30. September 2021
Projektlaufzeit: 04.2019 - 09.2021
Projektstatus: abgeschlossen
Förderkennzeichen: G 201821
Am Projekt sind folgende Partner beteiligt:
Eine zentrale Fragestellung von Smart District 2 war, inwieweit bestehende Netzinfrastrukturen zum sektorenübergreifenden Klimaschutz und zur Systemstabilität auf Quartiersebene beitragen können. Im Sinne der Sektorenkopplung umfasst ein Quartier die Bereiche Wohnen, GHD (Gewerbe, Handel und Dienstleistung), Industrie und Mobilität. Auf energetischer Ebene werden die Strom-, Wärme-, Kälte- und Mobilitätsbedarfe berücksichtigt.
Die konzeptionelle Ausgestaltung der Energieversorgung baut auf einem integrierten Ansatz auf, welcher sowohl Netze (Strom, Erdgas, Wärme) als auch Querschnittstechnologien sowie Informations- und Kommunikationstechnologien als Kopplungselemente umfasst. Folgende ergänzende Sektoren und Analysen wurden berücksichtigt:
In Smart District 2 wurde die integrierte Energieversorgung repräsentativer Quartiere an den folgenden drei Standorte untersucht:
Berücksichtigt wurden sowohl die unterschiedlichen Verbraucher als auch Erzeuger aller Sektoren, einschließlich der Mobilität, und nach wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten optimiert. Des Weiteren wurde untersucht, wie sich der Ausbau eines Wärmenetzes auf die Kombination der verwendeten Technologien und das Optimierungsergebnis auswirkt. Durch die Auswahl repräsentativer Quartiere und fundierter Rahmenparameter wird die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Quartiere in Deutschland ermöglicht.
Die erneuerbaren Energien (EE) werden beständig weiter ausgebaut und spielen heute vor allem im Bereich der Stromerzeugung eine wesentliche Rolle. Im Jahr 2020 wurde bereits fast die Hälfte des Bruttostromverbrauchs Deutschlands durch EE gedeckt. Ebenso wie im Stromsektor sollen fossile Energieträger auch in den Bereichen Wärme, Kälte und Mobilität nach und nach durch klimafreundliche Energieträger ersetzt werden, um Treibhausgas- und Schadstoffemissionen zu mindern.
Die Sektorenkopplung ist dabei eine wesentliche Maßnahme, um die Effizienz des Energiesystems unter Nutzung erneuerbarer Energien zu steigern. Die Verknüpfung der Strom-, Wärme- und Gasinfrastruktur sowie des Mobilitätssektors steigert die Flexibilität des Versorgungssystems und ermöglicht eine systemdienliche und gesamtökologische Transformation der Energieversorgung. Zudem reduziert sie den Energiebedarf und die energiebedingten CO2-Emissionen der Verbrauchssektoren. Im Einzelnen sind dies der Wohnsektor sowie der Gewerbe-, Handel- und Dienstleistungssektor und die Industrie. Durch ihre räumliche Verknüpfung über die (vorhandene) Energieinfrastruktur und unter Einsatz von Querschnittstechnologien können die Verbrauchssektoren netzdienlich und gesamtökologisch versorgt werden.
Während viele Studien sich bisher vor allem mit dem Effizienz- und CO2-Minderungspotential von einzelnen Technologien in bestimmten Verbrauchssektoren befasst haben, hat das Vorgängerprojekt Smart District 1 aufgezeigt, welche Potentiale zukünftig in vernetzten Quartieren zu erwarten sind. Durch die räumliche Nähe von Energiequellen und -senken können Übertragungsverluste und Residuallasten am Ort der Entstehung minimiert werden. In Smart District 2 wurde in verschiedenen Szenarien die integrierte Energieversorgung repräsentativer Quartiere (urban/industriell: Düsseldorf, urban/nicht industriell: Lindenberg i. A., ländlich/nicht industriell: Langenau), unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Verbraucher und Erzeuger aller Sektoren, nach wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten optimiert.
Eine wesentliche Schlussfolgerung der Quartiersergebnisse ist, dass die Sektorenkopplung und das Einbeziehen von klimaneutralen Gasen und erneuerbarem Strom einen Beitrag zum Klimaschutz leisten können. Die Optimierung hat gezeigt, dass dadurch die Pro-Kopf-Emissionen der Energieversorgung gasförmigen Energieträgern und EE-Strom auf einen Wert von 35 kg CO2 pro Jahr reduziert werden können. Somit ist es möglich, die Versorgung der energieintensiven Sektoren Wärme, Strom und Mobilität im Einklang mit den Klimazielen zu transformieren.
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