Bachelorarbeit Joel Schölzel

 

Entwicklung einer Methodik zur systemischen Bewertung urbaner Energiesysteme

Bilanzierung Energiesystems Urheberrecht: EBC Bilanzierung eines urbanen Energiesystems von den einzelnen Elemente über die Systemeinheit Gebäude zu einem Quartier

Im Zuge der Energiewende findet ein Wandel in der elektrischen und thermischen Energieversorgung statt. Aufgrund des Ausbaus von dezentralen Erzeugungsanlagen nimmt die Volatilität der Stromerzeugung zu und aus dem vermehrten Einsatz strombasierter Wärme- und Kälteerzeuger resultieren Kopplungen zwischen dem elektrischen und thermischen Energiesektor. Folglich reicht es nicht mehr aus, ein Gebäude als isoliertes Energiesystem zu analysieren. Es entsteht die Notwendigkeit einer gemeinsamen systemischen Betrachtung, in der die Interaktionen von Gebäuden untereinander sowie mit dem Versorgungsnetz durch Energieaufnahme und -einspeisung berücksichtigt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methodik zur systemischen Bewertung urbaner Energiesysteme unter Einbezug des übergeordneten Energiesystems entwickelt. Sie ist ein Instrument für die Monitoringdaten-basierte Analyse der Interaktionen in einem Stadtquartier, die durch die zunehmenden Verflechtungen entstehen. Zu Beginn werden die Grundlagen für die systemische Bewertung eines Quartiers erläutert. Danach werden Definitionen verschiedener Eigenschaften urbaner Energiesysteme vorgestellt. Zu diesen zählen Netzdienlichkeit, Systemdienlichkeit, Flexibilität und Umweltverträglichkeit. Diesen Eigenschaften werden literaturbasiert Kenngrößen zugeordnet. Der Netzdienlichkeit werden diejenigen Kenngrößen zugeordnet, welche die physikalische Belastung des Netzes bewerten, die durch vermehrten, zeitvarianten Energiebezug und -einspeisung innerhalb des Quartiers und an der Schnittstelle zum übergeordneten System entsteht. Unter der Systemdienlichkeit werden die Kenngrößen zusammengefasst, die eine Bewertung des Verhaltens des urbanen Energiesystems als Teil des übergeordneten Energiesystems ermöglichen. Für die Bewertung der Flexibilität wird der Bedarf an flexiblen Versorgungstechnologien bestimmt und die Ausnutzung vorhandener Speichermöglichkeiten untersucht. Schließlich wird die Umweltverträglichkeit mithilfe der verursachten Emissionen eingeordnet. Die benötigten Monitoringdaten werden definiert und die entwickelte Methodik wird als Python-Tool implementiert. Das Tool wird auf vier Beispielquartiere angewendet, um das systemische Verhalten der Quartiere zu evaluieren und die Praktikabilität der Methodik zu diskutieren.

Die Ergebnisse zeigen, dass Batteriespeicher in einemnetzreaktiven Betrieb die Netzauslastung signifikant senken und den Eigenverbrauch anheben. Allerdings werden die Batteriespeicher nicht vollständig ausgelastet. BHKW und PV-Anlagen erhöhen den Deckungsgrad und die Energieautonomie zu verschiedenen Zeiten des Jahres. Die Anwendung der Methodik bedarf einer umfassenden und vollständigen Datenbasis. Die Methodik zeichnet sich durch einen modularen Aufbau aus. Durch die vorliegende Arbeit wird die Grundlage für ein einfach anzuwendendes, automatisiertes Bewertungsverfahren für Bestandsquartiere geschaffen.