EnEff:Stadt. Carsten Beier, Fraunhofer UMSICHT Lüneburg, 11. November 2015

Transkript

1 EnEff:Stadt Carsten Beier, Fraunhofer UMSICHT Lüneburg, 11. November 2015

2 Handlungsebenen der Energiewende Strom Wärme Gas Gebäude Demonstrationsprojekte, Einzeltechnologie, Systemanschluss, 1 Eigentümer, Objektoptimum Quartier Demonstrationsprojekte, Zusammenspiel von Technologien/Objekten/Akteuren, Verteilnetze, Potenziale integrale/systemische Betrachtung Stadt Klimaschutzkonzepte, Potenzialanalysen, Stadtplanung, Verteilnetze, lokale Energieversorger, Wärmemarkt, Lokalpolitik D Gesamtsystemanalysen, überregionale Infrastruktur, politische Ziele, Förderprogramme, Strommärkte

3 Energieeffiziente Stadt Förderinitiative des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie Projekte zur Entwicklung Energieeffizienter Stadtquartiere

4 Energieeffiziente Stadtquartiere Verbindung zwischen Gebäude Stadt - Region Kostenreduktion -Nutzung existierender Systeme und Strukturen, günstige spezifische Kosten, Verbundlösungen Integraler Lösungsansatz große ökonomische und energietechnische Effizienzpotenziale durch Kombination von Sanierung & Neubau Senkung Wärmebedarf vs. eff./reg. Energieversorgung zentrale vs. dezentrale Versorgung Energiequellen & Energieverbraucher Netze & Speicher Strom & Wärme 5

5 Start 2007 Erste EnEff:Stadt-Projekte Karlsruhe Kassel München Bad Aibling

6 Projektbeispiele/-themen Wirtschaftliche Sanierung von MFH der 1950er und 1960er Jahre

7 Projektbeispiele/-themen Konversion Sonderthemen z.b. vorgefertigte Holzbauweise

8 Projektbeispiele/-themen Simulationsbasierte Optimierung energieeffizienter Wärmenetze mit Integration dezentraler, erneuerbarer Wärmeerzeuger

9 Projektbeispiele/-themen Campus-Projekte komplexe Areale, erhöhte Anforderungen

10 LowEx-Wärmenetze Projektbeispiele/-themen

11 Projektbeispiele/-themen Versorgung eines kleinteiligen Gebietes mit Fernwärme Dezentrale regenerative Wärmeerzeugung und Integration in Wärmeverbundnetz

12 Projektbeispiele/-themen Abwärmenutzung Gewerbe-/Wohngebiet

13 Projektbeispiele/-themen Zentrale Gasmotor-Wärmepumpe + Geothermie in Verbindung mit wirtschaftlichen Sanierungskonzepten für ein MFH-Quartier

14 Projektbeispiele/-themen Energetische Nutzung von Schwarzwasser

15 Projektbeispiele/-themen Plusenergiehaussiedlung mit PV+Geothermie/BHKW+NW Integration externer Projekte

16 Projektbeispiele/-themen Klimaneutraler Campus, repräsentative Gebäude mit hoher Energieeffizienz KWK mit Aquiferspeicherung und kaskadierter Energieversorgung

17 Projektbeispiele/-themen Rebound-Effekte, Vergleich gleichartiger Gebäude in einem Quartier

18 Projektbeispiele/-themen Kopplung Energiesysteme/-netze Vernetzung von Energieströmen Wärme, Kälte, Strom Entwicklung und Umsetzung Energiemanagementsystem Smart Grid Allianz Standortübergreifende Energieleitplanung Kernthema: Kälteverbundnetz, el. Kälteversorgung + reg. Energien + Speicher

19 Projektbeispiele/-themen Planungshilfsmittel zur Planung optimaler, spartenübergreifender Energieversorgungssysteme (Strom, Wärme, Kälte), Stadt- /Straßenraumtypen, Informationsmanagement und Verbesserung der (System-)Interoperabilität in der Kommunalplanung, GIS-basierte Energieanalyse von Stadtquartieren/Städten/Regionen

20 Begleitforschung EnEff:Stadt Aufgabe Technisch und organisatorisch anspruchsvolle Stadtquartiersprojekte Förderinitiative wissenschaftlich begleiten und weiterentwickeln Erkenntnisse heben, diskutieren, verbreiten, vernetzen Interdisziplinäres BF-Team Fraunhofer UMSICHT: Projektleitung, Energieversorgung, Energiespeicher, Planungshilfsmittel Fraunhofer IBP: Energieeffiziente Gebäude, Bilanzierung, Messung Fraunhofer IOSB-AST: Elektrische Netze pro:21 GmbH: Wissenstransfer, Prozesse, sozioökonomische Faktoren Dr. Reinhard Jank: Kommunale Energieplanung, internationale Projekte 22

21 Entwicklung der Förderinitiative EnEff:Stadt Phase 1, : Grundlagen der energetischen Quartiersplanung, Schwerpunkte von EnEff:Stadt, Initiierung von ersten Projekten, Kriterien zur Bewertung Phase 2, : Ausweitung Projekte, Grundlagen zur Querauswertung, Annex 51, DECA Phase 3, : Monitoring-Projekte, Querauswertung, Vernetzung, Ausweitung auf Strom 23

22 Begleitforschung EnEff:Stadt Ergebnisse, Produkte, Erfahrungen 25

23 Überblick über technologische Entwicklung Gebäude, Gebäudetechnik, Energieversorgung

24 Definition von Siedlungstypen 27

25 Siedlungstypologiematrix

26 Energiesystemoptimierung

27 Energiesystemoptimierung Interessen, Kriterien, Akteure

28 Vorgehen energetische Quartiersplanung 1 1. Datenerfassung Ist-/Referenz-Zustand Nutzenergiebedarf (Art, Menge, Qualität, zeitl. Verlauf, räuml. Verteilung) Objektdaten der zu versorgenden Gebäude (Nutzungsart, Baujahr, Flächen, etc.) Räumliche Eingliederung neuer Gebäude Versorgungsanlagen/-struktur (Erzeugerart, -leistung, -alter, Verteilungsart- /dimensionierung) 2. Bilanzierung und Bewertung des Ist-Zustands anhand ausgewählter Kriterien (Kosten, Energie, Emissionen, Qualität etc.) 3. Festlegung von Zielwerten über alle Akteure: Energieverbrauch, Investition/Kosten, Flächenverbrauch Prognose zukünftige Entwicklung: Energienachfrage, Rahmenbedingungen (rechtl., ökonom., ökolog.)

29 Vorgehen energetische Quartiersplanung 2 5. Konzeptentwicklung inklusive Potenzialermittlung der Energiequellen Vorauswahl, Dimensionierung und Standortwahl der Umwandlungsanlagen/Versorgungssysteme Bedarfsänderungen (Gebäudestandards), Restriktionen, Randbedingungen 6. Auswahl, Simulation, Vergleich verschiedener Maßnahmen/ kombinationen Auswahl von elektronischen Planungshilfsmitteln Bilanzierung relevanter Kriterien (Kosten, Primärenergie, CO 2 -Emissionen, Verfügbarkeit, Versorgungssicherheit, Flexibilität usw.) 7. Priorisierung der Kriterien (ökon., ökol., techn., energet.) und Ranking der Maßnahmen 8. Optimierung der zeitlichen Abfolge der Maßnahmen und Zuordnung der Verantwortlichkeiten

30 Handbuch Energetische Quartiersplanung Methoden Technologien Praxisbeispiele Gebäude, Gebäudetechnik, Energieversorgung Siedlungstypologien Kennzahlen und Bewertungskriterien Planungswerkzeuge Aktuelle Rahmenbedingungen Projektvorstellungen aus der Forschungsinitiative EnEff:Stadt sowie beispielhafte Projekte aus nationalen und internationalen Vorhaben Handlungsempfehlungen 33

31 Leitfaden Projektleiter + Fachlicher Zwischenbericht

32 Messkonzept für Quartiersprojekte Bilanzierung, Nachweis und vergleichende Bewertung von Einsparungen

33 Der Energiekonzeptberater für Quartiere

34 Case Studies and Guidelines for Energy Efficient Communities Annex 51 Energy Efficient Communities: Case Studies and Strategic Guidance for Urban Decision Makers Contents International case studies from neighborhoods to cities Local policy Local energy planning methods Inventory and modelling tools to support local energy planning (LEP) District Energy Concept Adviser 41

35 Bilanzierungstool Vorlage für energetischen Kennwertvergleich Vergleichbarkeit der Projektergebnisse Hintergrundinfo: Das Bilanzierungstool wurde als Excel-File für die standardisierte energetische Querauswertung der Demonstrationsvorhaben entwickelt. Derzeit haben 12 Projekte das Bilanzierungstool zumindest teilweise ausgefüllt.

36 Energetische Querauswertung Ausgang Ziel Messung Jahr 1 Messung Jahr 2

37 Messdatenplattform

38 Technologiematrizen Schneller Überblick über die wesentlichen Eigenschaften und Daten der Projekte, Vorher-Nachher-Vergleich Kategorie Gebäude Typ, Anzahl, beheizte Fläche Gebäudeenergieniveau Maßnahmen Gebäudehülle & TGA Beispiel: 10 Wohngebäude, m², Passivhaus, 20 cm Polystyrol Kategorie Versorgung Typ, Anzahl, Leistung Wärmenetze, Typ, Länge Besonderheiten: Solartankstelle, Lastmanagement zur Netzentlastung, dez. Stromspeicher, Beispiel: Holzkessel 1x450 kw th, BHKW 1x110 kw el, NW-Netz

39 Vernetzung mit anderen Stadtrelevanten Programmen EnEff:Wärme, Stromnetze, Speicherausschreibung, BMBF Zukunftsstadt

40 Auswertung Planungshilfsmittel Einsatzphasen, Anwendungsgebiete, Anwender Schwerpunkt der PHM-Anwendung: in der Detailplanung, zur Gebäudesim. + Datenauswertung, durch Wissenschaft/Forschung Legende: zum Teil verwendet Verwendung Eigene Recherche Anwendungsmatrix der Planungshilfsmittel in Bezug auf: Planungshilfsmittel - Einsatzphasen - Anwendungsgebiete - Anwender Matlab/Matpower Modelica in Dymola Python Quantum GIS 1.7 STEFaN IDA-ICE PHPP 2007 DHWCalc Gnu R TOPSIS EnEV-XL 4.0 Solarcomputer V-Rom GOMBIS 2.0 Ennovatis HDF5 DesignBuilder IBP: DIN EnerCalc Energieberater Trisco EPass Helena PV SOL MoniSoft Energy Plus ShapeUp GIS insel ZUB Helena Ultra TRNSYS WUFI PLUS DELPHIN 5 FreeOpt Multilevel district Heating NEPLAN Excel- Tools (Energiebedarf, Wirtschaftlichkeit etc.) Projektphasen Anwendungsgebiete Anwender Vorplanung Detailplanung Monitoring Räumliche Analyse Gebäudesimulation Auslegung einzelner Versorgungsanlagen Auslegung von Wärmenetzen Simulation von Anlagenkombinationen Optimierungsrechnungen Datenauswertung Stadtplaner Energieversorger Wohnungsbaugesellschaften Ingenieurbüros/Anlagenplaner Architekten Wissenschaft und Forschung

41 Ankündigung Themenheft der Schriftenreihe Planungshilfsmittel Praxiserfahrungen aus der energetischen Quartiersplanung Prozess der energetischen Quartiersentwicklung und die Rolle von Planungshilfsmitteln Grundlagen der Modellierung und Praxiserfahrungen aus den EnEff:Stadt-Projekten Anleitung zur Auswahl von Planungshilfsmitteln

42 Qualitative Querauswertung Einflussgrößen und Erfolgsfaktoren Projektkommunikation, Planungsablauf, Abstimmungs- und Entscheidungsprozesse, Sozioökonomischer Mehrwert, Kommunale Wirkung

43 Veranstaltungen Erfahrungsaustausch mit Praktikern Austausch und Dialog unter den Projektbeteiligten Transport der Erkenntnisse in die breite Fachöffentlichkeit

44 Schriftenreihe EnEff:Stadt Schriftenreihe Veröffentlichung ausgewählter Vorhaben, Querschnittsthemen sowie der Ergebnisse aus den Querauswertungen (10 Bände bis zum Jahresende 2015)

45 EnEff:Stadt- Projekterfahrungen 1 1. Energiekennwerte der EnEff:Stadt-Projekte Zielwert für PE-Bedarf im Mittel <70 kwh/m²a Primärenergiebedarf -70% Endenergiebedarf für die Wärmeerzeugung -45%, Strombedarf sinkt und wird durch lokale Erneuerbare zusätzlich substituiert 2. Differenzen zwischen Zielwert und Messung, Betriebsoptimierung wird unterschätzt 3. In allen Projekten kommen Wärmenetze zum Einsatz, es speisen im Mittel 3-4 Erzeuger ein 4. Schwerpunkt der Maßnahmen liegt auf der Infrastruktur, baulich wird eher moderat vorgegangen 53

46 EnEff:Stadt- Projekterfahrungen 2 5. Viele Akteure, komplexe Umsetzungsprozesse 6. Integrale Konzeptentwicklung in einer frühen Projektphase einer Quartiersentwicklung: wichtig, aber schwierig 7. Treiber mit hohem Engagement erforderlich 8. Große Anzahl an Planungshilfsmitteln PHM wird eingesetzt nicht alle sind praxistauglich im Bereich der strategischen Planung und Vorplanung werden weniger PHM eingesetzt, der Energiekonzeptberater füllt diese Lücke Was fehlt: Integration Strom/Wärme, praxisorientiertes Optimierungstool für komplexe Systeme, Praxisdaten Investitionskosten 54

47 EnEff:Stadt- Projekterfahrungen 3 9. Die bisherigen Demoprojekte liefern aufgrund der statistisch zu kleinen Anzahl bisher nur bedingt die Grundlage für verallgemeinerbare Aussagen 10.Übertragbare Erkenntnisse erfordern eine intensive Abstimmung mit den Projekten 11.Übergang von Konzept- zur Umsetzungsphase ist kritisch für erfolgreiche Quartiersprojekte 12. Hoher Planungsaufwand bei Sanierung im Denkmalschutz 13.Mit steigender Energieeffizienz von Gebäuden steigt der Einfluss des Nutzerverhaltens 55

48 EnEff:Stadt- Projekterfahrungen 4 14.Gute Voraussetzungen für Quartiersprojekte, Beispiel MFH, 1950er/60er Jahre, 1 Eigentümer 15.Siedlungstypen mit hoher Differenzierung (Anzahl und Verschiedenheit der Objekte/Akteure) sind bisher nicht oder wenig vertreten (z.b. Dorfkern, Citybebauung, Historische Altstadt) 16. Lokale Verwaltungsstrukturen nutzen 17. Wärme-Strom-Integration: großes Potenzial, derzeit unwirtschaftlich 56

49 EnEff:Stadt + EnEff:Wärme Projektsteckbriefe, Leitfäden, Workshopergebnisse, Förderinformationen 57

50 Aufgabe Arbeitsgruppen Input für PtJ und BMWi 1. Forschungsbedarf Stadtquartiere 2. Aufgaben und Zielsetzung der Projektauswertung und Begleitforschung Bewährtes und Neues 58

51 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Carsten Beier Fraunhofer UMSICHT