Es erscheint unausweichlich, dass der weltweite Energiebedarf steigt. Nicht nur wegen der zunehmenden Weltbevölkerung, sondern auch wegen wegen des zunehmenden Wunsch nach mehr Bequemlichkeit, mehr Mobilität und steigenden Lebensstandard meint luckx – das magazin.
Energieversorgung
Wie sieht die Energieversorgung in der Zukunft aus? Absehbar scheint schon jetzt zu sein, dass die Energieversorgung nur noch über nachhaltig erzeugte Energie erfolgen wird. Wie das passiert, ist eine der großen Fragen, die nach Antworten sucht. Denn klar ist, der weltweit Energiebedarf wird steigen, wir haben nur begrenzte Ressourcen bei der konventionellen Energie. Außerdem stellt uns alle der Klimawandel vor neue Herausforderungen. Deshalb müssen wir schon heute über die Energieversorgung von morgen nachdenken. Das „Wissenschaftsjahr 2025 – Zukunftsenergie“ ist eine Initiative des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) sowie von Wissenschaft im Dialog und widmet sich den Lösungen, Ideen und ungelösten Fragen, an denen die Energieforschung arbeitet. Die Universität Paderborn beteiligt sich mit einem Themenspecial am Wissenschaftsjahr, um zu zeigen, wie sie der globalen Verantwortung und einer zukunftsfähigen Gestaltung der Gesellschaft, der Generationengerechtigkeit und dem Erhalt der natürlichen Lebensgrundlagen gerecht werden kann.
Optimierungsmodelle
Energieverbrauch findet immer vor Ort statt. Also bei jedem von uns in der Wohnung, bei der Mobilität als auch am Arbeitsplatz. Deshalb ist an jedem Ort der Energieeinsatz zu optimieren. Das gilt für jede erzeugte Energie; ob konventionell oder klimafreundlich. Eine besondere Herausforderung ist der effiziente Einsatz von klimafreundlicher Energie. Er stellt Städte und Gemeinden oftmals vor große Herausforderungen. Der Grund dafür: Die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen muss zu den typischen Verbrauchsmustern passen. So haben z. B. Photovoltaikanlagen tagsüber und in den Sommermonaten eine größere Leistung, der Energieverbrauch steigt jedoch frühmorgens und im Winter. An dieser Stelle setzt das Verbundprojekt „FlexLabQuartier“ an, an dem Wissenschaftler der Universität Paderborn beteiligt sind. In drei modellhaften Reallaboren in Borchen, Bielefeld Sennestadt und Verl wird dafür in den nächsten Jahren an energieoptimierten und möglichst klimaneutralen Quartierslösungen geforscht. Das Projekt wird für den Zeitraum von drei Jahren mit insgesamt 2,2 Millionen Euro durch das Land NRW sowie Mittel aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
Innovationen im Fokus
„Unser Projekt bewegt sich im Spannungsfeld zwischen technologischen Innovationen, ökologischen Zielvorgaben und sozialen Anforderungen. Einerseits müssen komplexe Energiesysteme effizient geplant und gesteuert werden, andererseits gilt es, Akzeptanz – bei allen Stakeholdern – zu schaffen und die Bedürfnisse der Bürger zu beachten“, erklärt Paul Hahn, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Wirtschaftsinformatik, insb. Operations Research, und Mitglied des Projektteams. Die Wissenschaftler spielen dabei mithilfe von datenbasierten Entscheidungsunterstützungssystemen verschiedene Szenarien durch. Wie wirkt sich der Einsatz zusätzlicher Wärmepumpen aus? Wann lohnt sich der Ausbau von Speicherkapazitäten? Die einzelnen Szenarien müssen so gestaltet werden, dass mehrere Zielvorgaben – etwa Klimaschutz und Wirtschaftlichkeit – ausgewogen berücksichtigt werden und daraus umsetzbare Lösungen entstehen.
Ein Beispiel ist die optimierte Betriebsplanung von Wärmenetzen. Hier wird die Energie aus Blockheizkraftwerken, Speichern und erneuerbaren Quellen so kombiniert, dass sowohl Betriebskosten gesenkt als auch Emissionen reduziert werden können. Manuelle Planungsverfahren reichen oft für den Betrieb komplexer Energiesysteme nicht mehr aus. „Ohne datengetriebene Modelle und intelligente Systeme wäre eine effiziente Energiewende auf Quartiersebene kaum denkbar“, so Hahn. Möglich wäre sie ihm zufolge auch nicht ohne eine ganzheitliche Betrachtung, die auch politische, regulatorische und akzeptanzbezogene Kriterien miteinschließt.
Zusammenarbeit
Der Wissenstransfer gelingt durch die enge Zusammenarbeit mit Kommunen, Stadtwerken, Versorgungsunternehmen sowie den Bürgern. In den Reallaboren erproben die Beteiligten gemeinsam, wie sich Entscheidungssysteme in alltägliche Planungs- und Steuerungssysteme integrieren lassen. Hahn: „Die Reallabore dienen uns dabei als Inspiration, bestimmte Probleme im Prozessablauf zu identifizieren.“ Zudem fließen Feedback, Akzeptanzstudien und Praxistests direkt in die Weiterentwicklung der Modelle ein. Eine der größten Herausforderungen bleibt der Blick auf politische und regulatorische Rahmenbedingungen. „Nicht jedes Potenzial, das wir in unseren Modellen identifizieren, lässt sich sofort umsetzen. Aber wir legen den Grundstein dafür, dass Städte und Quartiere von morgen nachhaltiger und effizienter werden können“, so Hahn abschließend.