Das Quartier als Impulsgeber für die Energiewende

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Leonard Lorentz
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1 Das Quartier als Impulsgeber für die Energiewende Konferenz Klimaschutzziele 2050 Transformation von Quartieren am in Berlin Dipl.-Ing. Tanja Osterhage

Ausgangslage Ziele 2020 2030 2050 Treibhausgase Treibhausgasemissionen im Vergleich zu 1990 Steigerung des Anteils EE an Energieverbrauch Anteil EE am Bruttoenergieverbrauch Mind.

2 Ausgangslage Ziele Treibhausgase Treibhausgasemissionen im Vergleich zu 1990 Steigerung des Anteils EE an Energieverbrauch Anteil EE am Bruttoenergieverbrauch Mind. -40 % Mind. -55 % Mind. -80 bis 95 % 18 % 30 % 60 % Reduktion des Energieverbrauchs und Steigerung der Energieeffizienz Senkung des Primärenergieverbrauchs ggü % - 50 % 2

3 Treibhausgasausstoß in Deutschland Millionen Tonnen CO 2 -Äquivalente Trend Ziel Lücke Abfallwirtschaft Gewerbe, Handel, Dienstleistungen Landwirtschaft Haushalte Verkehr Industrie Energiewirtschaft Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien 3

4 Erforderlicher Primärenergiefaktor Primärenergieverbrauch in TWh Fernwärme Hamburg, Berlin Frankfurt Hannover München Münster Primärenergieverbrauch PEF bei 0,5 % Sanierungsquote Wärmepumpe mit JAZ = 3, PEF bei 1 % PEF bei 1,5 % PEF bei 2 % Sanierungsquote Sanierungsquote Sanierungsquote 243 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Primärenergiefaktor PEF bei 3 % Sanierungsquote 4

Anforderungen an die Gebäude (gesetzlich und/oder nutzerspezifisch) Anforderungen an die Gestaltung Energieeinsparverordnung (EnEV) Anforderungen an die akustische Behaglichkeit Schallschutz

5 Anforderungen an die Gebäude (gesetzlich und/oder nutzerspezifisch) Anforderungen an die Gestaltung Energieeinsparverordnung (EnEV) Anforderungen an die akustische Behaglichkeit Schallschutz Anforderungen an die Energieeffizienz und thermische Behaglichkeit Brandschutz Erneuerbare- Energien-Gesetz EEG Anforderungen an die Sicherheit und Schutz Erneuerbare-Energien- Wärmegesetz EEWärmeG Anforderungen an die visuelle Behaglichkeit Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz KWKG Anforderungen an die Funktionalität 5

Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen am Gebäude 1.700 200 Bauwerkskosten (KG 300 und 400) in /m² Wohnfläche 1.650 1.600 1.550 1.500 1.450 1.400 1.350 1.300 1.250 1.

86 /m² 1 1 1 Einsparpotential zwischen WSchV 1995 und EnEV 2014 ca. 46 kwh/(m²a) EnEV 2014 EnEV 2016 2 2 2 Einsparpotential zwischen EnEV 2016 und EffH 70 ca.

6 Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen am Gebäude Bauwerkskosten (KG 300 und 400) in /m² Wohnfläche WSchV Mehrkosten zwischen EnEV 2016 und EffH 70 1 Mehrkosten zwischen ca. 52 /m² WSchV 1995 und EnEV 2014 ca. 86 /m² Einsparpotential zwischen WSchV 1995 und EnEV 2014 ca. 46 kwh/(m²a) EnEV 2014 EnEV Einsparpotential zwischen EnEV 2016 und EffH 70 ca. 8 kwh/(m²a) EffH 70 3 Mehrkosten zwischen EffH 55 und EffH 40 ca. 118 /m² 3 Einsparpotential zwischen EffH 55 und EffH 40 ca. 4 kwh/(m²a) EffH EffH Endenergiebedarf in kwh/(m² AN a) Quelle: ARGE Kiel 6

7 Chancen der energetischen Stadtsanierung Quelle: Bund Deutscher Architekten BDA 7

8 Basis der energetischen Stadterneuerung sind gesamtstädtische oder quartiersübergreifende Energiekonzepte: keine Reduzierung die Energieproblematik auf das einzelne Gebäude, Erweiterung der energetischen Konzeption in einem übergreifenden Denken auf Wohn- und Stadtquartiere, Nah- und Fernwärmenetze, die Haushalte mit regenerativ erzeugter Energie versorgen, Innovative Insellösungen mit Kraft-Wärme-Kopplung, Energetische Kompensation zwischen Alt- und Neubauten reduzieren den Primärenergiebedarf, Städtische Energiekonzepte, die im Verbund mit lokalen Wertschöpfungsketten regenerative Energie erzeugen oder die gemeinsam mit den Stadtwerken etabliert werden, wirtschaftliche Impulse für die Stadt und die Region entfalten. Im Ergebnis verringert sich der Sanierungsaufwand am jeweiligen Gebäude und ermöglicht eine effiziente sowie baukulturell qualitätvolle Modernisierung. 8

9 Vier Eckpunkte als Grundlage für das Quartier der Zukunft Versorgungssicherheit Umweltverträglichkeit Akzeptanz Wirtschaftlichkeit 9

10 Definition Sektorkopplung Verbrauchssektoren Industrie Verkehr Gewerbe, Handel, Dienstleistungen private Haushalte Handlungsfelder Energiewirtschaft Gebäudebereich Mobilität Industrie und Wirtschaft Landwirtschaft Landnutzung und Forstwirtschaft Sektoren Wärme Strom Mobilität 10

11 Definition Sektorkopplung Sektorkopplung bezeichnet den fortschreitenden Prozess der Substitution fossiler Energieträger durch überwiegend erneuerbar erzeugten Strom oder durch andere erneuerbare Energieträger und nachhaltige Energienutzungsformen, wie die Nutzung von Abwärme, in neuen sektorenübergreifenden Anwendungen oder durch verstärkte Nutzung bekannter sektorenübergreifender Anwendungen. Wärme Strom Mobilität im Quartier mit privaten Gebäuden, GewerbeHandelDienstleistung und Industrie Wietschel, M.: Sektorkopplung Definition, Chancen und Herausforderungen, Working Paper Sustainability and Innovation, No. S 01/

12 Bausteine der Sektorkopplung Systemstabilität Energiemanagementsysteme Daten- und Serviceplattform Thermoelektrische Wandler Steuerungssignale Bewertungsverfahren Speichersysteme Nutzerverhalten 12

13 Sektorkopplung: Herausforderungen im Verteilnetz Energiemanagementsysteme Systemstabilität 13

14 Beispiel für netzdienliche Regelung von Wärmeerzeugern Transformator Energiemanagementsysteme Systemstabilität Steuersignal 14

15 Beispiel für netzdienliche Regelung von Wärmeerzeugern 0 Energiemanagementsysteme Systemstabilität 1 Wärmepumpe an 2 Signale: 0 Betrieb vermeiden 1 Freigabe 2 Betrieb forcieren 15

Thermoelektrische Wandler 2. Zeilenbebauung mit 16 Mehrfamilienhäusern Wärmebedarf: 1.

16 Optimierung der Energieversorgung für verschiedene Siedlungstypen 1. Reihenhausbebauung mit 35 Einfamilienhäusern Wärmebedarf: 847 MWh Strombedarf: 129 MWh Thermoelektrische Wandler 2. Zeilenbebauung mit 16 Mehrfamilienhäusern Wärmebedarf: MWh Strombedarf: 214 MWh 3. Blockrandbebauung mit 36 Mehrfamilienhäusern Wärmebedarf: MWh Strombedarf: 582 MWh 16

1000 /a 300 200 100 0 Typ 1 Typ 2 Typ 3 Konventionelle

17 Optimierung der Energieversorgung für verschiedene Siedlungstypen 400 Thermoelektrische Wandler Kosten in 1000 /a Typ 1 Typ 2 Typ 3 Konventionelle Versorgung Opt. Dezentrale Versorgung Opt. Zentrale Versorgung 17

18 Bewertung von Gebäuden im Energiesystem Von Energie zu Leistungen + W el,+ Last PEF statisch Bewertungsverfahren W el,- Erz - P el,+ (t) + Last P el,- (t) Erz - I(t) PEF(t) dynamisch ΔU(t) 18

19 Dynamischer Primärenergiefaktor als Indikator Nationale Residuallast und EE-Integration Steuerungssignale 19

20 Dynamischer Primärenergiefaktor als Indikator Nationale Residuallast und EE-Integration 2050 Steuerungssignale 20

21 Virtuelles Quartier als zentrales Planungstool Simulation Evaluation Nutzerverhalten Virtuelles Quartier 21 Web Applikation Interface

22 Bausteine der Sektorkopplung Energie- Systemstabilität management- systeme Fehlende Bewertungsverfahren und Steuerungssignale Daten- und Serviceplattform Fehlende Betreibermodelle, rechtlicher Rahmen und Datenschutz Statische Verfahren vom einzelnen Gebäude kommend Steuerungssignale Bewertungsverfahren Statische Signale und keine Korrelation zwischen Kosten und Emissionen Speichersysteme Thermoelektrische Wandler Klassische Geschäftsmodelle und fehlendes Fachpersonal Klassische Auslegungs- Verfahren Datenschutz und klassische Auslegungsverfahren Nutzerverhalten 22

Anforderung Praxis Forschung für die Sektorkopplung Primärenergieverbrauch in TWh 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 1.

23 Anforderung Praxis Forschung für die Sektorkopplung Primärenergieverbrauch in TWh Praxis 967 Forschung In Anlehnung an Fraunhofer IBP Anforderung

24 Kontakt E.ON Energy Research Center Mathieustraße Aachen Germany Tanja Osterhage T F tosterhage@eonerc.rwth-aachen.de 24

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