Energie: Forschung

EnergySimCity: Forscher modellieren urbane Energieversorgung der Zukunft

EnergySimCity
Modellierung des Energieverbrauchs und der Energieversorgung komplexer Stadtentwicklungsgebiete – Gliederung der Verbrauchstruktur. © Peter Nageler, Institut für Wärmetechnik, TU Graz

Ein Team von Wissenschaftlern der Institutionen AEE INTEC und des Instituts für Wärmetechnik der TU Graz arbeitet an einer Simulationsplattform, die alles abbildet, was für die Energieversorgung einer Stadt relevant ist

Eine nachhaltige Energieversorgung zu planen, ist eine komplexe Aufgabe. Im Projekt EnergySimCity arbeiten Wissenschaftler an einer Simulationsplattform, die alle relevanten Faktoren zusammenbringt – von der Siedlungsstruktur über Technologieportfolios und Sektorenkopplung bis zur CO2-Bilanz. Das im Rahmen von „Research Studios Austria“ geförderte Projekt hat mittlerweile die erste Projektevaluierung durch den Auftraggeber und internationale Evaluatoren erfolgreich durchlaufen.

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. 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 bzw. 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. „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 gerade der Salzburger Stadtteil Schallmoos, der bis 2050 klimaneutral werden will. Dafür gilt es, zwischen verschiedenen Optionen abzuwägen: Ausbau der klassischen Fernwärme? Niedertemperatur- und 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. Das 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 möglich werden. Dazu gehört z.B. der Einsatz von Wärmespeichern oder Wärmepumpen zur Nutzung von Überschussstrom (P2H – Power to Heat).
Aber auch die energetische Nutzung von Abwasser zur Erzeugung 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 Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW) im Rahmen des renommierten Programmes „Research Studios Austria“ (RSA). Damit unterstützt das Ministerium die Anwendung und Umsetzung von Forschungsergebnissen aus der Grundlagenforschung im Vorfeld unternehmerischer Forschung in Österreich. Das Programm beschleunigt also den Weg aus dem Labor zur praktischen Anwendung.

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. Auch diese Auflagen konnten aufgrund des großen Interesses am Research Studio „EnergySimCity“ erfüllt werden.


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