EnergySimCity: Forscher modellieren urbane Energieversorgung der Zukunft

Eine nachhaltige Energieversorgung muss zuverlässig sein, bezahlbar und klimafreundlich. Doch die optimale Lösung ist schwer zu finden: Sobald man im System eine Variable ändert, wirkt sich das auf alle anderen aus. „Für eine nachhaltige Stadtentwicklung ist es aber unverzichtbar, all das, was in der Realität in Wechselwirkung steht, auch gemeinsam zu betrachten”, sagt Christian Fink vom Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC) in Gleisdorf im österreichischen Bundesland Steiermark. Ein Team von Wissenschaftlern der Institutionen AEE INTEC und Institut für Wärmetechnik der TU Graz arbeitet daher bereits seit 2014 an einer Simulationsplattform, die alles abbildet, was für die Energieversorgung einer Stadt relevant ist. 

Dabei ist es egal, ob es sich um Fragestellungen zur Wärme- oder Stromversorgung handelt und ob die Versorgung zentral, dezentral oder kombiniert erfolgt. Die Wissenschaftler setzen die entwickelte Simulationsplattform dazu ein, um Szenarien im Auftrag von Kommunen, Energie- und Wärmeversorgern oder anderen Kunden aus Industrie und Wirtschaft bewert- und vergleichbar zu machen. Zum Beispiel lässt sich so klären, auf welche Art die Solarthermie am besten zur Energieversorgung beitragen kann: als zentrale Anlage zur Einspeisung in ein Wärmenetz, als dezentrale Anlage für die Versorgung einzelner Gebäude oder auch als dezentrale Anlage mit Netzanbindung. „EnergySimCity bringt überall dort einen Informationsgewinn, wo mehrere komplexe Systeme gemeinsam betrachtet werden müssen”, sagt Fink.

Erste Anwendungen in Wien, Salzburg und Gleisdorf

Davon profitiert zum Beispiel der Salzburger Stadtteil Schallmoos, der bis 2050 klimaneutral werden will. Dafür gilt es, zwischen verschiedenen Optionen abzuwägen: Ausbau der klassischen Fernwärme? Niedertemperatur- oder so genannte „Kalte Wärmenetze” (Anergienetze)? Zentrale und/oder dezentrale erneuerbare Erzeugungstechnologien bzw. Speicher? Autarkie oder Systemverbund? „Wir können jedes Szenario in Bezug auf Energiebedarf, Lastgang und CO2-Bilanz fundiert bewerten”, erklärt Thomas Mach vom Institut für Wärmetechnik an der TU Graz.

Aber auch den Betreibern von Wärmenetzen hilft EnergySimCity: Beispielsweise wird für die Stadtwerke Gleisdorf mit der Simulationsplattform der Betrieb von mehr als zehn zentralen und dezentralen Wärmeerzeugern und Energiespeichern optimiert, die in das Netz der Stadtwerke einspeisen. Dabei gingen auch Solarthermie-Anlagen in die Berechnungen ein. Die Optimierung senkt sowohl die Kosten als auch die Emissionen. Für das Wiener Fernwärmenetz werden mit Hilfe von EnergySimCity gerade günstige Standorte und Größen für dezentrale Energiespeicher als Flexibilisierungselemente analysiert.

Über das Wärmenetz hinausdenken

EnergySimCity kann aber noch mehr: Zum Beispiel lässt sich damit simulieren, welche Flexibilisierungspotenziale durch Sektorenkopplung genutzt werden können. Dazu gehört zum Beispiel der Einsatz von Wärmespeichern oder Wärmepumpen zur Nutzung von Überschussstrom – Power to Heat (P2H). Das Zusammenspiel von Wärme- und Stromnetz ist auch bei Anergie-Netzen wichtig. Diese können Wärme auf sehr geringem Temperaturniveau aufnehmen und mit minimalen Verlusten transportieren. Am Nutzungsort heben Wärmepumpen die Temperatur auf das gewünschte Niveau. Wie dabei die CO2-Bilanz ausfällt, welche Rückwirkungen das auf das Stromnetz hat und welche Rolle Photovoltaik-Strom dabei spielen kann, lässt sich mit Hilfe von EnergySimCity bewerten. Aber auch die energetische Nutzung von Abwasser zur Gewinnung von Wärme oder Biogas und die bestmögliche Integration von kommunalen und industriellen Kläranlagen in das Energiesystem stehen auf der Entwicklungsagenda. Ebenso arbeiten die Wissenschaftler an Modellen, mit denen das mikroklimatische Verhalten urbaner Räume analysiert werden kann. „In der nächsten Ausbaustufe der Methodenentwicklung wollen wir die mikroklimatischen Einflüsse von Grünanlagen auf städtische Plätze und Höfe, sowie auf den Kühlbedarf der angrenzenden Bebauung bewerten”, erklärt Mach. 

Zügig aus der Forschung in den Markt

Gefördert wird das Projekt vom österreichischen Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW) im Rahmen des Programmes „Research Studios Austria” (RSA). Damit unterstützt das Ministerium die Anwendung von Forschungsergebnissen aus der Grundlagenforschung im Vorfeld unternehmerischer Forschung in Österreich. Das Programm soll also den Weg aus dem Labor zur praktischen Anwendung beschleunigen.

Die Projekte im Rahmen von RSA laufen jeweils über vier Jahre. Nach zwei Jahren überprüft ein internationales Expertengremium den Zwischenstand im Auftrag des BMWFW. Um den anwendungsbezogenen Nutzen ihrer Projekte zu belegen, müssen die Forscher bei dieser Zwischenprüfung zudem nachweisen, dass sie auch einen relevanten Anteil an Industrieaufträgen unmittelbar mit dem Themenbereich des Research Studios aquirieren konnten. Diese Auflagen konnten aufgrund des großen Interesses am Research Studio „EnergySimCity” bereits erfüllt werden.

27.11.2017 | Quelle: AEE INTEC | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH