Einbindung erneuerbarer Energien in die Energieversorgung vernetzter Quartiere (E4Q)

Ausgangslage

Die effiziente Einbindung erneuerbarer Energieträger in die Versorgung von Gebäuden mit Wärme und Strom ist ein wichtiger Baustein des nationalen Energiekonzepts für eine um­weltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energie­versorgung. Im Kontext der Energie­ver­sorgung von Quartieren ist unklar, welche Versorgungsstrategie je nach Quartierstyp hin­sichtlich definierter Zielgrößen (z. B. erneuerbarer Deckungsanteil, Treibhauspotential, Kapi­tal­wert) zu verfolgen ist. Bisher wurden vor allem Erneuerbare-Energien-Technologien zur Stromerzeugung durch Subventionen gefördert. Insbesondere im Gebäudebereich bedarf es neben dieser Stromwende aber auch einer Wärmewende, da die für Heizung/Kühlung und Trinkwassererwärmung benötigte Energie in Wohngebäuden heute etwa zwei Drittel des Gesamtenergiebedarfs ausmacht. Zurzeit wird diese Wärmewende durch die Anforderungen im Energieeinsparungsgesetz bzw. in der Energieeinsparverordnung in Kombination mit dem Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz auf Gebäudeebene verfolgt. Bei weiteren Verschär­fun­gen des Anforderungsniveaus an das Einzelgebäude werden die Einsparungen hinsichtlich der o. g. Indikatoren jedoch zunehmend geringer. Zudem führen die genannten ordnungs­recht­lichen Steuerungsmechanismen nicht zu dem nötigen Anschub der energetischen Moder­nisierung von Bestandsgebäuden. Auch aus diesen Gründen sehen der Koalitionsvertrag der Regierungsparteien für die 19. Legislaturperiode sowie das 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung vor, zukünftig die Bilanzierung von CO2-Emissionen bzw. –Einsparungen auf Quartiersebene stärker in den Fokus zu rücken und weitere Emissions- und Kosten­reduktionspotenziale zu realisieren.

Ziele

Damit die Energiewende gelingt, müssen geeignete Wärme- und Stromerzeugungs­tech­nologien, abgestimmt auf den optimalen Dämmstandard und den saisonalen Energiebedarf, identifiziert werden. Zur langfristigen Integration erneuerbarer Energien sind neben den energetischen und ökologischen Indikatoren auch geeignete ökonomische Indikatoren notwendig, um tragfähige Geschäftsmodelle zu bewerten. Diese Bewertung erlaubt es z. B. zielgerichtete politische Förderinstrumente zu entwickeln und die Adaption der als optimal bewerteten Technologien und Geschäftsmodelle zu beschleunigen. Gleichzeitig reduziert eine ökonomische Bewertung verschiedener Energieversor­gungskonzepte die Investitionsrisiken der wirtschaftlichen Akteure und trägt zum Abbau von Hemmnissen bei. Ziel des For­schungsvorhabens ist deshalb die Untersuchung verschiedener Energieversorgungskonzepte für unterschiedliche Quartierstypen und die Bewertung der energetischen, ökologischen und ökonomischen Wirkung der untersuchten Versorgungsvarianten.

Das Teilvorhaben „Entwicklung einer geoinformationsdatenbasierten Typisierung städtischer Quartiere“, welches durch das IWU geleitet wird, widmet sich insbesondere der Methoden­entwicklung und Szenarioanalyse. Ein Ziel besteht darin, etablierte Quartiersdefinitionen unter Zuhilfenahme von Geoinformationsdaten (GIS-Daten) zu überprüfen, die Anzahl real exis­tierender Quartiere eines Typs zu Quantifizieren und – falls notwendig – eine angepasste Quartiersdefinition zu entwickeln. Basierend auf diesen Ergebnissen und in enger Zusam­menarbeit mit dem Verbundpartner Institut für Massivbau der Technischen Universität Darmstadt werden zudem verschieden Versorgungsstrategien für festgelegte Typquartiere im Rahmen einer Szenarioanalyse bewertet.

Vorgehen

Die Entwicklung einer Typisierung von Stadtquartieren bedient sich heute flächendeckend verfügbarer GIS-Daten der amtlichen Liegenschaftskataster-Informationssysteme sowie existierender und zugänglicher 3D-Stadtmodelle. Diese Datenbasis erlaubt den Abgleich mit bestehenden Definitionen von städtischen Quartieren bzw. Siedlungsstrukturen. Darüber hinaus wird zudem eine unabhängige Typisierung vorgenommen, die auf vereinfachten Methoden des maschinellen Lernens und/oder klassifizierenden statistischen Verfahren beruhen. Die Untersuchung des Datensatzes erlaubt eine Quantifizierung der Typquartiere und damit die Schaffung einer Verknüpfung von bisher stark aus der Theorie stammenden Quartiersdefinitionen und der GIS-Datenbasierten Empirie des Gebäudebestandes.

Das Vorgehen bei der Szenarioanalyse der Versorgungskonzepte unterschiedlicher Typ­quartiere baut auf den Arbeiten des Verbundpartners Institut für Massivbau auf. Im dortigen Teilprojekt wird eine simulationsbasierte Last- und Erzeugungsgang-Bibliothek für Typgebäude unterschiedlicher Baualtersklassen und energetischer Effizienzniveaus sowie für unter­schiedliche Technologien zum Wärme- und Stromverbrauch bzw. zur Wärme- und Strom­erzeugung aufgebaut. Die Inhalte dieser Bibliothek können vergleichsweise einfach genutzt werden um Typquartiere nachzubilden und die energetischen, ökologischen und ökono­mischen Wirkungen der Energieversorgungskonzepte zu untersuchen.

Unter Einbezug der weiteren Projektpartner werden die Forschungsergebnisse auf ihre prak­tische Relevanz und Umsetzbarkeit hin überprüft und gemeinsam Handlungsempfehlungen für verschiedene Akteursgruppen der Quartiersentwicklung erarbeitet. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens werden der Fachöffentlichkeit im Rahmen einer Informationskampagne in verschiedenen Formaten vorgestellt.

Bearbeitungszeitraum

Dezember 2018 - November 2020

Kontakt

André Müller
Tel.: 06151-2904-18
E-Mail: a.mueller(at)iwu(dot)de

Auftraggeber

  • Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Projektträger Jülich PtJ
    (Förderlinie EnEff.Gebäude.2050 - Förderkennzeichen: 03EGB0014B)

Verbundpartner

  • Institut für Massivbau, Technische Universität Darmstadt

Weitere Projektpartner

  • ABGnova GmbH
  • Energiesparinitiative, Amt für Umwelt, Energie und Klimaschutz, Stadt Offenbach
  • Entega AG
  • E.ON SE
  • Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik
  • Institut für Politikwissenschaften, Technische Universität Darmstadt, Prof. Dr. Kai Schulze
  • HEAG Wohnbau GmbH
  • House of Energy e.V.
  • LCEE Life Cycle Engineering Experts GmbH
  • MHP Management- und IT-Beratung GmbH