie erfotgt uber die Telefonnetze (Fesmetz)und die Fernsehkabelnetze sowie in immer stirkerem Umfang durch die Mobilfunknetxe. lnmischen w i d auch der Transport ijber die Stromnetze moglich.

Teiekorwrwzr~likationsne~ze sind die f i r die Gesamtheit der flbermittlung von definierten Nachrichtenformen notwendigen technischen Einrichtungen. Sie bestehen aus Netzknoten mit Vemittlungsfunktion und aus den ijbertragungswegn aIs ,,NetzkantenN,die hier bereits in dern mite1Nachrfchtentranspofl abgehandelt wurden. Tabelle 4 6 Klassifizierungsbeispiele fur Telekommunikationsnetze Klassifizierungsaspekte der Netze

Beispiel=

Rechtliche Aspekte

nichtaffentliche Netze affentliche Netze

Dienste des Netzes

Fernsprechnett Datex-P-Netz Rundfunk- und Fernsehnetz

Art der Nachrichtensignale

analoges Netz digitales Netz Breitbandnetz

lnformationsfluss

Enformationsverteilnetse lnformationssammelnetz Dialognetre

Richtfunknetz Obertwgungsmediurn

Netsformen Mobilitat

Aufgaben und Regionalaspekte

Lichtwellenleitemetz Koaxralkabelnetz

Maschennetz Liniennets

Festnetz Mobilfunknetz Zugangsnetz Fernnetz Regionalnetz Terrestrische Metzelkosrnische

Netze

Hauptaufgabe der Netze ist das Herstellen von Verbindungen f i r die Dauer des Nachrichtenaustausches zwischtn den Beteiligten (Tabelle 4-6). Die durch Signalisiemngsinformatbn adressierten Ziele kiinnen einmal die an die Netzzugangspunkte angeschlossenen Endeinrichtungen, abes auch DienstzugInge sein. Die Vielschichrigkeit der Aufgaben, die KomplexitHt

und die VielzahI technischer L6sungen fihren zu einer Vielfalt von Klassifizierungsm8glichkeiten. Wahrend ijffentliche Netze und nichtoffentliche Netze z. B. nach rechtlichen Aspekten unterschieden werden, kann aus der Sicht der Datentechnik das FernsprechnetzfISDN, DatexL- und Datex-P-Netz sowie WAN, BreitbandffSDN usw. zusammengefasst werden, weil die zu iibertragenen Signale Datenstruktur besitzen.

Netze kbnnen aber auch nach ihrer inneren und gufleren Struktur, nach ihren ijbertragungsund Netzpararnetern oder entsprechend den rnit ihnen zu erbringenden Telekommunikationsdimsten oder weiteren mdglichen Kriterien eingeteilt werden. Das ist jeweils abhangig von der einer Betrachtung zugrunde liegenden Zielgrofle bnv. von dem Betrachtungsaspekt, Die Standorte der Netzknoten (2. B. Vermittlungsstellen, Router, Multiplexer) werden nach okonomischen und funktionellen Parametem optimiert. Die Stmktur des sie verbindenden ijbertragungsneczes ist abhangig vorn Kostenaufwand, van den Anforderungen an die Zuverllssigkeit sowie von der Anzahl der notwendigen Verbindungen. Die Gestaltung (Trassierung undloder Beschaltung) der Verbindungswege fihrt zum a

Ringnetz Sternnetz Liniennetz und Busstmktur MaschennetzlKreuzpIannetz Baumnetz.

Die Netze bestehen zur besseren funktionellen und wirtschaftlichen Erfillung der Aufgaben aus Kombinationen der Strukturen,

Vermittlungsstellen Den Kern des Telefonfesmetzes stellen Vermittlungsanlagen dar. Je nach Aufgabe gibt es unterschiedliche Typen von Vermittlungsanlagen: Die OrrsverrnirtlzrngssteiFe (OVST, VE:O) venvaltet die TeiEnehmeranschlussleitungen und vermittelt die abgehenden und ankommenden Gespriiche zu den Teilnehmern. Wier sind auch die Daten eines Teilnehmers abgelegt, wie zum Beispiel Art des Anschlusses (analog, ISDN, DSL) und vom Kunden gebuchte Services. Ebenso werden hier Gespdchsdaten zur Gebiihrenabrechnung gesammelt. Befindet sich der Gesprachspartnw nicht im Einfl ussbereich der Ortsvemittlungsstelle, so wird das GesprLh weitervermittelt fiber eine Fernvermittlungsstelle. Ortsvemittlungsstellen sind of? sternfdrmig an Fernvermittlungsstellen angesch lossen. Die Fernvesmi!rIungsstelle (FVST VE:F) sucht einen freien Sprachkanal vom anrufenden Teilnehmer zum angerufenen Teilnehmer und wieder zuriick. Haupt-Hilfsmittef sind Routingtabellen, die beinhalten, tiber welche Wege eine gewiinschte Rufnummw erreicht werden kann. Femvermittlungsstel len sind in einern Netz oft stark vermascht rniteinander verbunden. Die Vermitihmgs.~tellernit Netzia'hergangsfinktiopl (VE:AIJ leitet das Gesprtich iiber eine Verrnittlungsstelte rnit Netziibergangsfunktion weiter, wenn sich der angemfen Teilnehmer nicht im TeIefonnetz der eigenen Gesellschaft befindet. Deren Aufgabe isa es, die Gesprlichsinformationen so zu nomieren, dass sie vom anderen Netz verstanden wird. Weiterhin sammelt diese Verminlungsstelle Gespdchsdaten zur Abrechung zwischen den Netzbetreibern. NetzCiberggninge sind oft Bestandteil von Femverminlungsstellen. Die Auslandsvermit/l~~ngssteIle (YE:A) sem die Gespriichsinfmationen auf die jeweilige Norm des ZielIandes urn, da in unterschiedlichen Liindern unterschiedliche Normen Fcr das

Telefonnetz gelten. Ebenso miissen die Gesprbhe an eine Vielzaht von hertragungsmedien angpasst werden kijnnen (Glasfaser-Verbindungen?Breitband-Kupferkabel, Satellit usw.). Da nicht alle Telefongesellschaften Direktverbindungen zum Rest der Welt aufbauen kiinnen, haben AuslandsvemittIungsstellen oft auch ,,Relay-Funktion" Das heifit, sie vermitteln nicht nur Gesprache des eigenen Telefonnetzes, sondem werden auch von anderen TelefongesellschaRen genutzt. Telefongesellschaften, die anderen ihr Auslandsnetz mr Vefigung stellen, nennt man auch ,,Auslands-Carrier''.

4.7.2 Mobilfunk- und Richtfunknetze Mobilfunknetze Im Bereich des Mobilfunks wird im Prinzip das gesamte System als Netz bezeichnet. Es ist daher irn Kapite14.3 ausfihrlich beschrieben. Das Systemelement SammelnNerteilen erfolgt gerade beim Mobilfunk drahtlos, so dass hierdurch auch nur geringe Wechselwirkungen mit der baulichen Stmktur der Siediungen bestehen, zumal der intensive Netzausbau Iangst dazu gefikhrt hat, dass die Kommunikation mic Mobiltelefonen nicht nur auaerhalb der Gebiude und innerhalb der geschlossenen Siedlungsgebiete moglich kt.. Richtfunknetze Von echten Netnverken kann man m a r auch beim Richthnk sprechen, der von den Telkommunikationsgesellschaften aufgebaut wurde, dieses Netzwerk dient im Sinne der hier durchgeftihrten systemischen Betrachtung jedoch eher zum weirriiumigen Transport der Nachrichten und nicht zum sammeln und verteilen det Signale. Die Richtfunhetzt bestehen aas ortsfesten Stationen (Funkmasten oder auch Fernsehtlirmen), welche Hber Antennen verftgen, die auf jeweils benachbatze Stationen ausgerichtet sind. Entsprechend der Topographic des Gelandes oder nach dem Bedarf an den Zugriffspunkten kiifinen diese weniger als 20 krn bis zu einigen 100 km entfernt sein. Die Stationen kiinnen einfache Relais-Stationen sein oder als Ubergabepunkt des Richfinknetzes in andere Netze des Betreibers dienen, wie 2.B. Telefonnetzen. Denn Richtfunknetze wurden hauptsachlich als kostengiinstigere Alternative zu teuren ijberlandleitungen aufgebaut. Da die Stmktur hauptsachlich statisch ist und die relative gering Anzahl von Stationen allesamt unter der Hoheit des Netzbetreibers stehen, kfinnen feste Funkfrequenzen (je eine Frequenz zum Senden und Empfangen) fiir die Verbindungen zwischen den einzelnen Stationen gewghlt werden. Eine Zugriffskontrolle auf das Medium braucht auch nicht zu erfolgen, tatsiichlich sind die Funkverbindungen zwischen den Stationen permanent, 2ihnlich wie Kabel zwischen Telefanverteilern. Durch die venvendeten hohen Frequenzen ist bei den iiblichen Verfahren eine quasioptische Sicht zwischen der Sender- und Empfangsstation Voraussetzung. Zusa~zlichzur Sichtverbindung zwischen den beiden Stationen muss noch die so genannte erste Fresnelzone hi van Hindernissen sein, damit annahernd Freiraumausbreitung der Funkwellen vorherrscht. Hind m i s s e im Sichtfeld konnen nur in Ausnahmefillen hingenommen werden, wobei Zusatzdampfungen entstehen. Die Erdkriirnmung, die Gelandeform und die Flachennutzung wie Industrie und Walder sind wichtige Aspekte bei der Planung von Richthnkstrecken.

4.7.3 Raum- und Umweltwirkungen der Nachrichtenverteilung Die mBglichen Urnwelrwirkungen beim Rau der Ortsverteilungsnetze sind sehr gtrjng, da diese in der Regel irn StraRenraum zusammen mit anderen Ver- und Entsorgungsleitungen untergebracht werden. Die mbglichen Umweltwirkungen im Betrieb des Systems gehen insbesondere dann von der ,,leMen Meile" aus, wenn diese don, wie beim Mobilfunk, drahtlos iibertragen werden. Diese Wirkungen wurden hier der Nachrichtenurnwandlung, also den Sendemasten zugeordnet und sin$ daher auch dort entsprechend behandelt.

Die allgemeinen Wirkungen der Telekommunikation gnjnden sich - noch starker als bei physischen Vetkehrsmitteln - auf den Tatbestand, dass die Tndustriegesellschaf? mit ihrer Produktion fiir anonyme MSrkte schon immw eine ~nformationsgesellschaflwar, die sich vor allem aus drei lnformationssystemen zusammensetzt: ( I ) Das technisch-wissenschaflliche System erzeugt, verteilt und erhtilt Gmndlagenwissen und setzt es in anwendungsahiges h o w - h o w urn. (2) Das wirtschaftliche System so@ in der Marktwirtschaft uber die Interdependenz von Mfirkten und Preisen fhr die Koordination eines komplexen dynamischen Systems. (3) Das politisch-gesellschaftlicheSystem koordiniert die Interessen in einer werte- und interessendifferenzierten Gesellschafi, strebt den sozialen Konsens an und fdrdert Difhsionsprozesse technisch-wissenschaftlicherwie dkonomischer ~nderungen,urn durchsetzbare ,,expansive Kompromisse" zu ermoglichen. [4.15]. Als entscheidende Konsequenz der Telekommunikation wird die Erweiterung des organisatorischen Gestaltungsspielraums durch Kombination yon raurnlicher Dezentralisierung, zeitlicher Flexibilisierung und unternehmerischer Diversifikation mit rZiumlicher und betrieblicher Konzentration der Entscheidungs- und Finanzverantwortung erwartet. Gerade irn gegenwartigen Struktumandet ist damit zu rechnen, dass Telekommunikation verstiirkt zur Rationalisiemng und Flexibilisierung, zur Anpassung an Markttrends und Erteichterung von Kooperation sowie zum weltweiten Zugang zu Absatz-, Beschafings- und FinanzmSirkten eingesetzt wird. Dies wiederum kann rnit einer Urnorganisation unserer noch immer zentrenorientierten Grofiballungen zu Stadt-Land-Verbiinden mit selbststandigeren kleineren Subzentren (,,Binnenverkehrsvierteln", ,,StadtdfirfernW)verbunden sein, die rnit der Telekommunikation als Erwerbs- und Fernverkehrsbasis - intern kune Wege und darnit unrnotorisierten Verkehr beanstigen. Fiir Iiindliche Rdume wlire sowohE eine Differenzierung der ehemals intensiv landwirtschaftlich genutzten Fliichen zu parkghnlicheren ,,siidenglischen" VerhIltnissen als auch das Entstehen weitgehend menschenleerer naturnaher Riickzugsraume zu envarten.

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5 Wasserversorgung

El versorgung

Es wird die qfeniiiche Wasserversorgung bewachtet, die dann vorliegt, wenn andere nicht nur voriibergehend und in einem nicht nur untergeordneten Umfang rnit Trink- oder Brauchwasser versorgt werden. Die Rechrsform des Versorgungsrr8gers kann dabei ein iiffentlicher Trager, z.B. eine Gemeinde, eine Stadt, ein Landkreis, ein Zweckverband, ein Wasser- und Bodenverband sein. Unerheblich ist es dabei, oh die Belieferung mit Wasser aufgrund bffentlichen oder privaten Rechts erfolgt, wenn andere Personen in einer dauerhafi gesicherten und zuverliissigen Weise rnit Trink- oder Brauchwasser beliefert werden.

5.1 Wassenrersorgrrng als System 5.1.l Systemeigenschaften der Wasserversorgung Das System der Wasserversorgung dient dam, den Bedarf der Haushalte sowie der gewerblichen und industriellen Nachfrager nach Trink- und Brauchwasser zu decken (siehe Bild 5-1 $. D m wird ats @4elle im System die natiirliche Ressource Wasser venvendet, die zunachst in Form von Rohwasser aus dem natiirlichen Wasserheislauf entnommen und anschliel3end, je nach Erfordernis, durch Behandlung zu Ttink- ader Brauchwasser im Sinne der Systernbetrachtung ,,umgewandelt" wird. Der Bedarf stelit die Senke im System Wasserversorgung dar. Die Siedlungen, in denen der Wasserbedarf gedeckt wird, stellen anschlieaend wiederum die Quelle f i r das System Abwasserentsorgung dar, denn ,,verbrauchtd (getrunken, verdunstet) wird im System nur ein sehr geringer Anteil des Wassers.

>:

Quelle

I

natiirl. Wasserworkommen Oberflachen-,

Grund-, Regen-

->

Was~er~e~orglJng

Umwandeln Transportieren

Senke

Wasserbedalf

Verteilen

Haushalt, Hauptleitung,

aufbereitung, FernwasserDruckhaltung, leitung Speicherung

I

Orts-

Kleinverbraucher

wassernetz

Gewerbe

Eild 5-1 Systemkomponenten des Systems Wasserversorgung

lndustrie

Ijff. Einrichtungen

Da diese Ressourcen in der Regel nicht fliichendeckend an den Orten des Bedarfes aufireten und auch meist nicht rnit den entsprechenden physikalischen Eigenschafien (Druck) vorliegen, ist f i r deren Nutzung ein umfangreiches System erforderlich, das aus Anlagen zur Urnwandlung, zum Transport sowie zur Verteilung des Wassers besteht. Neben dern technischen Versorgungssystem kommt bei der Planung neuer und bei der Weiterentwicklung bestehender Systerne der Wasserversorgung auch der wirtschafklich-rechtlichen Organisationsform (Netzund Anlagenbetreiber, Kunden, Politik, Staat, Kommunen, Verblnde, Gesetze, Normen, Verk2ge etc.) eine immer grijfiere Bedeutung zu. Unter der Wasserversorgung werden hier aEle Einrichtungen und Anlagen mr leitungsgebundenen Versorgung des Siedlungen rnit der natiirlichen Ressource Wasser als Tsink- und Nutzwasser verstanden. Nicht hinzugerechnet werden hier die Systeme zur Wasserversorgung der Landwinschaft, also zur Bewbserung der Freidume - obwohI hier fast 60 % der Wasserressourcen eingesetzt werden [5.1]. Die in diesem Bereich zum Einsatz kommenden Systeme gehiSren in der Regel auch nicht zur irffentlichen Wasserversorgung, sondem werden von den landwirtschafilichen Betrieben selbst betrieben

f

Quell-

\

rr""

I I

Indus-

I

Siedlung

flachenwasser

. . .. ......> .. ................. . .. .'......'.....' m........

Versickerung Abwasser

Grundwasser Bild 5-2 Elernente des Systems Wasserversorgung

In diesem System Wasserversorgung fliefit Wasset aus unterschiedlichen Quellen rnit einer bestimmten Qualitat (in Deutschland in der Trinkwasserverordnung definiert) und einer bestimmten Quantittit (ms/h oder Ws)zu den Verbrauchern. Dazu muss das Quellwasser gefasst und das Oberflachen- oder das Grundwasser gegebenenfalls aufbereitet werden. Urn die Distanz zwischen dern Aufiomrnen und dem Bedarf zu iibenvinden, wird das Wasser im System gefiirdert, im Sinne der hier vorgenornmenen Systernatik transportiert, nuf einen bestirnmten

Druck gebracht und zwischengespeichert, urn schliefllich unabhangig vom Dargebot jederzeit bei den Verbrauchem vcrftigbar zu sein. Genutztes Wasser wird anschlienend zu Abwasser oder es versickert oder verdunstet vor Ort (Bild 5-2). Unter Trinkwasser versteht man Sufiwasser rnit einem hohen Ma13 an Reinheit, das f i r den menschlichen Gebrauch geeignet ist. Zudem miissen technische Anforderungen (Aggressivit5it gegen Rohrleitungen, Vermeidung von Ablagerungen) gewlhrleistet sein. Die Grenzwerte, die es erlauben, ein Wasser als Trinkwasser freizugeben, sind gesetzlich vorgegeben und am Gedanken der Gesundheitsvorsorge orientiert. In Deutschland wird die Beschaffenheit des Trinkwassers durch die Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2001 ) [5.2] geregelt: Im Trinkwasser diirfen keine krankrnachenden (pathogenen) Keime enthalten sein, das Wasser muss geruch- und farblos sowie appetitlich sein und von seiner Natur her m m Genuss anregen. Ebenso sollte ein Mindestmaa an Mineralien vorhanden sein. Die haufigsten Mineralien, die von Wasser aufgelost werden, sind Calcium- und Magnesiumcarbonate sowie die Sulfate dieser MetaIle. Deren Konzentrationen werden als Harre (deutsche HMe) des Wassers angegeben. N~ltmasser(oft auch als Brattchwasser bezeichnet) ist Wasser, das f i r technische, gewerbliche ader landwirtschaftliche Anwendungen dient. Nutzwasser ist nicht wie Trinkwasser f i r den menschlichen Genuss vorgesehen, sollte jedoch einer gewissen Mindesthygiene entsprechen. In jedem Fall muss es den technologischen Anfordemngen des jeweiligen Prozesses geniigen. Gettennte Nutz- und Trinkwassmersorgungen sind insbesondere in der Industrie ublich. Im kommunalen Bereich ist die vom Trinkwasser getrennte Nutzwasserversorgung noch selten. Eine besondere Stellung nehmen Miner~l~ua,rser und Heilwasser tin. Nattirliches Mineralwasser hat seinen Ursprung in unterirdischen, vor Verunreinigungen geschiitzten Wasservoskomrnen und muss direkt am Quellort abgefilh werden. Die Mineralien und Spurenelemente, die Mineralwasser beim DurchflieBen des Gesteins aufnimmt, rnachen es physiologisch wirksam rnit einem positiven Einfluss auf den Organismus. In der Mineral- und Tafelwasserverordnung (MTVO) [5.3] ist festgelegt, unter welchen Bedingungen sich ein Mineralwasser so nennen darf, was auf dem Etikett zu stehen hat, wit es verpackt sein muss. Natiirliche Heilwasser sind das klassische Naturheilrnittel und unterliegen der amtlichen Zutassung. Sie werden aus einer oder mehreren Entnahmestelten (Heitquellen), die natiirlich zutage treten oder kiinstlich erschlossen sind, gewonnen. Ihre Ortsbindung erfillen natiirliche HeilwBsser durch ihre unmittelbare Gewinnung und Anwendung am Quellort. Ein Transport des Heilwassers zu kurortmedizinischer Nutzung 2.B. in Tankwagen ist unzul3ssig.

Eint wichtige Funktion kommt dem L~schwasserzu, das ebenfalls von der Wasserversorgung bereitgestellt wird. Hierm wird auch in Gebieten mir geringern Wasserbedarf und einem geringen Wasserdruck eine Mindestwassermenge bzw. ein Mindestdruck irn Leitungssystem bereitgehalten. Dariiber hinaus dienen in den Siedlungsflachen offentlich zugangliche Hydratltelr zur Versorgung nit Loschwasse~. Die Gemeinden stellen irn Rahmen ihrer Trink- und Brauchwasserversorgung in dichten AbstZinden Wasserenmahmestellen in Form von Hydranten zur Verfugung. Urn im Brandfajl eine ausreichende Wasserreserve zu erhalten werden die Zistemen mit speziellen Kammem ausgeriistet, die nur im Brandfall als Notfallreserve geoffnet werden. Die AbstZinde zwischen den Hydranten richten sich nach der Art der Bebauung.

Ungefdhre Richtwerte sind:

* *

Gesch$iftsstraflenund Tndustriegebiete: 100 m Geschlossene Wohngebiete: 120 rn

Offene Wohngebiete: 140 m. Bei griineren Industriebetrieben sind Hydranten auch auf dern Werksgelhde, in entsprechenden Abst5nden vorzusehen. Die von der Feuenvehr zu erwartende Wassemenge, die ein Hydrant liefern kann, hangt vom Durchmesser und dem Wasserdruck der Wasswleitung, sowie von der Verlegung der Wasserleitungen (Ringleihtng oder Verbtelungsleitung) ab.

5.4.2 Regelungsmijglichkeiten im System Wassewersorgung Das System Wasserversorgung dient zum einen dazu, Distanxen zu iibenvinden und Siedlungen und Einzeiverbraucher in Wassermangelgebieten mit Wasser aus Ubersch~ss~ebieten zu versosgen. Zum anderen kann innerhalb der Systerne Wasser gespeichert werden, so dass auch zeitliche Schwankungen im Dargebot ode^ in der Nachfrage ausgegIichen werden kennen. Damit sind auch die Regelungsmoglichkeiten in den Versorgungssystemen gekennzeichnet. In dem System fliel3r im eigentlichen Wortsinn Wasser, das nicht nur eine definierte Qualittit aufweisen muss, sondem das auch zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort verfGgbar sein muss.

Grol3e komplexe Systeme der Wasserversorgmg weisen eine bessere Rege!ungsrnBglichkeit auf als kleine einfache Systeme. DeshaIb sind die Bestrebungen zur Dezentralisierung und zum Riickbau von gewachsenen Strukturen im Bereich der Wasserversorgung so gut wie nicht zu beobachten. Im Gegenteil, die bestehenden Systeme wachsen weiter und bieten sornit eine hohe Versorgungssicherheit und eine gute Anpassungsrn6glichkeit an Vetandenmgen sowohl irn Bereich des Dargebots (Wasserressourcen) als auch irn Bereich des Wasserbedarfs der Siedlungen. Die Regelungsrnoglichkeit beginnt daher bereits beirn Ausbau des Systems und beschrankt sich nicht nur auf den Betrieb der Netze. Damit sollte verhindert werden, dass gesamte Regionen die Versorgungsfunktion einzelner Verdichtungsraume iibernehmen und dabei ihre Leistungsftihigkeit Cberschreiten. Grundwassemodelle k6nnen dabei helfen, z.B. Gebsudeschgden, Waldsterben oder die Zerstorung von Feuchtbiotopen in den Wasserentnahmegebieten zu vermeiden. Auch der Wasserbedarf lasst sich in gewissem Umfang durch sparen ,,regelna.

5.2 Grundllagen zum System Wasserversorgung 5.2.1 Physikalische MaBeinheiten und technische Ertauterungen Physikalische Maneinheiten

Das Liter (nach DIN 1301 wurde der sachliche Artikel festgeiegz!) ist die physikalische Maneinheit fdr das Yolumen (FomeFzeichen V). Es wird durch das Einheitenzeichen ,,I" symbolisiert. W e g n der hiufigen Venvechslung rnit der ZahI ,,I" ist seit 1979 von der Generalkonferenz f i r Ma13 und Gewicht auch der in England oder Frankreich verwendete Groflbuchstabe ,,Y zugelassen. Die SI-Einheit firr das Volumen ist der Kubikmeter (m3). Ein Liter entspricht einem Kubikdezimeter (dm3) bzw. einem Tausendstel Kubikmeter (1 L = 0,001 m3). Die ST-Einheit des Drrrckes ist das Pascal rnit dem Einheitenzeichen ,,Pa6'. Ein Pascal entspricht einem Druck von einem Newton pro Quadratmeter: 1 Pascal(Pa)= 1 N / m 2 =I k g I r n s 2

Andere teilweise noch im Bereich der Wasserversorgung zu findende, aber nicht mehr zullssige Druckeinheiten sind: 1 Meter Wassersaule (mWS) = 0,I at = 9,807 kPa I Technische Amosphtire (at) = 1 kplcmZ= ca. 98069 Pa 1 Bar (bar) = 10' N/mZ= 1$ Pa, Bereits 1980 wurde das Bar zwsamrnen mit der Maneinheit physikalische Atmosphure ( h r z atm) in ganz Deutschland als Maneinheit f i r den Dmck durch das Pascal abgeliist. Gemtin der EG-Richtlinie 80118 IJEWG darf die Einheit Bar jedoch weiterhin verwendet werden. Gerade irn Bereich der Wasserversorgung ist dies noch iiblich. In den technischen Regeln (W 403) wurde festgelegt, dass der Wassewersorger (bei Neubaugebieten) einen bestimmten Wasserdruck zu liefern hat. Dieser Mindestwasserdruck betriigt 2 bar fur Gebiiude mit Erdgeschoss. Pro Etage werden 0,50 bar hinzugerechnet. Bei historisch gewachsenen Gebieten betrzgt der Mindestwasserdruck ebenfalls 2 bar fUr GebtIude mit Erdgeschoss. Pro Etage werden 0,35 bar hinzugetechnet. Oberhalb von Hochbehaltem und unrnittelbar unterhalb von Hochbehaltem kann dieser Druck nicht eingehalten werden. Der Verhraucher (Kunde) hat sich dann eine DruckcrhBhungsanIage einmbauen. Zu Nennweiten und Dmcksrufen von Rohrleitungen siehe auch Kapitel3.1.2. Technische Erliuterungen Bei der Planung von Wasserversorgungssystemm ist es erforderlich, neben dem Enhvurf des Versorgungssystems f i r dieses die erforderlichen Leitungsquerschnitte m bestimmen, urn das Versorgungsgebiet rnit einer ausreichenden Wassermenge zu versorgen. Der Durchfluss im System ist neben dem Leitungsquerschnitt auch von dem Wasserdruck abhtingig. der sich aus der geodatischen Hohe der Leitung und aus der im System evenmell instaifierten Pumpleistung ergibt. Die nachfolgenden technischen Erl9uterungen geben einen herblick iiber die wichtigsten hierbei venvendeten Begriffe, iiber die Vorgehensweise und die Berechnungsmoglichkeiten, die sich in diesern Arbeitsfeld fur den Fachingenieur ergeben.

- Pumpenkennlinie Die Kennlinie einer Pumpe (in der Wasserversorgung werden meist Kreiselpumpen venvendet) stellt den funktionah Zusamrnenhang zwischen dem Wasser-FGrderstrom (Q) und der Forderhohe (H) dar (siehe Bild 5-3). Herstellerkataloge rnit unterschiedlichen Pumpen und Drehzahlen geben diesen Zusammenhang als ,,QH-Kurve" an (2.B. in 15-41.

HCml

Betriebspunkt (BP)

A Pumpenkenniinie

................................

I 1 1.......................... 1 1 I

Qmax

T

t ,h

Q[Lls]

Bild 5-3 Ermittlung des Ftirderstroms im Betriebspunkt eines Wasserversorgungssysterns

- Rohrkennlinie Die Rohrkennlinie stellt die Rohrreibungsverluste (H,) in Abhlngigkeit von der Flirdermenge (Q) dar. Die Ermittlung und Konstruktion einer Rohrkenntinie kann firr eine Rohrleitung mit definiertern Durchmesser (D) und definierter Lange (L)z.B. mit Hilfe des Widwstandsgesetzes nach Darcy erfolgen.

- Kontinuitiitsgesetz (Gesetz von der Erhaltung der Masse) Es dient zur Ermittlung der Nennweiten der Rohre. Das Produkt aus Querschnitt (A) und Ftieflgeschwindigkeit (v) bleibt gleich, das heifit, dass sich z.B. bei verengendem Querschnitt einer Wasserleitung (inkompressible Fliissigkeit) die Str~mungsgeschwindigkeit entsprechend erhoht (,,Venturi-Effekt"). - Bernoulli-Gleichung Mit ihr IZisst sich die Energiehlihe firr eine stationitre Strfirnung berechnen. Stationare Verhaltnisse liegen vor, wenn Volumenstrorn und Fliel3geschwindigkeit keinwlei zeitlicher Vergnindenmg unterIiegen. Daniel Bernoulli entdeckte die Beziehung zwischen der Flieflgeschwindigkeit einer Fliissigkeit und deren Dmck. Er fand hetaus, dass in einem stternenden Fluid, z.B. Wasser, ein Geschwindigkeitsanstieg von einem Druckabfall begleitet ist. In einem durchstrfimten Rohr seta sich die in einem Flilssigkeitsteilchen enthaltene Ertergie aus

drei Bestandteilen zusammen: der geodiitischen Hohe (z), der Druckhohe (ply) und der Geschwindigkeitshahe (v2/2g).Die Summe nennt man die Energiehiihe (H). Energielinie

-

Tatsachlich gibt es keine verlustfreie Strijrnung und somit auch keine konstante Energiehohe entlang eines Flieflvorganges. Die Energiehbhe lIsst sich in Form der Energielinie darstelren, deren Neigung von den Fliel3verlusten (Energieverbrauch wghrend des Fliel3vorganges) abhartgig ist.

- Darcy-Weisbach-Beziehung Diese dient in der Rohrhydmulik zur Enmittlung des Reibungsverlustes, der sich 2.B. in einer durchstrtimten Wasserleitung ergibt. Mit ihr klinnen mit Hitfe eints Widerstandsbeiwertes (A) die Verluste durch Rohrreibung (welche einen Druck- und Energieverlust bedeuten) auf der gegebenen Llinge eines Rohres berechnet werden. Dieser Widerstandsbeiwert kann 2.B. (fdr einen bestimmten Flieflmstand) iiber die Colebrook-White-Beziehung in Abhgngigkeit von der Rauheit des Rohres und dem Rohrdurchmesser berechnet werden. Entscheidend ist hierbei die Festlegung der Rauhigkeitsbeiwerte k, die bei Haupt- und Zubringerleitungen bei k = 0, I mrn und bei Versergungsleitungen bei k = 0,4 mrn liegen.

5.2.2 Rechtliche Grundlagen In Deutschland ist die Gesetzgebungskompetenz f i r das Wasserrecht zwischen Bund und LBndern aufgeteilt. Der Bund besitzt lediglich die Kompetenz f i r die Rahmengesetzgebung, im dbrigen ist das Wasserrecht Lsndersache. Deswegen gibt es kein ,,Bundeswassergesefz", sondern das Wasserhaushaltsgesetz als Rahmengesetz des Bundes und Wassergesetze der Lander, die alle den Vorgaben der europtiischen Wasserrahmenrichflinieentsprechen mllssen. Die Lander koordinieren ihre Wassetpolitik im Rahrnen der LanderarbeitsgmeinschaftWasser [LAWA). Neben dern Wasserhaushaltsrecht gibt es noch das Wassetwegerecht. Im Jahre 1953 wurde das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) [5.5] als Rahmengesetz des Bundes f i r das Gebiet der damaligen Bundesrepublik in KraR gesetzt. In der ehemaligen DDR wurde erst 1963 ein eigenes Wassergesetz verabschiedet, bis dahin galt die Gesetzgebung von 1913. Die am 1, Januar 2003 in Krafi getretene novellierte Fassung des Wasserhnushaltsgesetzes stellt die Umsetzung der EG-Richtlinie her die QtraiitLit von Wa,~.~er fiir den rnenschlichen Gebraz~ch(98/83/EG) in nationales Recht dar [5.6].

Wasserhaushaltsgesetz(WHG) Das Geserz zur Ordnung des Wa.$serhaushalfs(Wasserhaushaltsgesetz - W G ) [5.5] tiif33 als Rahmengesetz des Bundes grundlegende Bestimmungen iiber die Gewiisserbewirtschaftung (Wassemengm- und Wassergutewirtschafi). Es schreibt vor, die GewLsser a4s Bestandteil des Naturhaushattes und als Lebensraum fiir Tiere und P f l a n m zu sichem und so zu bewirtschaften, dass sie dem Wohl der Allgemeinheit und im Einklang mit ihm auch dern Nutzen Einzelner dienen und dass vermeidbare Seeintrgchtigungen lhrer likologischen Funktionen unterbleiben (Vorsorgeprinzip). Dabei ist ein hohes Schutzniveau f i r die Urnwelt insgesamt m gewahrleisten (integierter Umwe t tschua). Die Gewasser (oberirdische Binnengewbser, Kiistengewasser und das Gmndwasser) werden grundstitzlich vom Staat bewirtschaflet. Gewasserbenutzungen (2.B. das Einleiten von Scoffen oder die Entnahme von Wasser) bediirfen, von weniger bedeutenden Ausnahmefallen

abgesehen, einer beh&dlichen ZuFassung. Damit sollen Beeintrachtigungen des Wasserhaushalts verhindert und ein vorsorgender Gewbserschutz durchgesetzt werden. Infektionsschutzgesetx(lfSG)

Durch das Infektionsschurzgesetz (TRG) r5.7.j wurde 2001 das bis dahin geltende Bundesseuchengesetz abgelast. Es entl~lltin den 46 37 bis 41 Vorschriften iiber die Beschaffenlteit von Wasser f i r den menschlichen Gebrauch, Schwimm- und Badebeckenwasser sowie Abwasser, Die mangeblichen Anforderungen an die Giite des Trinkwassers finden sich in 4 37 Abs. I TBG Danach muss Wasser filr den menschlichen Gebrauch so beschaffen sein, dass durch seinen Genuss odw Gebrauch eine Schadigung der menschlichen Gesundheit, insbesondere durch Krankheitserreger, nicht zu befirchten ist. 41 IfSG enthalt Hygieneanfordemngen an die Beseitigung kornmunalen Abwassers. Danach haben die Abwasserbeseitiyngspflichtigen, also in der Regel Gemeinden oder Gemeindeverbande, darauf hinzuwirken, dass Abwasser so beseitigt wird, dass keine Gefahren f~Irdie menschliche Gesundheit durch Krankheitserreger entstehen [5.7].

Trin kwasserverordnung (TrinkwV) Auf der Grundlag des Infektionsschutzgesetzessowie des Lebensmittel- und BedarFsgegenstandegsetzes (LMBG) wurde die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) [5.2] erlassen, die zupleich der Umsetzung der EG-Trinkwasserrichtliniedient. In ihr sind spezielle Anforderungen an die Beschaffenheit des Trinkwassers und die des Wassers fiir Lebensmittelbetriebe sowie m die Trinkwasseraufbereitung festgeschrieben. Die Trinkwasserverordnung enth6lt Bestimmungen fiber die Beschaffenheit des Trinkwassers, die Pflichten des Betreibers einer Wasserversorgungsanlage und die Ubenvachung des Betseibers durch Gesundheitsiintter in hygienischer Hinsicht. AuBerdem sind in der Verordnung Grenzwerte f i r gesundheitssch3dliche Stoffe (z.B. f i r Schwermetalle, Nitrat, organische Verbindungen) und Krankheitserreger sowie der Wmfang und die Hgufigkeit der Untersuchungen festgeschrieben. Die Grennverte f i r diese Stoffe entsprechen der EG-Trinkwasserrichtlinie und sind so festgelegt, dass bei lebenslanger Auhahme keine schadlichen Folgen m m a r t e n sind. Die Trinkwasserverordnung regelt die Qualitlt von Wasser f i r den menschlichen Gebrauch. Sie gilt nicht fcr natfirliches Mineralwasser im Sinne des 9 2 der Mineral- und Tafelwasserverordnung (zuletzt geiindert 2001) und nicht f i r Heilwasser im Sinne des Ij 2 Abs. 1 des Arzneimittelgesetzes. Die maagebliche EG-Trinkwassemichtlinie vorn 3. November 1948 wird durch eine novellierte Trinkwasserverordnung umgeseta, deren Zweck es ist, ,,die menschliche Gesundheit vor den nachteiligen Einfliissen, die sich aus der Verunreinigung von Wasser ergeben, das fir den menschlichen Gebmuch bestimmt ist, durch Gewahrleistung seiner Genusstauglichkeit und Reinheit . .. zu schutzen" (fi I TrinkwV). Die allgemeinen Anforderungen der Trinkwasserverordnung, ( 5 4 TrinkwY) sind die Ereiheit von Krankheitserregern, Genusstauglichkeit und Reinheit. Sie gelten als erfillt, wenn die allgemein anerkannten Regeln der Technik und die Anforderungen der $5 5 bis 7 eingehalten werden: Hinsichtlich der mikrobiologischen Anforderungen ( 5 5) gilt als Grundanforderung, dass keine Krankheitserreger in solchen Konzentmtionen irn Wasser enthalten sind, die eine Gesundheitsschiidigung erwarten Iassen. Grenzwerte f i r Wasser f i r den menschlichen Gebrauch sind in Anlage 1 Teil I der Verordnung aufgefdhrt. Es gilt ein Aufhereirungsgebor. Dies be-

ggf. unter Einschluss einer Desinfektion. wenn hinsichtlich mikrobieller Rohwasserbelastungen Tatsachen festgestellt werden, die zum Auftreten einw iibertragbaren Krankheit ftihren kiinnen. Das Desi~fektioplsgeborist die Verpflichtung zum Vorhalten einer DesinfektionskapazitZit irn Netz, wenn die mikrobiologischen Anforderungen anders n icht eingehalten werden kiinnen. deutet eine Verpflichtung zur Aurfbereitung,

Hinsichtlich chemischer A~forderungen( 8 6) gilt als Grundfordenmg, dass keine chemischen Stoffe in Konzentrationen im Wasser enthaIten sind, die eine Gesundheitsschiidigung befurchten lassen. Grenzwerte f i r bestimmte Parameter sind in Antage 2 enthalten. Auch hier gilt das Minimierungsgebot mit Bezug auf die allgemein anerkannten Regeln der Technik f i r Stoffe, die das Wasser verunreinigen oder nachteilig beeinflussen.

Die Yerordnung uber RoPlrfernlei~ngsa~dagen von.2002, zuletzt geartdert 2006, legt f i r Roh-fernleitungsanlagen, die nach 9 20 Abs. P oder 2 des Gesetzes uber die UrnweltvertrZglichkeitsprlifung einer PIanfeststellung oder Plangenehmigung bedilrfen, Anforderungen fest, die dazu dienen, den Menschen und die Umwelt, insbesondere auch Gewbser vor schadlichen Einwirkungen zu schiitzen. Das Wassesrecht der BundeslHnder

Die wasserrechtlichen Regelungen der Liinder (Landeswassergesetze und verschiedene Rechtsverordnungen) enthalten bedeutsame Vorschriften, die das Bundesrecht ausfiihren oder ergtinzen. Schliealich kijnnen auch die Kornmunen irn Rahmen ihrer Satzungshoheit verbindliche Vorschriften erlassen, insbesondere den Anschluss an kommunale Wasswversorgungsanlagen und die Erhebung kostendeckender Abgaben regeln. Nach dem Landesrecht der meisten Bundeslander wird f i r die Wasserenmahme ein Entgelt erhoben. Zahlungspflichtig ist derjenige, der das Wasser (Grundwasser, teilweise auch Oberflkhenwasser) entnimmt, im Falle der irffentlichen Wasserversorgung also das Versorgungsuntemehmen, das die Kosten an die Verbraucher weitergibt. Zweck des Wasserenmahmeentgetts ist es, Wasserentnahmen zu verringern und so die zur Enmahme genutaen Wasserkorper zu schonen. Das Aufkommen der Wassermtnahmeengelte wird hHufig RIr Maanahmen des GewSlsserschutzes verwendet. Teitweise ist die Zweckbindung des Wasserentnahmeentgelts landesrechtlich ausdriicklich vorgeschrieben. Unter dem Begriff Integration wird die Aufnahme oder EinfGgung in ein Ubergeordnetes Ganzes verstanden. Nach jahrzehntelangen, zum Teil durchaus erfolgreichen punktuellen Ansatzen, die Gewasserbelastungen zu reduzieren, liegen nunmehr geniigend Kenntnisse und Instrumente vor, die Gewiisser integriert, d. h. umfassend zu beplanen und zu bewirtschafien [5.8].

5.3 Wasserversorgung in Derrtschland 5.3.1 Geschichte der Wasserversorgungssysteme Das ausreichende Vorkommen von Siil3wasser spielte bei der Wahl des Ansiedlungsortes schon immer eine wesentliche Rolle, Pflanzenanbau konnte zungchst nus dort betrieben werden, wo ausreichend Regen f i r das Pflanzenwachstum fie1 oder aus anderen Griinden eine hohe nattirliche Bodenfeuchtigkeit vorlag Andere SSBwasserressourcen mussten also nur f i r die Trinkwasserversorgungvon Menschen und Haustieren in ausreichender Menge verfugbar sein. Genutzt wurden anfdnglieh Quellen und Oberflachengewiisser, aber auch Grundwasser, das durch Brunnen crschZossen wurde. In Wassennangelgebieten entstanden friih Speicheranlagen, die eine Wasserversorgung in trockenen Jahreszeiten sicherstellen sollten. Mit steigender Bevolkerungszahl, fortschreitender Industrialisierung und sich vergndernden technischen Mdglichkeiten voIlzogen sich iiber die letzten Jahrhunderte urnfangreiche Wandlungen in der Trinkwassewersotgung. Inshesondere in den verdichteten Siedlungsbereichen entstanden komplexe Wasserversorgungssysreme als wesentlicher Beseandteil der stadttechnischen Infrasmktur. Die Beispiele der Sttidte Hamburg und Frankfurt zeigen exemplarisch die Entwicklung auf, die sich ab Mitte des 19. Jahrhunderts zunachst in den deutschen Groastadten und dann anschliel3end in den Mittel- und Kleinstadten sowie in den Iiindlichen Regionen vollzogen haben : In Harnbzrrg [5.9] fihrte der groBe Brand im Jahre 1842 bereits sehr frSIh zu Verbesserungen in der Wasserversorgung. MalRgeblichen Anted hatte daran der Englander William Lindley (1808-1900), dessen Plane zur Errichtung eines neuen Leitungsnetzes sowie eines Sielsystems zur Schwemmkanalisation realisiert wurden. Das Trinkwasser fiir das Leitungsnetz wurde seinerzeit durch groae Ablagerungsbecken nur unzureichend geklW. Eine von Lindley f i r notwendig behndene Sandfiltrationsanlage wurde zuniichst aber von den zustandigen Behorden nur eine geringe Prioritat eingerliumt. Man diskutierte zuniichst die Moglichlceit der Sicherstellung der Hamburger Wasserversorgung durch Quellwasser aus dem Ham sowie die Probteme einer 'Srennung von Trink- und Verbrauchswasser und auch die Notwendigkeit einer Sandfiltration des Elbwassers. Die Hamburger Cholera-Epidemie im J a k e 1892 forderte ijber 8500 Tote, denn rnit d m Bau der geplanten Filtrationsanlage wurde erst 1891 begonnen. Das benachbarte Altona, das bereits eine Sandfltrationsanlage in Betrieb hatte, blieb weitgehend von der Epidemie verschont.

In Fraplkfirrt [5.10] wurde angesichts der geringen Leistung der Gffentlichen Brunnen und der unhygienischen Hausbrunnen zwischen 1828 und 1834 eine zentrale Wasserversorgung geschaffen. Von Feldern am Stadtrand fihrten zwei Leitungen aus dern Urnland in die Stadt, ein Rohrnetz versorgte die Haushaltungen in den Siedlungsgebieten. Das System reichte allerdings schon bald nicht mehr aus, so dass 1856 weirere Quellen erschlossen, ein Mainwasserpumpwerk errichtet und 1865 ein zusatzlicher Schachtbrunnen angelegt wurden. Den zunehmend steigenden Wasserbedarf konnte aber erst die 66 km lange Quellwasserleitung vom Riedbachtal im Voplsberg tiisen, die 1873 eingeweiht und schon 1876 urn eine weitere LeiSung aus dern Spessart erganzt wurde. Schliefllich wurde auch das Grundwasser im Stadtwald

erschlossen. Zwischen 1885 und 1912 entstanden rnehrere weitere Pumpwerke. In d m 2Oer und 30er Jahren des 20. Jahrhunderts beschtiftigten sich dann die stgdtischen Gremien rnit dem Ausbau des Pumpwerks Hattwsheirn am Main, am siidwestlichen Stadtrand, das schliel3lich zur leistungsst3rksten Gewinnungsanlage Frankfurts ausgebaut wurde. Im Rahmen des Wiederaufbaus und der Neubauptojekte wurde 1947 bis 49 am hochsten Punkt der Stadt ein neuer Hochbehalter errichter und 1947 mit Vorarbeiten fur zehn neue Brunnen (Schwanheimer WaFd) begonnen, die bis 1957 ausgefiihrt wurden. Es schloss sich 1948 bis 1950 ein Brunnenneubau (im Gebiet des Hofguts Monchhof) an.

In der 50er Jahren erfolgten zahlreiche Esweiterungen der auf stiidtischem GelHnde liegenden Pumpwerke sowie der Ausbau weiterer Quellen im entfernten Kinzigtal. Die Grundwasservorkommen in det ngheren Umgebung Frankfurts waren schliefllich erschfipft, so dass ab 1955 zunachst die kiinstliche Grundwasseranreicherung rnit aufbereitetem Flusswasser vorangetrieben wurde. Zusatzlich wurden intensive Verbindungen zu auswartigen Wasserverblinden aufgenommen, vor allem im hessischen Ried, yon wo Frankfurt seit 1965 und 1968 Wasser bezog. Auflerdem grijndete die Stadt Frankfurt 1963 rnit mehreren benachbarten Kreisen einen Wasserverband (Kinzig).

5.3.2 Aktuelle Situation der Wassewersergung Anschlussgrad und Wasserabgabe Der Anschlussgrad der Bevolkerung an die offentliche Wasserversorgung betmg im Jahr 2001 in Deutschland 99 Prozent. Diese Quote erlaubt eine ErmittIung des Pro-KopfVerbrauchs an Trinkwasser pro Einwohner und Tag. Gegenuber einern gernittelten Wasserverbrauch von 147 Liter pro Einwohner und Tag im Jahr 1990 sank diese Kennziffer auf 127 Liter irn Jahr 2001. Dabei gibt es erhebliche regionale Unterschiede: der MaximaIwert lie@ bei 152 L/(E*d) in Schleswig-Holstein und der Minimalwert betrilg 87 L/(E*d) in Thiiringen [5.11].

Die Wasserabgabe an Lemerbraucher ging zwischen 1990 und 2001 urn rd. 15 Prozent zuriick. Im gleichen Zeitraum gelang es den Wasserversorgungsuntwnehmen, die 2.B. durch Rohrbrtiche und Undichtigkeiten hervorgerufenen Wasserverluste spiirbar zu reduzieren. h Jahr 1998 betrugen die Wasserverluste noch 600 Mio. m3, bis 2001 gingen diese Verluste bis auf ca. 530 Mie. rn3 zurijck. Von der oflentlichen Wasserversorgung werden jahrlich ca. 1 Mrd. rn3 Wasser an die lndustrie und gewerbliche Unternehmen abgegeben, dies entspricht ca. 20 Pnzent der gesamten Wasserabgabe. Mit 80 Prozent ist der Bereich Haushalte und Kleingewerbe der griiflte Wasserverbraucher, wobei die Differenzierung beider Bereiche aus messtechnischen Griinden vielfach nicht rnoglich ist. Nach [5.1 I ] liegt der Verbrauch im Kleingewerbe bei durchschnittlich 9 Prozent der abgegebenen Menge, Diese entsprechen einer Wassermenge von 11 LI(E*d). Private Haushalte verbrauchen demnach im Bundesdurchschnitt ca. 1 16 U(E*d). Die Wasserversorgungswiftschaftr5.111 Die affentliche Wasserversorgung wrde 2001 in Deutschland von insgesamt 4 560 Unternehmen (darunter 5 260 Unternehmen mit Eigengewinnung) getragen, die zur Gewinnung von Trinkwasser iibenviegend Grund- und Quellwasser nutzen (74 %). Der Rest des Wasserbedarfs wird aus Oberfl9chenwasser und Uferfiltrat gedeckt. Es kBnnen irn Wesentlichen vier Betriebsformen unterschieden werden:

Regiebetrieb: Betrieb durch Gemeinde im Rahmen der allgemeinen Gemeindevetwaltung. Eigenbetrieb: Betrieb durch Gemeinde als Sondervermogen mit eigenstiindiger Buchfiihrung. Eigengesellschafi: Unternehmen in privater Rechtsforrn in der Hand der Gemeinde.

* Betreibermodell: &magung

des Anlagenhetriebes auf einen privaten Unternehrner, wobei die Verantwortung f i r die Aufgabenerfillung bei der Gerneinde verbleibt.

tn der Wasserversorgung existieren bffentlich-rechtliche und privatrechtliche Organisationsforrnen seit Jahrzehnten nebeneinander. Es gibt eine Tendenz hin zu privatrechtlichen Formen. So ist der Anteil der Eigenbetriebe deutlich gesunken (von 63 % 1986 auf 15 % 2003), wghrend der Anted der Zweckverbiinde gestiegen ist (yon I0 % 1986 auF 16 % 2003). Eine signifikante Zunahme haben die privatrechtlichen Gesellschaften in Form von AGs und GmbHs in diesem Zeitraum erfahren. Thr Anteil ist von 13 Prozent 1986 auf 30 Prozent 2003 gestiegen.

Auffallend ist weiterhin der Anstieg von 6ffentlich-privaten Beteiligungsgesellschaften. Ihr Anteil ist von 3,3 Prozent (1986) auf fast 29 Prozent (2003) gewachsen. Der Prozentsatz rein privater Wasserversorgungsunternehmen ist zwar in diesem Zeitraum leicht gestiegen, ist jedoch nach wie vor gering (von 1 % 1986 auf 3,s % 2003). Zu beobachten ist auch eine Zunahme dffentlich-privater Partnerschafien. Private Unternehmen iibernehmen Beteiligungen an Unternehmen, deren Anteile zuvor ausschlieBlich durch irffentlich-rechtliche Kbrperschafien gehalten wurden. Die vorstehenden Aussagen beziehen sich auf die 1 266 Unternehmen in der BGW-Wasserstatistik. Tnsgesamt bestehen in Deutschland ca. 6 000 Betriebe der Wasserversorgung. Bei den mehr als 4 000 in der Statistik nicht erfassten Betrieben handelt es sich ganz uberwiegend urn Regie- und Eigenbetriebe der Kornmunen.

Der zukijnftige Ordnungsrahmen 15.131 Mit zeitlicher Verziigerung haben die Privatisierungs- und Liberalisierungsbestrebungen inzwischen auch den Sektor Wassenvirtschaft erreicht. Viele der bereits im Zuge der Libemlisierung der Telekommunikations- und Energiebranche aufgeworfenen Fragen sind auch hier Gegenstand kontroverser Diskussionen. Die verbreitete Skepsis grundet sich auf unterschiedliche Faktoren: 1. Die technischen und 6konornischtn Bedingungen f i r eine Marktbffnung sind in der Wassenvirtschafi ungiinstig. 2. Mit det Wassenvirtschaft sind besondere liffentliche Interessen verkniipft. 3. Tnnerhalb der Wasserwirtschaft existiert eine besondere und kompIexe ProblernkonsteIlation. Vergleicht man die Wasserversorgung mit den anderen Fnfrastruktursektoren, so gibt es zwar aufgsund des Netzcharakters einige Gemeinsamkeiten, dennoch sind erhebliche Unterschiede offenkundig: Die Wasserversorgung ist nach wie vor weitgehend als natiirliches Monopol mit Betriebs~fiflenvorteilen,Netz- und Dichteffekten und hohen ,,sunk costs" einzustufen. Der Teil der Wertschopfimgskette der als regulierungsbediirfiiger monopolistischer ,,Bottleneck" gilt, ist sehr ausgepflgt. Die Miiglichkeiten der Einfdmng von Wettbewerb iiher den Aufbau neuer Infrastruktur sind daher okonomisch begrenzt. Abgesehen von der Tatsache, dass es in der Wasserwirtschaft bislang kein bundesweiz msammenhangendes Wasserversorgungsnetz

5 Wasserversorgung

201

gibt, stoflen Durchleicungsmodelle hier im Vergleich zur Energiewirtschaft auch aus iikonomischen Griinden auf Grenzen: Die hohen Fixkosten in den Netzen und geringe variable Kosten machen Durchleitungen, die irn Bereich Energie und Telekommunikation eine entscheidende Rolle bei der Durchsetzung von Wettbewerb spielen, zu einer nur in wenigen Ausnahmefd len wirtschafil ich tragfih igen Losung. Zusatzl ich spielt das transportierte Gut hier eine zentrale Rolle: das Produkt kann wLhrend des Transportvorgangs seine Qualitat veritndem; quaritative Verschlechterungen haben unmittelbar gesundheitliche Konsequenzen f i r den Konsumenten. Die bisherigen Erfahrungen mit ,,common carriagew-Modellen in der privatisimen englischen Wasserwirzschaft sind nicht sehr vie1 versprechend; vor allem angesichts det Komplexittit der Regelungsmaterie hat es bisher kaum Durchleitungen unter Wettbewerbsbedingungen gegeben. Die in der Wasserwirtschafl weltweit dominierenden Wettbewerbsmodetle sind Konzessionsmodelle im weitesten Sinne. An die Stelle yon Wettbewerb auf d m Markt tritt hier der Wettbewerb urn den Markt: In einern wettbewerblichen Ausschreibungsverfahren wird das Recht ein bestimmtes Gebiet f i r einen bestimmten Zeitraum versorgen zu diirfen, unter konkurrEerenden Untemehmen ausgeschrieben. Den Zuschlag erhllt das Unternehmen, das fiber diese Laufzeit den fir die Verbraucher giinstigsten Tarif sichem kann. Nach Ablauf der Konzession erfolgt eine neue Ausschreibungsrunde. Solche Konzessionsmodelle konnen und scheinen eine relativ einfache Wettbewerbsoption in den Flillen darzustellcn, in denen andere Wettbewerbsliisungen nur schwer zu realisieren sind.

In der Praxis gestalten sich solche Konzessionsmodelle jedoch keineswegs unproblematisch, die Probleme sind dabei vielfaltig: Der Wettbewerb ist eingeschrfinkt, da sich nur wenige Unternehmen an Ausschreibungen beteiligen. Es besteht die Gefahr von Absprachen zwischen den Untemehmen. a

Die teilweise sehr langen Laufzeiten der Vertrage reduzieren den Wettbewerbsdruck, kurze Caufieiten andererseits behindern die Amortisation des investierten Kapitals. Es besteht die Gefahr opportunistischen Verhaltens: vertragliche Vereinbarungen werden nicht eingehalten, in der Hoffnung auf Nachverhandlungsm6glichkeiten.

a

-

Es fehlen Anreize m r Einhalhlng der Auflagen zum Ende der Konzession, wenn Unternehmen wenige Chancen fiir eine Verttagsverltingerung sehen. Wasserversorgung und tjffentliche Interessen

Marktversagen liefert nach vorherrschender okonomischer Theorie die Legitimation f i r staatliches Handeln; die Existens extemer Effekte bei der Produktion eines Gutes kann staatliche Interventionen rechtfertigen, wenn die Marktteilnehrner diese Externalitaten nicht in ihr EntscheidungskalkSl einbeziehen. Negative okologische FoIgen von Wasserentnahrnen, die Einleitung von helasteten AhwZissem sind ehenso Reispiele f i r exteme Effekte wie etwa die positiven Effekte einer quafitativ hochwertigen Wasserversorgung fur die Volksgesundheit oder ein verbesserter Naturschutz als Nebenprodukt des Grundwasserschutzes. Bisher waren dies wesentliche Begriindungen f i r eine affenzliche Wasserwirtschaft. Einer besonderen Regdierung unterliegt in allen Staaten der Zugang zur Wasserressource selbst. Nach deutscher Rechtspraxis gilt Wasser als offentliches Gut, das einer staatlichen Benutzungsordnung untenvorfen wird. Bei der Zuteilung von Nutzungsrechten hat die bffentliche

Trinkwasserversorgung den Vomng, die Entscheidung iiber konkurrierende Nutzungsansprijche erfolgt nach dem Prinzip des ,,first come, first served". Bisher spielen dkonornische Gesichtspunkte keine Rolle. Tabelle 5-1 Regulienrngsbedarf in der Wasserwirtschafl[5.12] Funktionsbereich

Wasserressourcen

Wassergewinnung

W~SS~transnort

Wasservertellung

Vertrieb

Regulierungsbedarf Umsetzung Wasserrahrnenr~chtl~nie, Durchsetzung okolog~schangepasster Fllchenbew~rtschaftuna ,. Regulterung Wasserentnahrnerechte Auswelsung und Slcherung von Wasserschutzgebieten Sicherung von Trinkvvassexqualit&standards Aufbau und Erhalt von Versorgunqsnetzen Zusammenschaltunn von ~ e g e n ~ettbewerbsrechtlicheRegelungen: Zugang zu Netzen S~cherungvon Qualimtsstandards Sicherung der Erhaltungsinvestitionen

nutzung

Regelung des Zugangs zu Wasser Preiswolitik: Tarifstruktur versduungsbedjngungen Informationsvernflichtunaen Qualitats- und Versorgungsstandards Regulierung von Eigenversorgung

Abwasser-

Umsetzung der Wasserrahrnenrtchtlinie

Abwassereinleitung

uberwachung von Schadstoffetnleitungen

W~SS~-

Ausschreibung von Gebietskonzessionen

m

Preisaufsicht

0

Wettbewerbsrecht

Clffentlichkeitsbeteiligung

Privatisierung der Wasserwirtschaft bedeutet nicht wie oft bef~rchtetdie ijbergabe der Kontrolle iiber die Wasserressourcen an private Unternehmen. Die Ressourcen werden also weiterhin einer staatlichen Benutzungsordnung uncerworfen sein, wobei jedoch flexiblere Managemenmethoden sinnvoll sein werden. Dennoch ergeben sich Em Vergleich zu anderen Netzbereichen hier deutlich hiihere Regulierungsanforderungen, urn die vielfaltigen okonomischen, iikologischen und sozialen Aspekte, die mit der Ressourcennutzung verkniipft sind, entsprechend beriicksichtigen zu konnen [5.13].

5,4 Verfiigbare Ressourcen und Wasserbedarf 5.4.1 Verfiigbare Ressourcen Wasserdargebot in Deutschland Deutschland liegt in einer gemafligten humiden Klimazone, f i r die hHufige Wetterwechsel und Niederschlfige zu allen Jahreszeilen charakteristisch sind. Die mittlwe jtihrliche Niederschlagshohe liegt bei 789 mm, wobei die Niederschlagsrnengen regional stark schwanken. Der niederschlagsreichste Ort (Balderschwang im Allgiiu) erreicht ein durchschnitttiches Jahresmittel von etwa 2450 mm, der trockenste Ort (Artem in Sachsen-Anhalt) dagegen nur 4 17 mm. Dies entspricht der generelIen Tendenz der Niederschlage, die von West nach Ost abnehmen. Die Sommerhatbjahre sind mid einer durchschnitrlichen Niederschlagshiihe von 430 mm feuchter als die Winterhalbjahre rnit 359 mm [5.8]. Mit einem verfdgbaren Wasserdargebor von 188 Mrd. rn3 ist Deutschland ein wasserreiches Land. Das potentielle Wasserdargebot gibt an, welche Mengen an Grund- und Oberflachenwasser genuta werden kijnnen. Es ist eine bilanzierte GroBe, die sich aus Niederschlags- und Verdunstungsmenge sowie der Zu- und Abflussbilanz von und zu den Nachbarstaaten ergibt, In Deutschland nutzen Wirtschafi und private Haushalte, die an die Gffentliche Wasserversorgung angeschlossen sind, nur rund 20 % der zur Verfugung stehenden Wasserressourcen. In den letzten 15 Jahren ging die entnommene Wassemenge in allen Bereichen spijrbar zuriick.

Im Jahr 2001 betmg die gesamte entnommene Wassermenge 38,14 Mrd. m3. Der groflte Teil entfiel auf die Wlirmekraftwerke, die zu Kuhlzwecken 24,s Mrd. m3 - das entspricht 13,2 Prozent des sesamten Wasserdargebots - fir die dffentliche Energieversorgung entnahmen. Die Gffentliche Wasserversorgung, die Haushalte und KIeingewerbe rnit Trinkwasser versorgt, nutzt rnit rund 5,4 Mrd. m' nur ehva 3 Prozent des vorhandenen Wasserdargebots [5.8].

Neben verschiedenen klimatischen Bedingungen und geologischen Besonderheiten innerhalb Deutschlands ist eine Zunahme von Nutzungskonflikten an GewBssm in einigen Regionen entsprechend der Besiedel ungsdichre, der Industrialisierung der Region und der jahreszeitlichen Schwankungen von Wasserdargebot und Wassernutzung zu erwarten. Die Trinkwasserversorgung wid bereits heute in einigen Regionen aufgrund von QualiBtsproblemen nicht ausschliefllich ortsnah aus eigenen Ressourcen gedeckt. Esganzend erfolgt die Versorgung aus Tatspewen und durch Fernwasserversorgung. Aufgmnd der Tatsache, dass die Grundwassemeubildungsrate die Entnahmemenge bisher in der Regel iibersteigt, wird es f i r Deutschland voraussichtlich auch unter gelinderten Klimabedingungen keine grundsItzlichen Probleme mit der Trinkwasserversorgung geben. Regionale EngpSisse, insbesondere bei Ianger anhaltenden Trockenperioden, sind jedoch nicht auszuschlieDen. In Gebieten rnit gut durchlassigen Biiden wird die Grundwasserneubildung auf-mnd hdheret Winterniederschllge zunehmen, was trotz geringerer NiederschlZgige im Sommer und einer erhiShten potentiellen Verdunstung zu einem hoheren Grundwasserdargebot fihren kiinnte. Dagegen wird das Grundwasserdargebot in Regionen mEt schlecht durchltIssigen Bbden und BBden rnit geringer Wasserspeicherkapazittit zuriickgehen. Eine Abnahme der Grundwasservorrilte wird ver allem in Nord- und Westdeufschland sowie in Teilen Ostdeutschlands envartet.

Als Folge des abnehmenden Schneespeichers kannen die Niedrigwasserabflilsse im Sornmer weniger ausgeglichen werden. Die zunehmende Erwamung der unteren Lufischichten fihrt zu einer Erhohung der Wasser- und Bodentemperatwen. Dies fihrt vor allem bei Niedrigwasserabfliissen zur hnderung des chemischen und biologischen Zustandes von GewtIssern, rnit entsprechenden Auswirkungen auf die darin Iebende Flora und Fauna. Durch Temperaturerhiihung steigt auch die Verdunstung. Aus der Zunahme der potentiellen Verdunstungsrate und der Abnahme der Niederschlage in den Sommermonaten resultieren u.a. in Regionen mit ausgedehnten Feuchtgebieten, wie 2.B. d m Land Brandenburg, negative Auswirkungen auf die Wasserst8nde in den Flussen, was eine Schadigung der Feuchtbiotope und der aquatischen Okosysteme zur Folge haben kann. BiFd 5-4 zeigt, dass im Zeitraum 1990 bis 2004 ist die jlihrliche Wassefirderung urn fast 20 Prozent zuriickgegangen. In absoluten Wenen ausgedriickt bedeutet dies eine Reduzierung der Wasserfordemng urn rd. 1,3 Milliarden Kubikrneter. in Mio. ma

Bild 5 4 Entwicklung der Wasserfiirderung von 1990 bis 2002 nach BGW Wasserstatistik 2004 15.11

Grundwasser ist rnit einem Anteil von 64,2 Pmzent die iibemiegend genutzte Ressource f i r die Wassergewinnung der fiffentlichen Wasserversorgung in Deutschland. Die natiirliche Grundwasseremeuerung setzt dabei den Rahmen f i r die Wasserentnahrne der Wasserversotgnngsunternehmen. Zweite wichtige Ressource f i r die Trinkwassernutzung ist mit einem Anteil yon 26,6 Prozent Oberfllchenwasser, einschliel3lich angereichertes und uferfiltriertes Grundwasser. Quellwasser ist frei zutage tretendes Grundwasser und tragt rnit 9,2 Prozmt zur Bedarfsdeckung bei. Je nach Verfugbarkeit geeigneter Wasservorkommen werden fur die affentliche Wasserversorgmg daher in unterschiedlichern Maae Grund-, Quell- oder ObeflC chenwasser zur Bedarfsdeckung genutzt [S. 11.

5.4.2 Wasserbedarf der Sledlungen Der kunfiige Wasserbedarf in Deutschland ergibt sich aus dem derzeitigen Verbrauch, das heiflt aus der Wasserabgabe an Letztverbraucher wie in Tabelle 5-2 dargestellt. Grundsatzlich muss ein Versorgungssystem zwar nicht jeden Bedarf decken, hier handelt es sich jedoch urn einen Grundbedarf, der auch langfristig mit den bei der Bevdlkerung vorhundenen Geldmitteln wird befnedigt werden konnen. Wie die Gegeniiberstellung der Werte fir die Jahre 1991 und 2001, zeigt hat sich in diesen 10 Jahren f i r alle Bereiche ein deutlicher Rtickgang der Werte (absolut und spezifisch) ergeben. Dieser Trend wird bei zuriickgehendes Gesamtbeviilkerung anhalten, wenn auch in etwas abgeschwachter Form, weil die rnit relativ geringen finanzitllen Mitteln esreichbaren Einsparpotentiale inmischen weitgehend ausgeschdpft sind. Tabelle 5-2 Wasserabgabe an Letztverbraucher 15.11

Wasserabgabe an Letztverbraucher

Mio. m3

5 747,9

4 773-9

I /(E*d)

200

160

Mio. m3

4 127,s

5 779,l

E J(E'd)

744

927

Mio. m3

I620,2

994-8

Mio. m3

142,7

133,5

davon

- Haushalte und Kleingewerbe - sonstigel' Eigenverbrauchder Wassemrke

und ko~nmunaleEinrichtungen, Rundeswehr, landwirtschaftliche Betriebe).

Bei der Ermialung des Wasserbedarfs der Siedlungsbereiche ist auch zu beriicksichtigen, dass unterschiedliche Qualitatsanforderungen an das Wasser zu stelLen sind. Die granten Einsparpotenziale der Zukunfi liegen daher in einw Wasserversorgung, die sich hieran orientiert. Tabelle 5-3 zeigt den Wasserverbrauch im Haushaltsbereich und gibt die jeweiligen Qualitatsanspriiche an. Der kijnflige Bedarf wird auf der privaten Seite weitgehend von den Lebensgewohnheiten im hauslichen Bereich bestimmt. Sje hangen eng mit der sanitwn Ausstattung der Wohnungen und Hiiuser, der Zahl und Art wasserverbrauchender Gerate und den Ansprilchen an die Korperpflege zusammen. Auch kiinftig wird der Wasserverbrauch von den Bequemlichkeiten und Vorteilen bestimmt werden, welche die einzelnen Nutzungsmiiglichkeiten bieten. Dabei spielt weiterhin auch der immer noch verhiiltnismal3ig niedrige Wasserpreis eine Rolle.

fcr die einzelnen Nutzungen

Tabelle 5-3 EinwohnerbezogenerWasserbedarf in Wohngebguden unterschiedlicher Bauart, Lage und Ausstattung [5.15]

wag

Siedlungstyp Alte Ein- und Zwe~famil~enhauser e~nfachsterRauart Einfache Mehrfamilien-Wohngebaude, errichtet vor 1940 MehrgeschossigeWohngebeude mit Sozialwohnungen, enichtet vor 1960

Neuere Einfami

ih8user, rnl

isige WohngebBude

AppartementhBuser und Wohnhlusar mit Komforbohnungen Freistehende Ein- und Zweifamilienh8user in guter Wohnlage Ein- und Zweifamilienhiiuser in guter Wohnlage Modeme Villen in bester Wohnlage mit Komfortausstattung

Die Notwendigkeit zu Einsparungen ergibt sich in Deutschland daher eher tiber die beschrbkt vetfigbaren Wasserressourcen rnit einer hohen QuaIitgt irn Bereich det Verdichtungsraume. Die Mijglichkeiten zur Einsparung von Trinkwasser in den Haushalten sind in den Verwendungsbereichen (Tabelle 5-4) unterschiedlich gegeben. Aus hygienischen Griinden konzentrieren sich diese weitgehend auf das Toilettenspiilwasser von derzeit maximal 50 Liter pro Einwohner und Tag, das durch Branchwasser erseta werden kiinnte. Aber auch dieses Wasser miisste folgende Qualittitsanforderungen efillen: keine Inhaltsstoffe, die zu Ablagerungen im Rohrnetz und an Sanitareinrichtungen fihren; k i n e aggressiven Eigenschaften gegenfiber Rohrmaterialien; ausreichende Haltbarkeit des Wassers auch bei Iangeren Aufenthaltszeiten zur Venneidung von Geruchsbelastigungen; hygienische Unbedenklichkeit zur Vermeidung von gesundheitlichen Schtiden bei FehlanschIiissen und durch Spriihinfektion. Tabelle 5-4 Wasserverbrauch im Haushakberetch [5.T6] Verwendung Trinken und Kochen Ktirperpflege

Baden und Duschen GeschimpDlen WGschewaschen Raumreinigung, Autowaschen etc. Toilettenspillen

Merige (!/Tag:)

... 5 5 ... 20 20 ...60 5 ... TO 10 ... 30 3 ... 5 20 ...50 2

erforderlfche QualitBt hochste

hohe rnittlere geringe bis rnittlere geringste

In den anderen Verbrauchssektoren gibt es ebenfalls Maglichkeiten zur Einspamng von Wasser, das iiber das dffentliche Versorgungssystem geliefert wird. Insbesondere bei der Verwendung als Kiihl- oder Reinigungswasser lasst sich der Verbrauch reduzieren, wenn auf eine Kreislaufnutzung umgestellt wird. Hier wird deshalb hguftg Trinkwasser der Vorzug vor Brauchwasser gegeben, weil dies vorab zum Schutz der Anlagen nicht noch zusatzlich aufbereitet werden muss. Die Verminderung des in Produktionsprozessen eingesetzten Trinkwassers zielt irn Wesentlichen auf eine Senkung des spezifaschen Wasserverbrauchs bei der jeweiligen Verwendungsart: und auf eine Substitution durch Betriebswasser: Hindenmgsgriinde ffir ein doppeltes Leitungsnetz im industriellen Bereich sind ganz allgmein [5.16]: unterschiedliche Qualitiitsanspriiche der Abnehmer; miigliche ~ n d e r u n ~ eder n Ansprilche bei Urnstellung auf neue Produkte oder Herstellungsverfahren ; Ungewissheit iiber die Entwicklung der Abnahmernengen; ganz unterschiedlicher Wasserbedarf der Betriebe. Diese Probleme zeigen sich, wenn vorhandene Tndustriebezirke versorgt werden soIlen, aber auch dann, wenn f i r lndustrieansiedlungsgebiete vorsorglich ein Betriebswassernetz envogen werden sollte. Gilnstige Voraussetzungen fdr die Realisierbarkeit einer zentralen Betriebswassewersorgung liegen vor, wenn das Rohwasser preiswert aufbereitet werden kann, wenn die Abnehmer nahe an der Gewinnungsstelle liegen und wenn f i r die angebotene Qualitiit ein groRer Bedarf bei rnBglichst zahlreichen Abnehmern besteht.

Vom Standpunkt einer sparsamen Bewirtschafiung der Trinkwasservorr$iteist es i.A. unerheblich, ob das Betriebswasser an Ort und Stelle aus fidie Trinkwasservewendung ungeeigneten Vorkommen (z.B, einern stlrker belasteten Oberfl$ichengewasser oder geringwertigen oberflachennahen Grundwasservorkommen) entnommen oder iiber eine besondere Leitung uber das Wassenverk an die Betriebe herangefihrt wird. Soweit eine solche dezentrale Versorgung mit Wasser durchgefiihrt werden kann, ist sie eintr zentralen Versorgung vorxuziehen, da sie zu Einsparwngen an Investitions- und Betriebskosten sowie von Energie f i r den Transport des Wassers fuhrt [5.16].

€in weiteres wesentliches Kennzeichen des Wasserbedarfs von Siedlungen ist die Tatsache, dass dieser sowoh1 irn Tagesverlauf als auch im Wochenverlauf sowie entsprechend den Jah-

reszeiten iiber das Jahr sehr stark schwanken kann. Dabei gilt die Regel: Je griiRer das Versorgungsgebiet, desto eher gleichen sich die jeweiligen Spitzen aus. Der Ausgleich sotcher Btdarfsschwankungen im Netz (auch ohne Ausgleichsbeh8lter) war schon immer ein wesentlicher Gmnd f i r den Ausbau von Wasserversorgungsnetzen und f i r den schrittweisen Zusammenschluss yon Teilnetzen. Diese Tatsache spricht auch daflIr, gerade im 'Bereich der Trinkwasserversorgung, wo stark vermaschte Netze auch eine hiihere Versorgungssicherheit bedeuten, von einer Dezentralisierung der Versorgungssysteme abzusehen - auch bei immm geringer werdendem Wasserbedarf in einzelnen Siedlungsbereichen. Eine weitere wesentliche Anforderung an die Wasserversorgung ergibt sich durch den Loschwassetbeda~,der sich an der baulichen Nutzung entsprechend den Festlegungen in der BauLeitplanung orientiert. Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. DVGW hat dazu

mic seinem Arbeitsblatt W 405 (0711 978) ,,Bereitstellung von L6schwasser durch die offentliche Trinkwassewersorgung" eine Richtlinie geschaffen, wonach sich der Loschwasserbedarf f i r Gebaude unter Beriicksichtigung der baulichen Nutzung und der Gefahr der Brandausbreih~ngallgemein ermittetn Ilsst. Besondere Brandrisiken, die durch bestimmte gewerbliche und industrielle Anlagen entstehen konnen, bleiben hierbei allerdings zunachst unberiicksichtigt, sodass die in dem Arbeitsblatt genannten Richtwerte in erster Linie nur fur die LGschwasser-Grundversorgung angewendet werden k6nnen. Das DVGW-Arbeitsblatt W 405 und die DM 18 230, Teil I beantworten die Frage, welche Liischwassermengen in den verschiedenen Raugebieten der Stiidte und Gemeinden (Wohngebiete, Mischgebiete, Gewerbegebiete, Sondergebiete) bereizgehaiten werden mwssen. Das Arbeitsblatt unterscheidet dabei eindeutig zwischen Grundschutz und Objektschutz. Grundschutz ist gleich Brandschutz in Wohn-lGewerbe-Misch- und Industriegebieten ohne erhohtes Sach- und Personenrisiko. Tabelle 5-5 Richtwerte fur den L6schwasserbedarf nach [5.17]

Bau'iche nach 5 77 der Baunut21 ~ngsverordnuncI (BauNVO)

Kleinsiedlungsgebiete (WS)

Wochenendhaus-

gebiete

(sw) Zahl der Vollgeschosse GeschoRflachenzahl (EFZ) Eaumassenzahl

= DN 800 Behandlungsschritte einer Kommunalen Klamnlage Querschnitt (oben) und Draufsicht (unten) einer Pflanzenkltiranlage

Bild 7-1 Bild 7-2 Bild 7-3 Bild 7-4 Bild 7-5 Bild 7-6 Bild 7-7 Rild 7-8 Bild 7-9 Bild 7-10 Bild 7-1 1 Rild 7-12 Bild 7-13 Rild 7-14 Bild 7-15 Bild 7-16 Bild 7-1 7 Rild 7-18 Bild 7-19 Bild 7-20

Systemkomponenten des Systems Abfallentsorgung Stoffstriime im Abfaflentsorgungssystem Stoffstrome der Abfallentsorgung in Deutschland nach 2005 Mittlere Zusamrnensetzung von Resthausmiill in Prozent Mittlere Zusamrnensetzung von Sperrmiill in Prozent Behandlungsanlagen f i r Siedlungsabfhlte in Deutschland im Jahr 2005 MVA Abfall-Sammetbehalter rnit einem Volumen von 60,240 und 1 100 Litern ZentraEe Sammelstelle f i r Abfalle und Wertstoffe 2- und CRad-Behllter zum Sammeln und transportieren von IndustrieabfZiIlen Abfal~sarnmelfahrzeuge(Haller/Faun) Gmndprinzip einer Abfall-Umschlagstation Kostenvergleich zwischen Direkttransport und Ferntransport rnit Urnschlag VoIlautomatische Abfallsortierung rnit Nahinfiarotlicht (NIR)

Bild 8-1 Bild 8-2 Rild 8-3 Bild 8-4 Bild 8-5

Funktionsweise eines Wirbelstromscheiders Verfahrensschritte der Bioabfallkompostierung Stofftlilsse bei der Kompostierung Kompostierung?,antage rnit Dreiecksmieten als Freiluftanlage Stoffstrome einer Miillverbrennungsanlage Komponenten einer MfilIverbrennungsanlage Anforderungen an eine Deponie der Klasse IT

Ver- und Entsorgungssysteme innerhalb des Siedlungsraumes Optirniemng des Gesamtsystems Ver- und Entsorgung im Raum Optirnierung der Systemelemente irn Raum und deren Kriterien Determinanten Rlr die Grfiae von Ver- und Entsorgungsanlagen Beriicksichtigung von Mindestgriiflen und Sprungkosten f ~ unterschiedliche r Anlagenarten Eild 8-6 Gesamtkosten in Abhlingigkeit der Versorgungsgebietsgrofie Bild 8-7 Leitungen im offentlichen Straflenraurn

355

Veszeichnis der Tabellen Tabelle 1-1 TabelIe 1-2 Tabelte 1-3 Ta belle 1-4

Triebkrgfie der Liberalisierung in Netzindustrien Inanspruchnahrne der Ressourcen nach Schutzgut Ausgaben zur Ver- und Entsorgung f i r einen Haushalt in Deutschland Transportverluste verschiedener Energietrager

Verordnungen zum BImSchG mit Bezug zur Strornversorgung InhaIte des Transmission Code und des Distribution Code Resewen, Ressourcen und Reichweite der deutschen Braunkoh le Brennwerte und Fleizwwte von Brennstoffen Stromverbrauch in kWh pro Haushalt nach Personen 1992 Entwicklung des Skomverbrauchs in Deutschland nach Sektoren Demeitige Nutmng und Ianghstiges NutzungspotentiaI erneuerbarer Energien in Deutschland 2005 Tabelle 2-8 Kraftwerkskitpazitaten, Strornerzeugung und Volllaststunden nach Energjetragern in Deutschland 2000 Tabelle 2-9 Imrnissionswerte in rng/m3 Tabelle 2-1 0 Einteilung der Anwendungsbereiche f i r Ausbreitungsmodelle Tabelle 2- 12 Elektrische Kennwerte von Drehstromfreileitungen (AluminiumIStahlseile, Werte fieinen Stromkreis einer DoppelIeitung) Tabelle 2- 13 Trassenabrnessungen Tabelle 2-14 Hiihe der Konzessionsabgaben in Deutschland nach der KAV von I992 Tahelle 2- 15 G leichzeitigkeitsfaktor ausgewlhlter Verbrauchergmppen Tabelle 2-1 Tabelle 2-2 Tabelle 2-3 Tabelfe 2-4 Tabelle 2-5 Tabelle 2-6 Tabelfe 2-7

Zuschlag zur Einspeisevergiitung nach dem KWK-Gesetz Beheizungsstruktur nach Energiemgern, Anteile in Prozent (nach [3.6]) PrimHrenergiefaktoren im Vergleich, DM V 4701- I 0, Tabelle V.4-1 Heizenergie (maximale Heizlast) in Abhangigkeit vom Gebaudeshndard Energie- und Leistungskennzahlen Glas, Papier- und Keramikgewerbe Kostengruppen und Kostenarten f~ die Heizungssysteme Erdgaszentralheizung und Fernwarme nach Tabelle 3-7 Erdgasuntertagespeichet in Deutschland 200 1 (Stand 3 1 .I 2.2002)

Tabelle 3-1 Tabelle 3-2 Tabelle 3-3 TabelIe 3-4 Tabelle 3-5 TahelIe 3-6

Outsourcing - Wutzer und Diensteanbieter Entwicklung det Telekomrnunikation in Deutschland Zulbsigkeit von Mot3ilfunksendernasten ZulLsige Werte fur die Feldstarke von Hochfrequemanlagen nach der 26. BImschV (Anhang 1 zu f 2) Tabelle 4-5 ijbertragungsverfahren im Bereich der Telekomrnunikation Tabelle 4-6 Klassifizierungsbeispiele f i r Telekommunikationsnetze

Tabelle 4-1 Tabelle 4-2 Tabelre 4-3 Tabelle 4-4

Regul ierungsbedarf in der Wasserwirtschafi Wasserabgabe an Letaverbraucher Tabe tle 5-3 Einwohnerbezogener Wasserbedarf in Wohngebauden unterschiedlicher Bauart, Lage und Ausstattung Tabelle 5-4 Wasserverbrauch im I-Taushaltsbereich TabeSle 5-5 Richhverie fur den L8schwasserbedarf Trtbelle 5-1

Tabelle 5-2

Tabelle 6-1 Schadstoffe und Schadeinheiten nach dem Abwasserabgabengesetz Tabelle 6-2 Hiiusliches Schmutzwasser

Tabetle 6-3 Unterschiedliche Bodenarten und deren typische Durchlbsigkeiten

TabeFle 7-1 Tabelle 7-2 Tabelle 7-3

Schiittgewicht f i r verschiedene Abfallstoffe Abfal Istriime des Hausmiills Abfal lstrfime des Gewerbemtills

Brennstoffe 1 7,69 Brennstoffzelle 83.86. 126 Brennwert 51 Abfal lablagerungsverordnung 287 Abfallanfall einwohnerspezifisch 296 Gewerbe 298 Haushalte 296

Abfallbehandlungsanlagen 307 Abfallentsorgung 9,29 Abfallfraktionen 280 Abfalltransport 280,304 Abfal lverbringungsverordnung 283 Abfallwirtschaft 279 Abfallwirtschaftsplan 295 Abfalltusammensetzung 297 Abwasserabgabengesetz 235 Abwasseranfall 242 Abwasserbehandlung 263 Abwasserbeseitigungspline 334 Abwasserentsorgung 9 Abwassersamrnlung 257 Abwassertransport 26 1 Abwasse~ermeidung247 kbwasserverordnung 237 AusbreitungsmodelIe 88

Bahnstrom 30,99 Bahnstromleitungen 96 BauNVO 174 Bebauungsplan 348 Beheizungsstruktur 130 Belastungskurve 54 Bernoulli-Gleichung 3 94 Betreibermodell 200 Betriebsformen 199 B ioabfal lverordnung 287 Biologische Abwasserbehandlung 265 Biomasse 72, 132, 133 Blindstrom 54 B l indstromkompensation 54 Blockheizkrafiwerk (BKHW) 83 Bodendurchlasstgkeit 250 Breitbandkabel 162

Chemische Abwasserbehandlung 265 C02-Emissionen 139

Darcy-Weisbach-Beziehung 195 Bauerlinie - geordnete 78 Denitrifikation 232 DENOX-Anlage 89 Deponiekapazitiiten 299 Deponierung 3 16 Deponieverordnung 287

Deponievewertungsverordnuog 288,3 18 Deregulierung 14 Donaumastbild 95 Drehstromkreise 96 Druckhaltung 123 Druckregelanlage 143 Druckstufen 129 Duales System Deutschland (DSD) 292 Durchlaufkiihlung 80

E Einspeisevergiitung 127 Einwohnergleichwer? Abwasser 231 Gewerbeabfall 285 Elektrizitit 43 Elektro- 11nd Elektmnikger3tegesetz 284 Elektrofilter 88, 89 Empfindlichkeit Boden 21 Luft 22 Pflanzen und Tierweh 22 Wasser 22 Endenergie SO

Sachwortverzeichnis Energieeinsparungsgesetz 128 Energieeinsparverordnung 128, 13 1, 135 Energiehandel 63 Energielinie 195 Energietrxger fossile 68 regenerative 69 Energieversorgung 8, 33 1 Energiewirtschafisgesetz 56,65,85,92 Entstickungsanlage 89 Erdkabel 114 Emeuerbare-Energien-Gesetz 56,58, 11 5 Erntefaktor 52

359

Glasfaserkabel 155 Gleichzeitigkeitsfaktor 114 GroRfeuerungsanlagen VO 58 GuD-Krahverke 86

-

Feld - elektromagnetisches 159 Feldstiirke - elektrische 104, 174 -magnetische 174 Eernheizkabel 148 Fernwiirtne 126,140,141 Fernwiirmeleitungen 147 EernwSnneversorgung 120 EFH-Vertriiglichkeitsstudie 346 FIIchennutzungsplan 347 Flachenversiegelung 250 Frequenzhaltung 55 Funkzeflen 166

Gas-Innendruckkabel 100 Gasmarkt 127 Gasspeicherung 144 Gastransport 145 Gasverbrauch 144 Gasversorgung 142 Genehmigungsverfahrens nach BImSchG 339 Geothermie 132, 139 Geothermische Energie 72 Geschichte Abfallentsorgung 291 Abwasserentsorgung 238 NBachrichtenversorgung 160

Hauskanalisation 257 HausmIill 280 Heizkrafiwerke 121 Heizwert 51 Hochspannungsgleichstromllbertragung (HGU)98 Hochspannungskabel 99 Hochspannungsleitungen 92,93, F 09 Hochspannungsnetz 1 02

Immissionswerte 86 Infektionsscl~utzgesetz 196 Infrastruktur 7, 163,324 Interkonnektoten 45

Jahresdauerlinie 115, 134

Kaminhahe 88 Klaranlagenstandorte 32 KILschlammanfall 245 KILschlammbehandlung 269 Klllrschlammkonrxpze 334 Kl~rschlammmitverb~nnung 273

KILschlammverbrennung 246 KILschlammverordnung 237 Kleinsteinspeiser 65 Klimaschutz 47 Kl imaveanderungen 76 K o h l e v e ~ a s u n g79 Kompostierungsanlage 309

Konzessionsabgaben I 1 1 Kraft- Wiinne-Kopplung 24,63,86, 122, 124, 127,137 Kraft- Whe-Kopplungsgesetz 58, 127

Ksaftwerkskapazitaten 77 Kraftwerksstandorte 32 Kreislaufkiihlung 80 Kreislaufwirtschafi 279, 281 Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz 284 Kiihlturrn 81

Landesplanung 330 Landeswassergesetze 191 Lsndschaltspflegerischer Begleitplan 1 10 Langsamsand fi ltration 2 1 1 Lastbereiche 78 Leistung 33 Leiterquerschnitt 98 Liberalisiening 12,61, 164 Lichtwellenleiter 155, 176, 179 Linieninfrastruktur. 34 L6schwasser 191,208

Makinheit A r k i t 48 Biochemischer SauerstoRbedarf(I3SB) 230 C hem ischer Sauerstoffbedarf 230 Dichte 282 Druck 193 Elektrische Feldstarke 154 Energie 33-48 Frequenz 49 Leistung 49 Leistungsflussdichte 154 Magnetische Feldstarke 154 Masse 282 Scheinfeistung 49 Spannung 49 StromstHrke 49 Volumen 193,282 Mastarten 94 Masthohen 106 Masttransfonnator 95 Mechanisch-biorogische AbfaIlbehandlung 313 mechanisch-biofogische Behandlung Standorte 299 Mechanische Abwasserbehandlung 264 Meenvasserentsalzung 2 1 0 Mietenkompostierung 5 I 1 Mineral- und Tafelwasserverordnung 191

MIPS 15 Mischkanalisation 257 Mobilfunk 156, 159, 165 Mobi Ifunksendemast 1 72, 174 Mulden-Rigolen-Versickerung 252 Muldenversickerung 25 1 Miill 296 Mu l lverbrennung 3 14

Nachrichten 29 Nachrichteniibertragung 153 Nahwiirmenetz 147 NATURA 2000 345 Nenndruckstufe 123 Nennweite 123 Netz 192 Baumnetz 184 Kreuzplannetz 184 Liniennetz 184 Maschennetz I84 Planung 222 Ringnerz 1 84,221 Sternnetz 184 Verastelungsnetz 37,221 Netzbetreiber 64, 157 Nitrifikation 232 Nutzenergie 50

Okosteuer 56 Ortsgestaltungssatzung 159 Ortskanalisation 257 Ortsverteil u n ~ n e t z1 86

Pflanzenkllranlage 266 Phosphatelimination 233 Photovoltai k 73 Planfeststel Iungsverfahren 337 Porenspeicher 144 Potenzial 69 Powerline Communication 168 Powerline Communikation 1 77 PrimiIrenergie 122 Primirenergiefaktor 131 Privatisierunp 12, 61 Pumpenkennlinie 194

Sachwortverzeichnis Stadt kompakte 24 Netzstadt 25 Null-Emissions-Stadt 25 Zwischenstadt 25 Standortbundelung 329 Standorterm ittlung 3 1 Stoffstrome 280 Strahlenschutzkomrnission 175 Stromarbeit 48 Strombedarf 73 Stromborse 6 4 Stromkennzahl 124 Stromverbrauch 74 Stromverbundsystem 44 Stromversorgung 43 Stromverteilung 11 1

-

Rauchgasentschwefelungsanlagen 89 Raumordnungsverfahren llO.341 Raumw8rmebedarf 134 Raumwirkungen 115, 138, 149, 173, 180,213, 2 19,223,260,262,274,303,306,3 19 Recycling 279 Regelenergie 53 Regelzone 66 Regnwasserableitung 249 RegenwasserkwirtschaRung 241 Regenwasserrnanagement 248 Regenwasserverdunstung 254 Regnwasserversickerung 249 Regionalplanung 330 R e ~ uierungsbeharde l 62 Ressource Boden 18 BrennstofFe 17 Lufi 19 Wasser IS, 203 Ressourcenverbrauch 1 5 Richtfunk 177 Rigole 253 Rigolenversickerung 252 Rohrfernleitungsverordnung 197 Riicklauftemperatur 1 25

SarnmeibehIlter 280 Sammelsystem 280.28 1 Sammlung 37 Schaltanlagen 101 Schlarnmfaulung 270 Schnellfiltration 21 1 Schomstein - Hohe 82 Schiiagewicht 282 Scoping-Verfahren 343 ScreeningVerfahren 343 Sekundarenergie 50 Siedlung Definition 23 Solarthemie 132, 139 Sonnenenergie 70 Sortieranlagen 308 Sozialvertdglichkeit 325 Spannungsebene 92 Spannungshaltung 55

TAAbFatI 289 TA Luft 59 TA SiedlungabfaIl 284 Tagesganglinie 27,242 Telefonnetz 183, 184 Telekommunikation 9, 15 1, 18F Telekommunikationsgesetz 152, 158 Telematik 180 Temperaturspreizung 124 Tesla 154 Therrnische Behandlung Standorte 299 Transformatoren 1 0 1 Transmission Code 66 Transportlogistik Abfall 306 Transportverluste 36 Trassenbundelung 329 Trassenermitrlung 35 Trennkanalisation 257 Trink- und Brauchwasser 189 Trinkwasser 191 Aufbereitung 21 0 Trinkwasserkontaminanten 276 Trinkwasserverordnung 190, 196 Trinkwasserversorgung 203 Trommelkompostierung 3 1 2

361

ijbertragungsnetzbet~iber 53,65

Umwandl ungsanlagen 3 1 Urnweltschutz 17,20,59,62, 85, 122, 135, 195,229,235,260,284,292 Urnweltvertraglichkeit 325 Umwe!~ertr;iglichkeitspriifung342 UmweItwirkungen 115, 145, 149, 175, 182, 213,219,223,260,262,274,303,306,319

Ver- und Entsorgung 5, I I , 17,30, I l I, 153 Ver-und Entsocgungskonzepte 332 Ver- und Entsorgungsunternehmen 14 Verbtindevereinban~ng1 45 Verbundnetz 55 Verdichterstation 143 Verdunstungskiihlung 8 1 Verpackungsverordnung 286 Versorgungssicherheit 62 Vertei Itransformatoren 1 13 Volllastbenutzungsstunden 52 Vorlauftemperat~~r125

Wiltmemarkt 120 Wiimeschutzverordnung 1 28 WBrmetransport 14 1 WInneversorgung 1 19 W;irmeverIeilungsnetz 12 1 Wasserabgabe 199 Wasserbedarf 205 Wasserdargebot 203 Wasserentnahmeentgelte 197 Wasserhaushaltsgesetz 195,234 Wasserkraft 71 Wasserrahmenrichtlinie (EG) 233 Wasserverluste 199 Wasserversorgung 9. 189 Windenergie 70 Windenetgieaniag 84 Wirbelstromabscheider AbfalI 308 Wirkleistung 54 Wirkungsgrad 33,51,84, 137 Wirkungsgradmethode 5 1