Forschungskolleg NRW

Nachhaltige Energiesysteme im Quartier

Blog

10.01.2020 Sonderbeitrag// Herzlichen Glückwunsch Antonia Stratmann

EURAC RESEARCH

HERZLICHEN GLÜCKWUNSCH ANTONIA STRATMANN ZUM BESTEN POSTER AWARD DER SSPCR!

Am 10.12.2020 stellte Antonia Stratmann auf der internationalen Konferenz „Smart and Sustainable Planning for Cities and Regions“ (SSPCR) in Bozen, Italien, ihr Poster unter dem Titel „How can flexible public spaces contribute to the creation of resource-friendly cities” vor.

Bei einem Willkommens-Getränk zum Auftakt der Konferenz am Dienstagabend konnten (Fach-) Besucher den Autoren der Poster Fragen stellen und diskutieren.

Jedes Poster hatte einen individuellen Code, mit welchem jeder auf der Veranstaltung für sein Lieblingsposter voten konnte. Zusätzlich guckte sich ein wissenschaftliches Komitee die Poster an und beratschlagte anschließend über die Gewinner des Besten Poster Awards.

Am Ende gab es unter den 19 ausgestellten Postern 2 Gewinner!

10.01.2020 Konferenz// Beitrag von Simon Slabik

CENTRAL EUROPE TOWARDS SUSTAINABLE BUILDING 2019 (CESB19)

PRAG, TSCHECHISCHE REPUBLIK

Die Sustainable Built Environment (SBE) Konferenzreihe wurde im Jahre 2000 ins Leben gerufen und wird seitdem auf regional-nationaler und globaler Ebene alle drei Jahre ausgetragen. Das erklärte Hauptziel der Konferenzreihe ist die Verbreitung innovativer Strategien und Entwicklung im Bereich der nachhaltigen Stadtentwicklung an ein möglichst breites Publikum. Durch die 2015 von der EU verabschiedete Resolution „Agenda 2030“ für nachhaltige Entwicklung, teilt die internationale Staatengemeinschaft mit, dass die globalen Herausforderungen nur durch eine internationale Zusammenarbeit zu lösen sind. Die Entwicklung von 17 Zielen für nachhaltige Entwicklung (SDGs), die in Verbindung mit 169 Zielsetzungen alle drei Dimensionen der Nachhaltigkeit abdecken, bilden den Hauptbestandteil dieser Agenda.

Die Fakultät für Bauingenieurwesen, das Klokner-Institut und das Universitätszentrum für energieeffiziente Gebäude (UCEEB) der Tschechisch Technischen Universität in Prag organisierten die Regionalkonferenz bereits zum fünften Mal in Folge. Zu den wichtigsten Themen in diesem Jahr zählten unter anderem: Die innovative Nutzung von Materialien und Produkten in nachhaltigen Gebäuden, Systeme für energieeffiziente Gebäude, nachhaltige Renovierung und Sanierung von Bestandsgebäuden und nachhaltige Stadtentwicklung.

Foto: Die Fakultät für Bauingenieurwesen, das Klokner-Institut und das Universitätszentrum für energieeffiziente Gebäude (UCEEB) der Tschechisch Technischen Universität in Prag organisierten die Regionalkonferenz bereits zum fünften Mal in Folge. 

Unter dem Vorsitz von Petr Hajek hielten Richard Lorch und Harald Müller anfänglich die Keynote-Reden, in welchen sie den aktuellen Diskurs des Klimawandels im Kontext baulicher Fragen ausleuchteten. Harald Müller stellte zudem eine klimafreundliche Variante der Betonproduktion (Öko-Beton oder grüner Beton) vor, welche die Treibhausgasemissionen – im Vergleich zu der gewöhnlichen Herstellung von Beton – reduziert. Die nachfolgenden Sessions befassten sich besonders mit der Thematik der Sanierung und der Materialität sowie deren Einfluss auf einen nachhaltigen Gebäudesektor. In der Kaffee- und Mittagspause war es leicht möglich, mit den verschiedenen Ausstellern und Vortragenden in Kontakt zu treten und über aktuelle Probleme in der Stadtentwicklung und im Gebäudebereich zu diskutieren.

Der zweite Tag der Konferenz wurde durch Keynote-Reden von Frau Dr. Österreicher, Herrn Treberspurg und Herrn Prof. Dr. Lützkendorf eingeleitet. Im Fokus hierbei stand zum einen die großflächige Stadtentwicklung in Österreich am Beispiel der Seestadt Aspern in Wien und zum anderen die Betrachtung von Nachhaltigkeitsuntersuchungen mit verschiedenen Ausgangspunkten. Im Rahmen des Forschungskollegs NEQ konnten wir im September 2019 unteranderem die Seestadt Aspern besuchen und die planerischen und praktisch umgesetzten Konzepte vor Ort inspizieren.

Den Abschluss bildeten am dritten Tag der Konferenz weitere Sessionblöcke, welche die Ma-terialität, das Recyclingpotenzial von Baustoffen, Prozesse der Politikgestaltung, Sensibilisie-rungskampagnen und ökonomische Optimierungsinstrumente thematisierten.

Alles in allem war die Konferenz in Prag eine durchaus spannende Veranstaltung, die tiefe Einblicke in die sehr breit aufgestellte Forschungslandschaft im Kontext Nachhaltigkeit und gebaute Umwelt geliefert hat. Die Schlussfolgerungen und aufgestellten Hypothesen gilt es jetzt zu bestätigen und vertiefend zu beforschen, um effektive Maßnahmen zu entwickeln, dem Klimawandel entgegenzutreten.

10.01.2020 Dissertationsthema// Beitrag von Lisa Taruttis

INVESTITIONEN IN NACHHALTIGE ENERGIESYSTEME UND ENERGIEEFFIZIENZFÖRDERNDE MASSNAHMEN

AUS SICHT VON (PRIVATEN) HAUS- UND WOHNUNGSEIGENTÜMER*INNEN

In Deutschland entfallen rund 35% des Endenergiebedarfs sowie etwa ein Drittel der Treibhausgasemissionen auf den Gebäudesektor. Gemäß der Energieeffizienzstrategie Gebäude (ESG) strebt die Bundesregierung bis 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand an, um die im Klimaschutzplan 2050 festgeschrieben Ziele zu erreichen. Hierzu sollen zum einen die Energieeffizienz von Gebäuden verbessert und zum anderen der verbleibende Energiebedarf überwiegend durch erneuerbare Energien gedeckt werden. Ein Hauptaugenmerkt bei der Umsetzung liegt dabei auf energetischen Sanierungsmaßnahmen von Bestandsgebäuden, da ein Großteil der in 2050 bestehenden Gebäude bereits heute existiert.  

In der ersten Kohorte des Kollegs hat sich mein Vorgänger Dr. Paul Baginski mit „Entscheidungsdeterminanten für energieeffiziente Sanierungen privater Gebäudeeigentümer*innen“ auseinandergesetzt und konnte so bereits verschiedene Schlüsselfaktoren sowie Hemmnisse für bzw. gegen Investitionen in verbesserte Energieeffizienz feststellen. Zielsetzung meines Promotionsvorhabens ist es nun, auf diese Ergebnisse aufzubauen und verschiedene ökonomische Effekte, die aus diesen nachhaltigen Investitionen resultieren, empirisch zu untersuchen. Im Fokus liegen hier zum einen die Aufdeckung möglicher geldwerter Vorteile, die durch energetische Sanierungsmaßnahmen generiert werden können, zum anderen steht die Analyse von Nachbarschafts- und Netzwerkeffekten im Vordergrund, denn gerade in Hinblick auf Quartierslösungen sind diese möglichen „Spillover“-Effekte von besonderem Interesse. Außerdem werden potenziell auftretende regionale Disparitäten untersucht, sodass eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf verschiedene Quartiere ermöglicht wird.

Zur Umsetzung meiner kumulativen Dissertation werde ich in mehreren Studien u.a. auf verschiedene ökonometrische Modelle sowie kleinräumige Rasterdaten zurückgreifen. Im Gegensatz zu höher skalierten Daten (zum Beispiel auf NUTS3-Ebene) ist es somit möglich, die Betrachtungsebene „Quartier“ für mich bestmöglich abzubilden. Die inter- und transdisziplinäre Ausrichtung unseres Forschungskollegs bietet außerdem die Möglichkeit, das „Quartier“ aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten, wodurch im Laufe des Promotionsprozesses durchaus weitere, spannende Forschungsfragen auftreten und zusammen bearbeitet werden können.  

10.01.2020 Konferenz // Beitrag von Dione Hernández Galvis

SMART CITY EXPO WORLD CONGRESS 2019

Der Smart City Expo World Congress ist auf ihrem Gebiet eine führende internationale Veranstaltung, die bereits 2011 begann. Dieses Jahr fand sie vom 19. bis 21. November in Barcelona statt. An der Veranstaltung nahmen 25.000 Menschen aus aller Welt teil. Die Fülle der Themen und Projekte, die an diesen drei Tagen vorgestellt wurden, sind erstaunlich. Der Kongress umfasst viele Themen, die den Zielen der Graduiertenschule entsprechen, was die Teilnahme an diesem dreitägigen Projekt motivierte, und die insbesondere in Bezug auf die Digitalisierung der Energiewende neue Perspektiven boten.

Das Motto der Veranstaltung lautete „Cities made of dreams“ und die Eröffnungsrede spielte auf eines der berühmtesten Zitate von Eleanor Roosevelt an: „Die Zukunft gehört denen, die an die Schönheit ihrer Träume glauben.“ Ziel der Konferenz war es, von einer intelligenten urbanen Revolution zu träumen, die durch verschiedene Treiber ausgelöst wird: Digitale Transformation, städtische Umwelt, Mobilität, Governance und Finanzen sowie Inclusive und Sharing Cities. Parallel dazu gab es Workshops und Rahmenveranstaltungen zu Smart Cities und Regionen, Digitalisierung, Analytik und Infrastruktur.

Da erneuerbare Energien für die Realisierung von Smart Cities von besonderer Bedeutung sind, ist die Relevanz der saisonalen Speicherung von Strom selbstverständlich. Die Stadt Stockholm und der Königliche Seehafen Stockholm boten einen interessanten Einblick in ihre Herausforderungen und Lösungen in diesem Bereich. In diesem Sinne präsentierte auch die Europäische Energieforschungsallianz Beispiele für bewährte Verfahren und diskutierte die besten Wege zur Umsetzung. Außerdem stellte sich Yostina Beules aus London der Frage: „Welche Maßnahmen müssen die Kommunalverwaltungen umsetzen, um die Energieeffizienz zu verbessern und die Emissionen zu senken?“ Da ihr Fachgebiet die Energiewende ist, waren ihre Herangehensweise an das Thema und der Bezug auf „4.0-Technologien“ als Enabler der Energiewende besonders aufschlussreich.

Darüber hinaus wurden Strategien, damit Städte und Nationen mittels IoT, City-Plattformen und internationalen Standards „smart“ sind, gründlich analysiert, diskutiert und vereinbart. Es sollte erwähnt werden, dass der Kongress zahlreiche Sitzungen über die Entwicklung intelligenter und nachhaltiger Städte hatte, die nicht nur bewährte Praktiken und Leitlinien, sondern auch Methoden anboten.

10.01.2020 Dissertationsthema // Beitrag von Simon Slabik

DIE ÖKOBILANZIELLE BEDEUTUNG DES QUARTIERS

NEUBAU, SANIERUNGS- UND MODERNISIERUNGSMASSNAHMEN UND DEREN UMWELTRELEVANTE AUSWIRKUNGEN

Das Quartier bietet im baulichen Kontext eine interessante und eine immer stärker in den Fokus rückende Betrachtungsebene. Als Schnittstelle zwischen individuellen Gebäuden und der gesamten urbanen Struktur, bietet es ein umfangreiches Untersuchungsspektrum. Der Gebäudesektor ist in Deutschland für etwa ein Drittel aller CO2-Emissionen verantwortlich. Auch im Hinblick verschiedener politischer Zielsetzung verpflichtete sich die Bundesregierung beispielsweise bis 2050 eine Minderung des Primärenergieverbrauchs im Gebäudebereich um 80 Prozent herbeizuführen. Die energetische Sanierung des Gebäudebestandes ist hierbei essenziell, da der Großteil des Gebäudebestandes auch noch im Jahr 2050 existent sein wird. Die Synthese aus der Aufwertung der bauphysikalischen Gebäudehülle und der Integration von nachhaltigen und effizienten Energiesystemen gewährleistet eine positive Auswirkung auf umweltrelevante Auswirkungen durch die Minimierung der betrieblichen Wärme- und Strombedarfswerte.

Zur Betrachtung und Bewertung der umweltspezifischen Auswirkungen wird die Methode der Ökobilanz (entsprechend der DIN EN 15978) auf das Betrachtungsgebiet Quartier übertragen. Hierbei steht ein holistischer Ansatz im Vordergrund, welcher neben der Gebäudestruktur auch die Infrastruktur, Leitungen und sonstige Verkehrs- und Freiflächen analysiert. Räumliche und Zeitliche Systemgrenzen müssen entsprechend justiert werden und eine sinnvolle funktionelle Einheit dient der Quantifizierung des Nutzens und für die Verwendung als Vergleichseinheit. Letztendlich wird die Adaption an verschiedenen Quartieren umgesetzt und validiert.

Im Rahmen des Forschungskollegs Nachhaltige Energiesysteme im Quartier wird eine zusammenhängende Bearbeitung der Forschungsfrage ermöglicht. Die inter- und transdisziplinare Ausrichtung liefert zudem tiefe Einblicke in den komplexen Zusammenhang zwischen baustofflichen und energetischen Modernisierungen, ökonomischen Parametern und der ökologischen Umstrukturierung der gebauten Umwelt.

18.12.2019 Dissertationsthema // Beitrag von Antonia Stratmann

WIE KÖNNEN FLEXIBLE STÄDTEBAULICHE STRUKTUREN EINE NACHHALTIGE QUARTIERSENTWICKLUNG SCHAFFEN?

Die Ansprüche der Gesellschaft an ihre gebaute Umwelt, als auch ökologische und ökonomische Faktoren, erfordern eine stetige Anpassung der öffentlichen Stadtraumflächen und ihren Nutzungen. Obwohl lediglich drei Prozent der Erdoberfläche aus Städten besteht, sind diese die wesentlichen Treiber des Klimawandels. Raum- und Stadtplaner haben mit Verstädterung, Bodenversiegelung, Ressourcenknappheit und Umweltbelastungen zu tun und spielen eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung von nachhaltigen Anpassungsmaßnahmen und bei der Sicherung der Klimastabilität von Raumentwicklungen.

Grafik1

Abbildung 1: Indikatoren des Klimawandels und der Stadtentwicklung: Umdenken in Politik und Gesellschaft

Entwicklungstrends lassen über nahezu alle nutzungsrelevanten Erscheinungsformen hinweg in ihren räumlichen Auswirkungen eine Dynamisierung des städtebaulichen Nutzungsgefüges erkennen. Eine immer kürzere Laufzeit und Gültigkeit räumlicher Festsetzungen von Standorten für einzelne Nutzungen erfordern neue Lösungswege in der Stadtplanung. Da Zukunftsprognosen ungewiss sind, ist es notwendig, Lösungswege zu finden, welche flexibel, anpassungsfähig und offen für Veränderungen sind.

Ziel der Forschungsarbeit ist, einzelne Bausteine für eine flexible Flächennutzung in einem Quartier zu entwickeln und diese in einer Toolbox darzustellen. Das Konzept der Toolbox eignet sich, da einzelne Bausteine unabhängig voneinander im Raum und den Gegebenheiten entsprechend angewendet werden können. Die Toolbox ist somit selbst über die Zeit anpassbar, offen für neue Tools und bietet gleichzeitig einen strukturellen Rahmen und Orientierungshilfen.

Mit dem Ziel, städtebauliche Flexibilität in der Quartiersentwicklung zu schaffen, soll erstens untersucht werden, wie Flexibilität im Städtebau definiert wird; zweitens welchen Einfluss flexible Strukturen auf den Städtebau haben und im letzten Schritt, wie sich eine nachhaltige Quartiersentwicklung mit flexiblen städtebaulichen Strukturen am Beispiel eines Untersuchungsraums gestalten lässt.

Aktuell beschäftige ich mich mit den Fragen rund um Flexibilität von und in städtebaulichen Räumen. Was bedeutet Flexibilität im Städtebau? Ab wann sind Strukturen flexibel? Welche Erwartungen haben Nutzer*innen an flexible Flächennutzungen? Welche Arten/ Formen von Flexibilität gibt es? Welchen Einfluss hat Flexibilität auf den Städtebau? Welche Definitionen findet man dazu in der Literatur?

Nach ersten Literaturrecherchen ist herausgekommen, dass flexible öffentliche Flächen nachhaltige, ressourcenfreundliche Stadtplanung gewährleisten, weil …

gefördert vom

koordiniert durch

in Kooperation mit

… SIE ANPASSUNGSFÄHIG SIND

+ FÜR UNTERSCHIEDLICHE NUTZUNGEN
+ FÜR NUTZER*INNEN
+ IN ZEITEN VON UNSICHERHEIT

… SIE WENIGER BODEN VERBRAUCHEN

+ NUTZUNGEN KÖNNEN GLEICHZEITIG STATTFINDEN
+ UND/ODER NEBENEINANDER
+ BIETET HYBRIDE RAUMORGANISATIONEN

Aus diesen Punkten ist folgende Definition entstanden: „Flexibilität ist ein Gestaltungsinstrument zur Erzielung einer nachhaltigen Raumplanung. Flexibilitätsmaßnahmen sind: reversibel, abnehmbar, anpassungsfähig, einstellbar und/oder erweiterbar. Die Flexibilitätskriterien sind: Veränderungs- und Rekonstruktionsmöglichkeiten, Potenzial der Erweiterungsmöglichkeiten und die Möglichkeit der Wiederverwendung.“

Im Folgenden wird ein Ausblick und Beispiele für die Gestaltung von flexiblen öffentlichen Plätzen gegeben. Für die Dissertation soll noch weiter recherchiert werden, welchen Einfluss flexible Strukturen im Städtebau haben.

Abbildung 2: Öffentlicher Raum in La Barceloneta, Barcelona, Spanien

Abbildung 3: Öffentlicher Raum in der Seestadt Aspern, Wien, Österreich

Die Abbildungen 2 und 3 zeigen öffentliche Räume in zwei Großstädten. Der öffentliche Raum in La Barceloneta (Abbildung 2) wurde bereits 1983 geplant, der öffentliche Raum in Aspern (Abbildung 3) ist 2009 nach aktuellen Planungsleitlinien, und mit dem Wissen um die Notwendigkeit von Flexibilität und Anpassungsfähigkeit, umgesetzt worden. Obwohl die beiden Plätze zu unterschiedlichen Zeiten gebaut worden sind haben sie einiges gemeinsam: eine breite Flaniermeile, Aufenthalts- und Verweilmöglichkeiten durch Bänke, Begrünung und Licht.

Im nächsten Blogbeitrag zum Stand meines Dissertationsthemas soll der Einfluss von flexiblen städtebaulichen Strukturen auf eine nachhaltige Quartiersentwicklung aufgezeigt werden, um das Forschungsziel eine Toolbox zu entwickeln, welche diverse Bausteine zur nachhaltigen Umsetzung (zeitlich und inhaltlich) beinhaltet, zu erreichen.

11.12.2019 Dissertationsthema // Beitrag von Anne Paulus

NACHHALTIGE MOBILITÄT IM QUARTIER

EINE AKZEPTANZSTUDIE

Der Fokus dieses Projekts liegt auf der Untersuchung von aktuellem Verkehrsverhalten und nachhaltigen Mobilitätsentscheidungen als Basis für zukünftige nachhaltige Mobilität. Ziel des Projekts ist es, praxisrelevante Informationen zu generieren, wie nachhaltiges Mobilitätshandeln durch quartiersspezifische Angebote erreicht werden kann. Nachhaltiges Mobilitätshandeln meint bewusste Investitionsentscheidungen in ÖV-Zeitkarten, Elektroautos, Pedelecs, die Mitgliedschaft in Sharing-Gemeinschaften o.ä., die die Grundlage und Ausgangsvoraussetzungen für zukünftiges nachhaltiges multimodales* Verkehrsverhalten darstellen.

Die Probleme im Verkehrssektor können allein durch erneuerbare Antriebsformen nicht gelöst werden. Wichtig ist, dass die Transformation mit Verhaltensänderungen einhergeht. Verkehrssysteme müssen effizient gestaltet werden, ohne die Mobilität insgesamt einzuschränken. Dies soll durch Verkehrsverlagerungen auf weniger energieverbrauchende Transportmittel wie Fahrrad und ÖV, den Einsatz von E-Mobilität für kurze Wege und die gemeinsame Nutzung von Pkws im Carsharing oder Ridepooling erreicht werden. Für dieses nachhaltige Mobilitätshandeln ist Akzeptanz und Befürwortung der Transformation durch die Bevölkerung zentral. Zur Akzeptanz nachhaltiger Mobilität, dem zugehörigen mobilitätsbewussten Handeln und der Praxis dieses neuen Verkehrsverhaltens besteht allerdings noch Forschungsbedarf.

Da die Wahl des Verkehrsmittels unmittelbar mit seiner direkten Verfügbarkeit zusammenhängt, sollte die Untersuchung von Mobilitätshandeln in die Wohnsituation der Menschen eingebettet werden. Die meisten Wege starten und enden am Wohnort, weshalb das Quartier als Untersuchungsgebiet und Forschungsebene sinnvoll ist.

Den Kern dieser Forschung bildet eine quantitative Befragung in drei ausgewählten Bochumer Stadtteilen. Mit Fragen zur Verfügbarkeit von Verkehrsmitteln, zur aktuellen Verkehrsmittelnutzung, zu zurückgelegten Wege sowie Fragen zur Bereitschaft für Verhaltensänderungen und zu potenziellen Investitionsentscheidungen soll die Akzeptanz der Bevölkerung für Verhaltensänderungen analysiert werden. Die Befragung einer repräsentativen Stichprobe innerhalb eines Quartiers und der Vergleich von mehreren Quartieren mit unterschiedlicher struktureller Ausstattung (z. B. in Verkehr, Demographie, sozialer Lage) ermöglichen es, Unterschiede innerhalb eines Quartiers und Unterschiede zwischen den Quartieren aufzuzeigen.

Mit der Untersuchung von Investitionsentscheidungen, als Grundlage für multimodales Mobilitätshandeln und der Bereitschaft für Verhaltensänderungen, nimmt dieses Projekt einen zentralen Punkt der qualitativen Transformation des Mobilitätsverhaltens in den Blick.

*Multimodales Verkehrsverhalten meint den Wechsel zwischen verschiedenen Verkehrsmitteln.

05.12.2019 Konferenz // Beitrag von Christian Thommessen

ISGT EUROPE 2019

BEDEUTUNG DER KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG FÜR DEUTSCHLANDS ZUKÜNFTIGE ENERGIEVERSORGUNG

Die IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT Europe) fand vom 29. September bis 2. Oktober in Bukarest (Rumänien) an der dort ansässigen polytechnischen Universität statt. Die ISGT Europe ist eine der beiden wichtigsten Konferenzen des IEEE in Europa und international äußerst angesehen. Grundsätzliche Schwerpunkte sind die Industrie- und Fertigungstheorie, Anwendungen für die breite Anwendung von Informations- und Kommunikationstechnologien sowie die Integration erneuerbarer Energien in Stromnetze. An der Konferenz nahmen etwa 400 Vertreter aus Forschung und Praxis aus der ganzen Welt teil. Diesjähriges Hauptthema war „New Businesses for Energy Transition“ und beinhaltete Keynotes, Plenarsitzungen, Panels, Industrieausstellungen, Paper- und Posterpräsentationen sowie Tutorials zum Smart Grid und verwandten Technologien.

Das Forschungskolleg „Nachhaltige Energiesysteme im Quartier“ wurde durch M.Sc. Christian Thommessen vom Lehrstuhl Energietechnik der Universität Duisburg-Essen und seinem Beitrag „Significance of Cogeneration for Germany’s Future Energy Supply“ („Bedeutung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) für Deutschlands zukünftige Energieversorgung“) vertreten. Hintergrund dieses Beitrags ist, dass der fortschreitende Ausbau der erneuerbaren Energien zu Veränderungen in der Energieversorgung führt. Die Stromerzeugung erfordert zunehmend mehr Flexibilität, da die Abhängigkeit von der volatilen Einspeisung durch z.B. Windkraftanlagen zunimmt. Diese Entwicklungen haben zur Folge, dass sich die Betriebszeiten konventioneller Kraftwerke charakteristisch ändern, was im Wesentlichen mit der Aufgabe der Residuallastabdeckung zusammenhängt, die von steuerbaren Systemen übernommen werden muss. Aktuelle Studien identifizieren die zukünftige Flexibilitätsherausforderung zwar, allerdings richtet sich ihr Fokus häufig starr auf einen Energiesektor. Das im Rahmen der ISGT Europe 2019 veröffentlichten Paper analysiert die Rolle dezentraler KWK-Anlagen als flexible Versorgungsoption in Deutschlands städtischen Energiesystemen. Die Ergebnisse zeigen, dass große Schwankungen der Residuallast durch KWK-Anlagen abgedeckt werden können und Synergien zwischen unterschiedlichen Sektoren geschaffen. Darüber hinaus wird die Notwendigkeit der Sektorenkopplung aufgezeigt.

Das Konferenzprogramm sah die Präsentation des Papers vor. Im Anschluss daran wurden Diskussionen über die zukünftige Nutzung bestehender Infrastruktur (z.B. grüne Gase im Erdgasnetz), der Ausbau von Wärmenetzen in Deutschland sowie die Notwendigkeit von Änderungen der bestehenden Rechtsrahmenbedingungen geführt. Die endgültigen Schlussfolgerungen sollen hier in komprimierter Form zusammengefasst werden:

  • eine flexible und zu 100 % erneuerbare Abdeckung der verbleibenden Residuallast muss gewährleistet werden;
  • ein verteiltes System mit (grüner) gasbefeuerter Kraft-Wärme-Kopplung, Wind- und Solaranlagen kann saubere Energie liefern;
  • Sektorenkopplung ist ein komplexes Thema hinsichtlich: Technologie, Regulierung, Organisation, Vernetzung und Kooperation;
  • Kraft-Wärme-Kopplung bedeutet die Nutzung von Potenzialen, weil sie hocheffizient und wirtschaftlich ist;
  • in Deutschland ist ein Ausbau der Wärmenetze erforderlich;
  • eine schrittweise Umstellung des Gasnetzes muss grünes Gas für die Versorgung der verbleibenden Residuallast bereitstellen;
  • es in jedem Fall wichtig, die Flexibilitätsanforderungen des Stromnetzes zu berücksichtigen.

Nach der Sitzung dankte Professor Virgil Dumbrava für den interessanten Vortrag. Er ermutigte alle Anwesenden der Sitzung, weiterzuarbeiten und auf der Konferenz im nächsten Jahr weitere Fortschritte der Forschungen zu präsentieren. Besonders spannend fand er den Beitrag des Forschungskollegs. Deshalb überreichte er ein Zertifikat.

Foto: Christian Thommessen (Universität Duisburg-Essen, Lehrstuhl Energietechnik) erhält das Zertifikat vom Leiter der Sitzung Virgil Dumbrava (Professor an der polytechnischen Universität Bukarest).

27.11.2019 Dissertationsthema // Beitrag von David Kröger

STROMMARKT- UND NETZSIMULATIONEN

UNTER BESONDERER BERÜCKSICHTIGUNG EINER ZUNEHMENDEN KOPPLUNG DES STROM- UND WÄRMESEKTORS IM QUARTIER

Integrierte Energiesysteme, in denen die Sektoren Strom und Wärme miteinander gekoppelt sind, besitzen das Potential zur effizienten, emissionsarmen und flexiblen Bereitstellung von Energie. Ziel meiner Forschung ist es zu untersuchen, wie sich eine zunehmende Kopplung der Sektoren Strom und Wärme im Quartier auf Europäische Strommärkte und das Übertragungsnetz auswirkt.

Die gemeinsame Erzeugung von Strom und Wärme in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWKA), sowie die Erzeugung von Wärme mithilfe von Power-to-Heat-Anlagen (PtHA) auf Basis Erneuerbarer Energien (EE) eröffnen das Potential zur Dekarbonisierung des Wärmesektors. Gleichzeitig können Technologien der Strom-Wärme Sektorenkopplung dabei helfen, die dargebotsabhängige Stromerzeugung aus EE in das System zu integrieren. Entsprechend ihrer Ausführung besitzen KWKA einen oder zwei betriebliche Freiheitsgrade. In KWKA mit zwei Freiheitsgraden kann die Einspeisung thermischer und elektrischer Leistung teilweise getrennt voneinander gesteuert werden und dadurch kurzfristig zur EE-Systemintegration beitragen. In Zeiten negativer Residuallast können besonders großtechnische PtHA genutzt werden, um Überschüsse im Stromsektor in den Wärmesektor zu überführen und dort zu nutzen. Durch den zusätzlichen Einsatz von Wärmespeichern kann eine zeitliche Entkopplung von Wärmeerzeugung und –verbrauch realisiert werden, wodurch sich die Flexibilität des Gesamtsystems weiter erhöht.

Im Rahmen des Forschungskollegs Nachhaltige Energiesysteme im Quartier (NEQ) wird eine bereits bestehende europäische Strommarkt- und Übertragungsnetzsimulationsumgebung dahingehend weiterentwickelt, den realitätsnahen Einsatz von KWKA und PtHA abbilden zu können und die sich daraus ergebenden Implikationen für Strommärkte und –netze untersuchen und bewerten zu können. Zur Modellierung des Wärmesektors wurden im ersten Schritt Standorte, installierte Erzeugungsanlagen und Speichertechnologien sowie Wärmebedarfe einer Vielzahl von Wärmenetzen in Europa recherchiert und zeitlich aufgelöst. Daraufhin sollen die sich aufgrund der Sektorenkopplung ergebenden zusätzlichen Einsatzrestriktionen und Freiheitsgrade im Betrieb, sowie unterschiedliche Zielfunktionen von Anlagen berücksichtigt und implementiert werden. Abschließend kann der Einsatz von KWKA und PtHA sowie Wärmespeichern bestimmt und Untersuchungen bezüglich der Flexibilität und Netzbelastung durchgeführt werden.

Die zweite Phase des Forschungsvorhabens befasst sich insbesondere mit Fragestellungen der Sektorenkopplung auf Quartiersebene. Für unterschiedliche Durchdringungsraten der in der ersten Förderperiode entwickelten Lösungsansätze werden Untersuchungen hinsichtlich der Auswirkungen auf europäische Elektrizitätsmärkte und das kontinentaleuropäische Verbundnetz durchgeführt.

20.11.2019 Dissertationsthema // Beitrag von Dione Hernández Galvis

DIGITALISIERUNG DER ENERGIEWENDE

RECHTSRAHMEN FÜR EINEN EFFIZIENTEREN EINSATZ VON SOLARENERGIE IM SMARTEN QUARTIER

Ziel der Forschung ist es, einen Vorschlag zur Optimierung des derzeitigen deutschen Rechtsrahmens zur Fortsetzung der Energiewende durch die Digitalisierung und zur effizienteren Nutzung der Solarenergie im Quartier zu erarbeiten.

Der bestehende deutsche Rechtsrahmen stellt zunehmend nicht mehr den Motor, sondern vielmehr den Hemmschuh für die deutsche Energiewende dar. Speziell im Bereich der Solarenergie gibt es das Problem, dass aufgrund der Mieterstromproblematik Hausbesitzer zu Unternehmern werden. Außerdem darf der Sonnenstrom nicht im Quartier verteilt werden. Die Hauptfrage wird daher sein, in welchem Ausmaß sich rechtliche Rahmenbedingungen verändern müssen, um die Chancen Digitalisierung für die Energiewirtschaft nutzbar zu machen. Im Fokus steht dabei das Energierecht, das allgemeine Zivil- und Vertragsrecht, das Datenschutzrecht sowie das IT-Sicherheitsrecht.

Zunächst wird der Ist-Zustand des deutschen Rechtsrahmens untersucht. Anschließend soll mittels einer vergleichenden Analyse der anderen modernen Gesetzgebung, verschiedener Regulierungsansätze und Best Practice-Beispielen ein Reformvorschlag erarbeitet werden. Bei der vergleichenden Analyse wird der Fokus auf die EU-Ebene gelegt werden. Darüber hinaus ist auch eine Einbeziehung übereuropäischer ‚Best Practices‘ nicht ausgeschlossen. Die zu vergleichenden Staaten werden festgelegt, nachdem die Defizite im deutschen Rechtsrahmen identifiziert wurden. Anhand dessen kann besser bewertet werden, welche Regelungsansätze/Rahmen/Steuerungsmittel o.ä. zweckmäßig in Deutschland eingesetzt werden können.

Als Hauptuntersuchungsgegenstände kommen dabei sog. „Smart Contracts“, das IoT, die Digitalisierung als Megatrend und die neuen Geschäftsmodelle (diese würden die Verbindung zum Quartier verfassen, z.B. die Prosumers und die Verteilung der Solarenergie im Quartier) ins Spiel. Der Begriff „Quartier“ ist dem deutschen (Energiewirtschafts-)Recht zunächst fremd, jedoch kennt es quartiersrelevante Anordnungen im Sinne von Kriterien, welche für die Bildung und Abgrenzung eines Quartiers hilfreich sein können. Wir müssen die unaufhaltsame Entwicklung neuer Szenarien anerkennen, die in unseren derzeitigen rechtlichen Dimensionen oder Rahmenbedingungen noch nicht vorgesehen sind. Die schier unvorstellbaren Entwicklungen, mit denen wir durch den technischen Fortschritt konfrontiert sein werden, stellen unsere Institutionen und unser Zusammenleben in der Gesellschaft vor große Herausforderungen. Dennoch ist die Berücksichtigung der Rahmenbedingungen notwendig, da diese die Akteure maßgeblich beeinflussen. Ohne eine umfangreiche Digitalisierung der Energiewirtschaft wird die beabsichtigte Energiewende nur schwer zu erreichen sein. Nach dem Motto „Think Global, Act Local“ hilft die interdisziplinäre Herangehensweise zum einen bei der gegenseitigen Beantwortung von Forschungsfragen des Forschungskollegs, zum anderen aber auch bei der positiven Gestaltung der zukünftigen gesellschaftlichen und politischen Herausforderungen.

13.11.2019 Dissertationsthema // Beitrag von Sina Diersch

Die menschenfreundliche Gestaltung urbaner Mobilität im Kontext der Energie- und Ressourcenwende, ist eine der wesentlichen Herausforderungen, mit denen sich die Mobilitäts- und Stadtplanung derzeit konfrontiert sieht. Im städtischen Raum stellt Nahmobilität, die energieeffizienteste, gesündeste, klima- und ressourcenschonendste Form der Mobilität, die ‚Basismobilität‘ und somit den Grundbaustein für eine sozial-ökologische Verkehrswende dar. Einer Verkehrswende, die als zentraler Bereich der Energiewende, neben (technischer) Infrastruktur ebenso die Etablierung flexibler Handlungs- und Verhaltensweisen und die Schaffung neuer Zuständigkeiten und Regulierungsanforderungen erfordert. In diesem Kontext dienen Stadtquartiere als Inkubatoren der Entwicklung evidenter Lösungsansätze. Denn, in ihrer Funktion als Quell- und Zielort der Alltagsmobilität können sie sowohl Initiator eines Bewusstseins- und Verhaltenswandels als auch Impulsgeber für Veränderungen von Rahmenbedingungen und Entscheidungsstrukturen sein. Oft scheitert die Umsetzung von Innovationen der Mobilitätsforschung allerdings am Transfer in die Praxis. Das Setzen realweltlicher und experimenteller Impulse, mithilfe derer Mobilität nicht nur im Sinne einer technologischen, sondern ebenso einer institutionellen Experimentierkultur erlebbar gemacht wird, kann in diesem Zusammenhang neue Perspektiven für die Verkehrswende als transformativen Lernprozess aufzeigen.

Zielsetzung meines Promotionsvorhabens im Rahmen des Forschungskollegs NEQ ist es dementsprechend, mithilfe explorativer Ansätze der Transformationsforschung resp. transformativer Forschungsansätze, umsetzungsorientierte und experimentelle Perspektiven urbaner Nahmobilität im und für den realen städtischen Kontext des Quartiers zu untersuchen. Einem Lern- und Möglichkeitsraum, in dem in einem transdisziplinären und co-kreativen Prozess mobilitätsrelevante Experimental-Settings operabel gemacht und wissenschaftliche und außerwissenschaftliche Perspektiven im Realexperiment verknüpft werden können. Realexperimente sind in diesem Kontext als Instrumente der transformativen Wissensgenerierung und -anwendung zu betrachten. Mit ihrer Hilfe soll Forschung in die Praxis übertragen und weiterentwickelt werden. Der anwendungsorientierte Forschungsansatz des Vorhabens unter der forschungsleitenden Fragestellung ‚Welche Perspektiven für die Transformation urbaner Nahmobilität ergeben sich durch Realexperimente im Quartier?‘ liegt demzufolge in der ‚Knowledge-Action-Gap‘ urbaner Mobilitätsforschung und -planung. Zur Evaluation relevanter Umsetzungsstrategien steht zunächst die Kontextualisierung der wechselseitigen Dynamiken von Gesellschaft, Raum und Governance im Mittelpunkt der Untersuchung. Darauffolgend gilt es, Realexperimente in Hinblick auf ihre Wirkung auf jene Dynamiken in einem iterativen Prozess systematisch zu evaluieren. Darüber hinaus steht die Relevanz transformativer Forschungsformate als Experimentierräume der Mobilitätsforschung im Zentrum des Forschungsinteresses.

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