Unterstützung bei der Energiewende 08.12.2021, 15:24 Uhr

Fraunhofer berät zum „Energiesystem Stadt“

Städte sind für einen Großteil aller CO2-Emissionen verantwortlich. Hilfestellungen diese zu reduzieren, liefert jetzt der am Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE neu aufgebaute Forschungsschwerpunkt „Energiesystem Stadt“.

Das Fraunhofer IEE bietet Unterstützung für das Gelingen der Energiewende in der Stadt. Foto: panthermedia.net/ heiko119

Das Fraunhofer IEE bietet Unterstützung für das Gelingen der Energiewende in der Stadt.

Foto: panthermedia.net/ heiko119

„Städte bergen enorm große Potenziale für Klimaschutzmaßnahmen, da sich hier bei Energieeffizienz und -erzeugung zahllose Synergieeffekte herbeiführen lassen“, berichtet Dr. Dietrich Schmidt, Abteilungsleiter Thermische Energiesystemtechnik beim Fraunhofer IEE in Kassel. „Als erfahrener Partner aus der Wissenschaft unterstützen wir die Akteure, diese Chancen zu nutzen: Mit unseren im Forschungsschwerpunkt ‚Energiesystem Stadt‘ entwickelten und in der Praxis erprobten Angeboten helfen wir ihnen dabei, integrierte Systeme für eine klimafreundliche Energieversorgung aufzubauen.“ Dabei liegt der Fokus auf der Verzahnung von technologischen, ökonomischen und planerischen Aspekten. Das Hessische Ministerium für Wissenschaft und Kunst hat den Aufbau des Kompetenzfeldes in den vergangenen drei Jahren mit insgesamt sechs Millionen Euro gefördert. In dieser Zeit haben die Forschenden am Fraunhofer IEE bereits zahlreiche Projekte im Bereich der urbanen Energiewende begleitet – von Potenzialanalysen über die technische und wirtschaftliche Konzeption zeitgemäßer Versorgungssysteme und -angebote bis hin zur betrieblichen und ökonomischen Optimierung bestehender Infrastrukturen. Von dem dabei erworbenen Wissen sollen zukünftig Kommunen, Immobilienwirtschaft, Versorger, Industrie und Planer gleichermaßen profitieren.

Der Forschungsschwerpunkt Energiesystem Stadt bündelt Werkzeuge für die urbane Energiewende. Grafik: Fraunhofer IEE

Begleitung von der Ist-Analyse bis zum Monitoring

Für die erfolgreiche Transformation städtischer Energiesysteme beginnen die Forschenden des Fraunhofer IEE mit der Definition des Bilanzraumes sowie der Ziele. Anschließend erfolgt das Erfassen des Status Quo. Darauf aufbauend werden Geschäftsmodelle entwickelt, Szenarien simuliert und die Umsetzung geplant. Erst dann folgt die Realisierung des Vorhabens sowie die Einführung eines umfänglichen Monitorings. Durch den laufenden Vergleich der erhobenen Werte mit den zuvor festgelegten Soll-Werten soll gewährleistet werden, dass die zu Beginn des Projekts definierten Ziele auch in der Praxis erreicht werden.

Für die praktische Umsetzung bietet das Fraunhofer IEE eine Vielzahl aufgabenspezifischer Werkzeuge. Dazu zählen InvestScope für die Berechnung der Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Transformationspfade, EnergyAnts für die zeitliche und räumliche Simulation von Energiesystemen, EnergyPilot für Energiemanagement und Betriebsoptimierung, Pandaplan für Detailplanung und Betrieb von Strom-, Gas- und Wassernetzen, beeDIP für die Netzführung und EnergyConnect für Virtuelle Kraftwerke.

Tools zur Planung der Wärmeversorgung sowie zum Test von Nah- und Fernwärmeoptionen

Einen besonderen Stellenwert im Werkzeugkasten des Fraunhofer IEE hat EQ-City, ein Instrumentenbündel für die Planung der Wärmeversorgung von Quartieren und Städten. Mit dem Tool können verschiedene zentrale wie dezentrale Versorgungskonzepte verglichen und bewertet werden. Zudem ist damit die Vorplanung speziell von leitungsgebundenen Systemen für die Wärmeversorgung möglich. So unterstützt EQ-City die Experten unter anderem bei der Wärmebedarfsermittlung von Neubau- und Bestandsquartieren sowie bei der Auslegung der leitungsgebundenen Wärmeversorgung oder von Einzellösungen mit Speichern und Technologien der Sektorenkopplung. Des Weiteren lassen sich mit dem Programm Energieflüsse und Umweltfaktoren bilanzieren und bewerten, umfassende Wirtschaftlichkeitsanalysen vornehmen und mittels detaillierter Nutzwertanalysen Systemvergleiche durchführen.

Umfangreiche Experimentier- und Testmöglichkeiten für die leitungsgebundene Wärmeversorgung bietet District Lab. Damit können Netzbetreiber, Versorger, Systemplaner und Komponenten-Hersteller mit Unterstützung der Fraunhofer-Forschenden Lösungen, Produkte und Betriebsmodelle experimentell entwickeln, untersuchen und validieren. „Im Kern besteht das District Lab aus einem flexiblen Testnetz mit angeschlossenen Versuchs- und Prüfständen für Quartiers-Wärmeerzeuger sowie einer Teststrecke für Experimente mit Rohrleitungen“, erläutert Dr. Anna Kallert, Abteilungsleiterin Thermische Energiesystemtechnik. Durch mehrere Hardware-in-the-Loop-Einheiten sowie ein digitales Leit- und Regelungssystem lassen sich die Betriebszustände zu jedem Zeitpunkt exakt einstellen und messtechnisch erfassen.

Regelmäßiger Austausch mit allen Projektbeteiligten

Neben der fundierten Analyse und Planung ist der regelmäßige Austausch zwischen allen Projektbeteiligten nach Erfahrung des Fraunhofer-Teams eine weitere maßgebliche Voraussetzung für das Gelingen einer urbanen Energiewende. Deshalb legen die Forschenden in der Prozessbegleitung ein besonderes Augenmerk auf die planerischen und kommunikativen Aspekte der Transformation: Ein geführter Entscheidungsprozess und innovative, erprobte Kommunikations- und Kollaborationsformate sollen dabei helfen, gemeinsam bessere Entscheidungen zu treffen.

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Von Fraunhofer IEE/ Marc Daniel Schmelzer

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