Bei der Transformation der Energiesysteme auf dem Weg zu einer nachhaltigen Versorgung fällt der Betrachtung des Sektors der privaten Haushalte aufgrund seiner hohen Energieverbräuche einerseits, sowie der Umsetzungshürden auf-grund der in der Regel kleinteiligen, dezentralen Maßnahmen anderseits eine Schlüsselrolle zu. Heute verfügbare Technologien können in diesem Sektor einen Beitrag dazu leisten, den Anteil regenerativer Energien bei der gemeinsa-men Versorgung mit Strom und Wärme zu erhöhen und so die Energie- und Klimaziele der Bundesregierung zu erreichen.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein Verfahren zur Erstellung von energieträ-gerübergreifenden Energiekonzepten zu entwickeln, welches ökonomisch opti-male Auslegungen von dezentralen Energiewandlungsanlagen und Wärmenet-zen für Stadtquartiere bestimmt. Dazu werden Gas-, Pellet- und Hackschnitzel-heizungen, Wärmepumpen, Blockheizkraftwerke, Solarthermie- und Photovol-taikanlagen sowie Speichersysteme berücksichtigt und dem zu deckenden Be-darf an Wärme und Elektrizität gegenübergestellt. Ergänzt wird die Betrachtung durch den Einbezug thermischer Sanierungsmaßnahmen und des regulatorischen Rahmens. In einem gemischt-ganzzahligen linearen Optimierungsprogramm wird zunächst die Versorgung einzelner Objekte betrachtet und schließlich über ein Zerlegungsverfahren ein vollständiges Stadtquartier optimiert. Die berechne-ten, wirtschaftlich optimalen Lösungen werden mit Hilfe von Ökobilanzdaten-banken hinsichtlich ihrer Umweltauswirkungen bewertet.
Das entwickelte Verfahren wird für die Optimierung eines realen Bestandsquar-tiers mit 74 Objekten angewendet. Für vertiefende Analysen steht ein syntheti-sches Quartier mit 22 Objekten zur Verfügung. Bei der Versorgung von Einzel-gebäuden mit Wärme werden, in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur, Gashei-zungen oder Wärmepumpen in allen untersuchten Fällen einer Pelletheizung vorgezogen. Nahwärmenetze, basierend auf einer mit Biomasse befeuerten Heizzentrale, erreichen auch in Wohnquartieren mit lockerer Bebauungsstruktur Wärmedichten, die einen effizienten Betrieb erlauben. Photovoltaikanlagen können in vielen Objekten wirtschaftlich betrieben werden, wenn eine ausrei-chende Eigenstromnutzung vorliegt. Die Energie- und Klimaziele der Bundes-regierung für das Jahr 2050 lassen sich mit den heute verfügbaren Technologien auf Quartiersebene erreichen.
Mit dem entwickelten Verfahren ist es erstmals möglich, die Anzahl der be-trachteten Objekte soweit zu erhöhen, dass realitätsnahe Nahwärmelösungen betrachtet, gleichzeitig regenerative Energien und Speichersysteme berücksich-tigt und die Lösungen in einem geschlossenen Verfahren einer ökologischen Analyse unterzogen werden können.
Aktualisiert: 2022-02-04
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