City OASIS – Optimally Adapted Solutions for Integrated urban energy Systems
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Hintergrund
Die Transformation zentralisierter, monofunktioneller und auf fossilen Rohstoffen basierender Energiesysteme hin zu dezentralen, integrierten und auf erneuerbaren Energien basierten Energiesystemen birgt ein erhebliches Verbesserungspotential im Kontext des Klimawandels. Dies gilt insbesondere für Großstädte oder kommunale Energiesysteme, die für die Hälfte des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen verantwortlich sind. Zugleich bieten Städte ein enormes Potential, Klimaschutzziele zu erreichen, indem Dienstleistungen wie Energie, Mobilität, Abfall und Wasser integriert werden. Typische Beispiele hierfür sind Kraft-Wärme-Kopplung, die Anbindung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen an das Stromnetz oder die Umwandlung von überschüssigem (erneuerbarem) Strom in gasförmige Brennstoffe, die etwa für den Verkehr verwendet werden können. Zusätzlich wird im Moment intensiv im Bereich des smarten Energiemanagements geforscht, um die nötige Informations- und Kommunikationstechnik für „smart cities“ zur Verfügung zu stellen.
Stadtwerken kommt als Anbietern dieser Dienstleistungen für die Entwicklung und Umsetzung innovativer kommunaler Lösungen eine Schlüsselrolle zu. In der Praxis bringt diese Rolle jedoch beträchtliche Schwierigkeiten für die Versorgungsunternehmen mit sich. Um die optimale Kombination der vielfältigen beteiligten Technologien zu ermitteln, müssen die zunehmend komplexen Beziehungen und Abhängigkeiten zwischen den Technologien abgeschätzt werden. Hierbei müssen gleichzeitig ökologische und ökonomische Bedingungen und politische Ziele berücksichigt werden. Offene Fragen sind zum Beispiel:
- Welche Rolle nehmen die einzelnen Technologien idealerweise in einem integrierten System ein? Ist es beispielsweise ökologisch sinnvoller, eine „Power to Gas“-Anlage zu errichten um erneuerbare Energie zu speichern und als Treibstoff für Autos zu verwenden, oder ist es besser in den Netzausbau und die Infrastruktur für Elektroautos zu investieren?
- Welche Geschäftsmodelle sollten verwendet werden, um solche Systeme auch ökonomisch tragfähig werden zu lassen? Kann etwa genug Geld durch das Angebot von Minutenreserve eines virtuellen Kraftwerks verdient werden? Welche Preisgestaltung ist für Elektrizität aus erneuerbaren Quellen am besten geeignet?
- Wie sollte der zeitliche Ablauf der Transformation sein? Wann ist zum Beispiel der beste Zeitpunkt ein altes (konventionelles) Kraftwerk durch eine neue (erneuerbare) Technologie zu ersetzen?
Um diese Fragen beantworten zu können ist eine Methode erforderlich, die ein ganzheitliches Energie- und Klimakonzept für spezifische städtische Regionen bietet und die lokalen Entscheidungsträger dabei unterstützt, ein integriertes, auf erneuerbaren Energien basierendes und umweltfreundliches kommunales Energiesystem zu planen.
Zielsetzungen
Ziel des Projektes ist es, eine umfassende, optimierungsbasierte Planungsmethode zu entwickeln. Die Methode soll sowohl unterschiedliche Technologien und Dienstleistungen berücksichtigen, als auch ökologische, ökonomische und politische Randbedingungen als Vorgabe für die Ableitung eines hochintegrierten kommunalen Energiesystems beachten. Durch die Anwendung mathematischer Optimierungsalgorithmen ist es möglich, hunderttausende mögliche Designalternativen zu untersuchen, um die optimale Lösung für den Entscheidungsträger zu finden. Neben energietechnischen Komponenten soll die Methode auch die Rolle des Mobilitätsbedürfnisses berücksichtigen und bewerten. Die Methode wird in ein prototypisches Softwaretool implementiert, um die Übertragbarkeit der Ergebnisse in die Praxis zu gewährleisten.