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UrbanReNet: Intelligente Vernetzung regenerativer Energiekonzepte

Unsere Gesellschaft ist von urbaner Prägung. Insbesondere ihre Wohn- und Arbeitswelten sind oftmals eng im Siedlungskontext vernetzt und besitzen untereinander zahlreiche Wechselwirkungen. Der Energiebedarf wird allerdings bisher getrennt in Stadtplanung und Energieversorgung betrachtet und geplant. In Zeiten, in denen zentrale Versorgungssysteme zunehmend von dezentralen, regenerativen Anlagen abgelöst werden, ist ein Umdenken erforderlich. An dieser Stelle setzt das vom Bundesministerium für Wirtschaft unter dem Schwerpunkt „Energieeffiziente Stadt“ geförderte Forschungsprojekt „UrbanReNet“ an. In der derzeit laufenden zweiten Bearbeitungsphase untersucht ein interdisziplinäres Forscherteam die Energieerzeugungs-, Speicher- und Vernetzungspotentiale von Bestandsgebäuden und urbanen Freiflächen im Siedlungsverbund. Neben den Lehrstühlen Entwerfen und Energieeffizientes Bauen von Prof. Hegger sowie Freiraumplanung von Prof. Dettmar waren in der ersten Projektphase auch das Fachgebiet DiskreteOptimierung von Prof. Dr. Martin vom Fachbereich Mathematik an der TU Darmstadt sowie die Forschungsstelle für Energiewirtschaft München (FfE) und die TU Dresden am Projekt beteiligt.

Quelle: TU Darmstadt, FG Entwerfen und Energieeffizientes Bauen

Methodik und Ziel – mathematisches Modell und intelligentes Softwaretool 

TU Darmstadt, Entwerfen und Energieeffiz. Bauen

Als Ziel ihrer interdisziplinären Zusammenarbeit formulieren die Forscherteams die Entwicklung eines mathematischen Objektmodells, das durch Typisierung und Abstraktion in der Lage ist, ein komplexes Quartiersgefüge auf die für eine Vernetzung entscheidenden energetischen Elemente zu reduzieren und abzubilden. Im ersten Schritt ermittelt das System anhand zuvor definierter Stadtraumtypen den energetischen Bedarf und die Potenziale des Gebietes. Dabei berücksichtigt das Forschungsprojekt Aspekte, wie Energie am jeweiligen Quartier bereitgestellt, gespeichert, verteilt oder auch eingespart werden kann. Ebenso wird der Lastspitzenausgleich durch Vernetzung in das mathematische Objektmodell eingearbeitet. Anschließend wird ausgehend von der Jahresbilanz eine zu erwartende Über- oder Unterdeckung mit Strom, Wärme und chemischer Energie des Gebietes stundenweise simuliert. Auf Grundlage des mathematischen Modells soll auf diese Weise ein Softwaretool als Entscheidungshilfe für die Praxis entwickelt werden, das die Planung künftiger Energieversorgungskonzepte erleichtert.

Projektphasen 1 und 2 – Gegenwärtiger Stand und Ausblick 

In einer ersten Projektphase von 2009 bis Herbst 2012 war die Studie Teil des Verbundprojektes „Auslegung und intelligentes Management optimierter Energieversorgungsstrukturen“. Hier wurden stadtmorphologische Bestandsstrukturen hinsichtlich ihrer energetischen Potenziale und des Bedarfs untersucht. Im Ergebnis wurden Steckbriefe für 13 unterschiedliche Stadtraumtypen entwickelt, in denen nicht nur ihre architektonischen und räumlichen Charakteristika sondern auch ihr jeweiliges energetisches Profil skizziert wird. Im zweiten Schritt wurde ein erstes mathematisches Modell entwickelt, das als Grundlage für weitere Anpassungen bei der Modellierung diente.

In der Praxis konnten die Ergebnisse der ersten Projektphase bei mehreren Stadtquartieren der "Innovation City Bottrop" mit realen Verbrauchsdaten abgeglichen werden und als Handlungsempfehlung zur energetischen Optimierung des Städtebaus in die Modellsiedlungen einfließen. Die zweite Projektphase startete im September 2012 und wird voraussichtlich bis April 2015 andauern. Als Ziel dieser Phase soll ein Modell zur stundenweisen Simulation der Über- oder Unterversorgung von Strom und Wärme die Energiebilanzierung der Stadtraumtypen erweitern. Im nächsten Schritt ist die Festlegung von Kenngrößen geplant, die sich in den jeweiligen Stadtraumtypen als sinnvoller Energiemix herauskristallisiert haben. Mittels variabler Stellschrauben wie beispielsweise dem solaren Anteil bei der Energieversorgung lassen sich dann verschiedene Versorgungsszenarien durchspielen und eine energetisch optimierte Lösung für das jeweilige Stadtquartier finden.

Zudem ist für das Ende der zweiten Projektphase die Entwicklung der Betaversion des Planungstools anvisiert. Damit bekämen Architekten, Stadtplaner und Versorgungstechniker ein Hilfmittel in die Hand das als Entscheidungshilfe für Energiekonzepte im urbanen Raum interdisziplinäres Planen und Ressourcenschutz effizient verbindet.

TU Darmstadt, FG Entwerfen und Energieeffizientes Bauen

Weitere Informationen zum Forschungsprojekt UrbanReNet

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