Bauforum 2013 Zürich ETH. Integrierte Ansätze. Local Energy Hub: Entwicklungen für intelligente Energiesysteme. Urs Elber

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1 Bauforum 2013 Zürich ETH Integrierte Ansätze Local Energy Hub: Entwicklungen für intelligente Energiesysteme Urs Elber 1 1

2 Forschung als integrativer Bestandteil Verbrauchsverhalten Lenkung, Förderung, Gesetze Verbrauchs Prognosen Akzeptanz Lokal verfügbare Ressourcen Verfügbare neue Technologien, Forschung Szenarien, Modelle, Lösungen Preisentwicklung fossile Energien Internationale Rahmenbedingungen Wirtschaftswachstum Bevölkerungswachstum 2 2

3 Integration aller Aspekte Integrierte Planung Nachhaltigkeit Geografische Ausdehnung Elemente Gebäude Quartier/Stadt Energie / Effizienz Mobilität / Transport Klima / Umwelt Life Style / Politik Thematische Ausdehnung 3 3

4 Living Lab Integration in Pilotregionen Soziale Aspekte Integrierte Ansätze Effizienz Gebäude Energie - Transport Mobilität/ Transport Produktion Speicher Information / Kommunikation 4 4

5 Living Lab NEST Design Concept Gramazio&Kohler NEST ist eine dynamische, modular aufgebaute Forschungs- und Demonstrationsplattform für kommende, innovative Gebäudetechnologien. Unter reellen Bedingungen wird hier an der EMPA mit neue Materialen, Komponenten und Systeme erforscht und getestet. Es wird deshalb gleichzeitig auch als Wohnraum für Gäste und Forscher dienen. 5 5

6 Integration Energie Speicherung Verbraucher Erneuerbare Energie Elektrizitätsnetz Strom zu Wasserstoff (Elektrolyse) Wasserstoff zu Strom (Brennstoffzelle) Wasserstoff-Fahrzeug Batterie- Speicher Wasserstoff- Speicherung Erdgasnetz Methanisierung Wasserstoff- Erdgas-Fahrzeug Elektromobilität 6 6

7 Integration Energie Ernten, Umwandeln, Speichern, Transportieren, Nutzen Versorgung / Erzeugung in jedem Netz Verbrauch / Erzeugung ist nicht synchron Lokale Speicherung und Umwandlung in verschiedenen Energieformen Je mehr Erzeugung und Verbrauch lokal abgestimmt ist, desto weniger Aufwand entsteht auf den nächsthöheren Ebenen Abwärmenutzung Batterie Elektrolyseur Mobilität H 2 Speicher Geothermie Warmwasser Wind Photovoltaik Solarthermie BHKW / WKK Biomasse Biogas Quelle: PSI Energie aus Abfall Wärmespeicher (Erde, Beton, etc.) Micro Grid BZ BHKW Wärme Strom Erdgas H 2 zu Erdgas. Methanierung Modellierung Dimensionierung Steuerung 7 7

8 Integrierte Urbane Energie Modellierung Modellierung des urbanen Mikroklimas Energie - Simulation Gebäude Robinson, EPFL Energie-Simulation auf Quartier-/Stadt - Ebene Energie - Modellierung Netze 8 8

9 Integrierte Energie Modellierung von Gebäuden im Mikro-Klima Urbanes Klima Modellierung des urbanen Mikro- Klimas als wesentlicher Faktor Gebäude Quelle: EMPA 9 9

10 Skalierbare urbane Klimamodelle Lokales Klima COSMO-2 COSMO-7 ECNWF IFS Quartier/Strasse Fig. Meteoswiss Quelle: EMPA (CCEM Projekt UMEM) Stadt Hitzeinsel Biel, Fribourg +5 C Basel, Bern +6 C Zürich +7 C 10 10

11 Klima Modellierung auf Strassenebene orange = hohe Luftzirkulation blau = tiefe Luftzirkulation Quelle: EMPA 11 11

12 Klima Modellierung auf Gebäudeebene CFD-0.05 LES Entscheidend für das energetische Design eines konkreten Gebäudes ist auch das effektive Mikroklima. Dabei spielt auch die Form des Gebäudes eine Rolle und wie mehrere Gebäude in Relation zu einander stehen. Moonen et al

13 Integrierte Energiesysteme im Quartier Situa'on heute Situa'on Zukun. Statisch zentralisiert, einweg Unkontrolliert, verbrauchsgesteuert Pro Netzwerk nur ein Provider Quelle: CCEM Projekt UMEM Dynamisch dezentralisiert, bidirektional Angebotsgesteuert Mehrere Provider pro Netzwerk Gesteuerte Umwandlung 13 13

14 Integration Mobilität /Transport Projekte ZUM

15 Integration für zukünftige urbane Systeme Integration schafft Mehrwert: Eine alleinige Betrachtung des Gebäudes ist nicht genug. Verbinden von (Mikro-)Klima mit Stadtentwicklung und Gebäudedesign. Dezentralisiert Energie ernten, speichern, umwandeln und transportieren im lokalen Energy-Hub. Multidiszipline Forschung über die thematischen und institutionellen Grenzen hinweg. Integration des Nutzerverhaltens in das Design von urbanen Systemen

16 Urs Elber Dipl. Ing. FH / MBA HSG Geschäftsführung Novatlantis & Competence Center Energy and Mobility (CCEM) c/o Paul Scherrer Institute (PSI) OVGA/102A CH-5232 Villigen PSI Switzerland Phone Fax Mobile mailto: urs.elber@psi.ch