Urbane Energiewende effizient und günstig gestalten

Das ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg) entwickelte mit acht Hochschulen, zwei Universitäten und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) eine Quartierssteuerung, die einzig über finanzielle Anreize funktioniert. Auf zentrale Steuerungsbefehle konnte im Forschungsprojekt „ENsource“ komplett verzichtet werden.

In einer klimaneutralen Energiewelt ist die Versorgung mit Strom, Wärme und Kraftstoffen in hohem Maße dezentral, erneuerbar und sektorübergreifend. All dies muss sicher, effizient und möglichst kostengünstig erfolgen. Wie Städte und urbane Ballungsräume die Energiewende nach diesen Maßgaben erfolgreich umsetzen können, haben die Partner im Rahmen des Projekts Ensource ermittelt. Die Ergebnisse aus fünf Jahren Forschungsarbeit und der Erprobung in Fallstudien wurden am 22. Februar 2021 der Öffentlichkeit vorgestellt.

Zwölf Forschungspartner arbeiten zusammen

Um die Energiewende vor Ort möglichst effizient und günstig zu gestalten, hat das ZSW in dem Projekt „Urbane Energiesysteme und Ressourceneffizienz“ (Ensource) zusammen mit elf weiteren Partnern und unter der Leitung der Hochschule für Technik Stuttgart die hierzu notwendigen Verfahren und Planungswerkzeuge entwickelt. Neue Softwaretools ermöglichen nun den Vergleich verschiedener Energieversorgungsszenarien für Quartiere mit Privathaushalten, Gewerbe und Industrie.

Ist es günstiger, ein Quartier vollständig energetisch zu sanieren oder lohnt sich eher eine gezielte Investition in erneuerbare Energien? Wie können Verbrauch und Erzeugung durch Vernetzung und Kommunikation intelligent aufeinander abgestimmt werden? Und wie müssen Solaranlagen, Windparks, Biomasseanlagen, Blockheizkraftwerke und Speicher zusammenspielen, damit Quartiere das ganze Jahr über zu 100 % erneuerbar betrieben werden können? Diese und weitere Fragen haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in fünf Regionen durchgerechnet.
 
Zentrale Quartierssteuerung über Anreize möglich

Zum Einsatz kamen hierbei die im Projekt neu entwickelten Ensource-Werkzeuge und Dienstleistungen an Beispielquartieren in Mannheim, Stuttgart, Mainau, Rainau und Schwieberdingen. Diese Beispielquartiere wurden so gewählt, dass sie eine große Vielfalt an Bausubstanz, Flächenausdehnung und vorhandener Energieinfrastruktur abdecken. Damit konnten die Forschenden ihre Planungswerkzeuge unter ganz unterschiedlichen Rahmenbedingungen testen.

Das ZSW entwickelte in dem Projekt ein Modell, das die Hoheit über die Steuerung von Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen oder Blockheizkraftwerken vollständig auf der Ebene der Anlagenbetreiber belässt. „Die Orchestrierung eines Quartiers erfolgt lediglich über finanzielle Anreizsignale und abgestimmte Fahrpläne“, erklärt Jann Binder, Leiter des Fachgebiets ‚Photovoltaik: Module Systeme Anwendungen‘. „Dadurch wird ein individuelles, aber dennoch gemeinsam koordiniertes Erzeugungs- und Verbrauchsverhalten im Quartier sektorübergreifend erwirkt.“ So könnten die Energiebeschaffungskosten sowie Verbrauchsspitzen für das Gesamtsystem netzdienlich und emissionsarm minimiert werden. Das entwickelte Verfahren über finanzielle Anreize ermögliche eine koordinierte Energienutzung digital vernetzter Akteure, die über die reine Eigenoptimierung der einzelnen Anlagen hinausgeht.

Der Bedarf dafür wachse mit dem zunehmenden Ökostromanteil sowie mehr Elektroautos und Wärmepumpen. Diese forderten auf kommunaler Ebene vor allem die Verteilnetze heraus. Sie müssen den vom Wetter abhängigen erneuerbaren Strom aufnehmen, außerdem sollten auftretende Leistungsspitzen auf Verbraucherseite vermieden werden. Die Verschiebung des Verbrauchs und die Zwischenspeicherung von Energie helfen, die Balance zwischen Erzeugung und Verbrauch zu verbessern, was sich dann auch sofort in reduzierten Kosten widerspiegelt.

Städte und urbane Ballungsräume spielen eine zentrale Rolle für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende. Weltweit leben über die Hälfte aller Menschen in solchen Bevölkerungszentren und rund 80 % der Treibhausgasemissionen stammen von dort. Daher muss die Transformation des Energiesystems vor allem hier verwirklicht werden.

Weitere Informationen zum Projekt Ensource finden sich auf der Website.