Exergetische Bewertung kommunaler Energiesysteme

Im aktuellen Energiekonzept der Bundesregierung wurden THG-Minderungsziele auf Bundesebene von mindestens 80 % bis 2050 gegenüber 1990 fixiert. Wie drastisch die Veränderungen bis 2050 sein werden, zeigen die Auswertungen im Rahmen des „Modell Deutschland“ des WWF. So wird z.B. davon ausgegangen, dass der Heizenergiebedarf eines Gebäudes im Jahr 2050 bei durchschnittlich 10 bis 15 kWh/m²a liegt – alle Gebäude verfügen demnach bis dahin über einen Passivhausstandard. Ähnliche Veränderungen werden im industriellen Bereich notwendig. Offene Fragen bestehen deshalb vor allem in der Wegbeschreibung zum Energiesystem der Zukunft wie auch in der technisch-wirtschaftlichen Umsetzbarkeit. Kommunen stehen hier vor besonderen Herausforderungen, da die Veränderungen vor Ort angestoßen und umgesetzt werden müssen. Diese Veränderungen betreffen Bewohner, Betriebe, die öffentlichen Einrichtungen wie auch die Stadtwerke, die entsprechend der zukünftigen Entwicklungen Geschäftsfelder überdenken müssen.

In Deutschland gibt es bereits eine Reihe von Kommunen, die seit einiger Zeit aktiv den Klimaschutz vorantreiben. Viele Aktivitäten auf kommunaler Ebene beziehen sich auf Emissionsreduktionsziele bis 2020. Die langfristige Betrachtung der Klimaschutzziele sowie eine entsprechende Vorausschau, welche Maßnahmen notwendig wären, um bis 2050 ambitionierte CO₂-Neutralitätsziele zu erreichen, gewinnen seit kurzem zunehmend an Interesse. Neben den kleineren Kommunen, die durch den starken Ausbau der Erneuerbaren über ein Energieüberangebot verfügen, treten in dieser Diskussion Städte und Agglomerationen vermehrt in den Mittelpunkt.

Dass dabei Energieeinsparung, Kraftwärmekopplung und Erneuerbare Energien massiv gefördert werden müssen, ist den meisten kommunalen Entscheidern bekannt. Zurzeit bestehen aber große Unsicherheiten, wie der Wechsel der Energiesysteme und die Anpassung an den immer kleiner werdenden Energiebedarf konkret in Angriff genommen werden soll. Zur Beantwortung dieser Frage gerät als Bewertungskriterium, neben der allgemeinen Energieeffizienz und der Treibhausgasreduktion, zunehmend auch die Exergie eines Energiestromes in den Mittelpunkt. Die Exergieanalyse identifiziert nicht nur die Menge der Energieströme sondern auch deren Qualität (als Ausdruck der Arbeitsfähigkeit eines Systems). Wie die verschiedenen kommunalen Energieversorgungssysteme und Energieabnahmesysteme in Zukunft sowohl exergetisch als auch in Bezug auf CO₂–Minderung optimiert werden können, soll im Rahmen dieses Forschungsprojektes analysiert werden.

Ziel des Vorhabens war es, Vorschläge und Möglichkeiten zu erarbeiten, wie das Energiesystem der Zukunft auf kommunaler Ebene nachhaltig gestaltet werden kann. Dabei werden neben der CO₂-Neutralität des Systems die Energieeffizienz sowie die exergetische Optimierung des Systems im Vordergrund stehen. Im Zentrum der Untersuchung befand sich das kommunale Strom-Wärme-System sowohl auf der Versorgungs- als auch auf der Abnahmeseite.

Konkrete Ziele:

• Übersicht über bestehende kommunale Energiesysteme
• Übersicht über die mögliche zukünftige Entwicklung der Energiesysteme
• Systematisierung und Kategorisierung der kommunalen Energiesysteme nach den Kriterien: Exergie, Effizienz und CO₂-Emissionen
• Darstellung exergetisch optimierter kommunaler Energiesysteme
• Strategien zur Entwicklung dieser optimierten Systeme
• Hindernisse und Lösungsansätze bei der Umsetzung der Strategien