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Energiemix passend zur Stadt: Tools für die lokale Energiewende

Mit modernen Tools können die Potentiale der Energieversorgung einer Kommune erfasst werden. © KIT

| Kira Crome |

Immer wieder werden – meist aus Forschungsprojekten heraus – Online-Tools vorgestellt, die Bürgermeistern, Klimaschutzmanagern und Stadtplanern helfen sollen, Erneuerbare Energie-Potenziale vor Ort zu erschließen und maßgeschneiderte Maßnahmenpakete für die lokale Energiewende zu schnüren. Welche gibt es und worin unterscheiden sie sich?

Windenergie, Erdwärme, Biomasse, Solaranlagen auf Hausdächern oder Freiflächen-Photovoltaik – welche Art der Strom- und Wärmeversorgung aus erneuerbaren Energien eignet sich für welche Gemeinde? Welcher Mix aus erneuerbaren und konventionellen Energieträgern ist effizient, sinnvoll und umsetzbar und welche technischen Voraussetzungen müssen dafür geschaffen werden? Stadt- und Gemeindeverwaltungen, die ihre lokale Energieversorgung erneuerbar gestalten und Handlungsfelder abstecken wollen, stehen vor einer Reihe an Fragen. Vor allem in kleineren Kommunen fehlen häufig Kapazitäten und Ressourcen, um die erforderliche Datenbasis zusammenzutragen, die Ist-Situation der Energieversorgung zu erfassen, Potenziale zu erfassen oder Szenarien zu entwerfen und Maßnahmen abzuleiten. Das liegt einerseits daran, dass die notwendigen Daten vielfach schwer zugänglich sind. Teils müssen sie aus verschiedenen Quellen zusammengetragen und aufbereitet werden, teils sind sie nicht immer frei zugänglich und kosten Lizenzgebühren. Andererseits fehlt in Verwaltungen häufig das nötige Fachwissen oder auch schlicht die Zeit, das lokale Energiesystem virtuell abzubilden, zu analysieren und zu optimieren.

Immer wieder werden, meist aus Forschungsprojekten heraus, Online-Tools vorgestellt, die Bürgermeistern, Klimamanagern und Stadtplanern bei der Visualisierung, Planung und Optimierung von Energie- und Anlagenmixpfaden helfen können. Ihr Ziel: Die nötigen Grundlagen schaffen, um den Stein ins Rollen zu bringen und die Energiewende im Lokalen voranzutreiben. Welche Tools gibt es und was leisten sie?

TRAIL-Tool: Den richtigen Energiemix finden

Vor allem an Vertreter kleinerer Gemeinden richtet sich das Online-Tool www.trail-energie.de, das von Forschern des Institutsteils Angewandte Systemtechnik (AST) des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) entwickelt wurde. Das Tool versteht sich als Einstiegshilfe, um die Energiewende vor Ort strategisch anzugehen und bietet eine Erstanalyse des örtlichen Energiesystems und der Energiebedarfe. „Mit unserer Software können sich Bürgermeisterinnen und Bürgermeister kleinerer Gemeinden über die technischen Möglichkeiten im Bereich der Energiewende sowie die entsprechenden Förderungen informieren – und zwar individuell auf die Gemeinde zugeschnitten“, sagt Liane Rublack, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IOBS-AST. Dabei ist nicht entscheidend, dass Wärme und Strom zu hundert Prozent regenerativ erzeugt werden. „Das Tool setzt vielmehr auf einen Energiemix aus konventionellen und erneuerbaren Erzeugungsanlagen.“

Getestet wurde das internetbasierte Tool in vier kleineren Modellkommunen in Thüringen, die jeweils weniger als zehntausend Einwohner verzeichnen. Den Entwicklern kam es vor allem auf Überschaubarkeit an: „Das Tool funktioniert nahezu selbsterklärend und intuitiv“, sagt Rublack. Man gibt den Namen der Gemeinde an und erhält Informationen zum Strom- und Wärmebedarf des Ortes. Angezeigt werden auch die möglichen Optimierungen der künftigen Strom- und Wärmeversorgung. Mithilfe eines interaktiven Assistenten lässt sich individuell einstellen, welche Technologieoptionen ausgebaut oder welche ausgeklammert werden sollen. Dafür steht das ganze Repertoire zur Verfügung: von der Solar- und Windenergie über Strom- und Wärmespeicher, Öl- und Gasbrennwertkessel bis hin zu Luftwärme- oder Erdwärmepumpen. Andere Faktoren, wie die Minimierung des CO2-Ausstoßes oder die Bezugskosten für Energie, fragt das Tool ebenfalls ab. Das Ergebnis ist eine Übersicht über den potenziellen Energie- und Anlagenmix entsprechend der angegebenen Zielvorgaben. „Der Genauigkeitsgrad der Ergebnisse hängt dabei stark von der Eingabe der Daten durch die Gemeinde ab“, so Rublack.

Als Basisdaten für das Tool nutzte die Forschungsgruppe Standardlastprofile für Haushalte sowie die Zeitreihen für erneuerbare Energieanlagen für die Region, die der Deutsche Wetterdienst hinterlegt hat.

Aufgeführt werden auch die Kosten für Installation und Betrieb, die Bezugskosten für die Energie, die Menge des CO2-Ausstoßes sowie alle Fördermöglichkeiten. Entstanden ist die Software als erster Teil eines Verbundprojekts „Transformation im ländlichen Raum (TRAIL)“. Die Basisversion ist thüringenweit anwendbar. Im zweiten Projektteil kommen weitere Gemeinden aus Hessen und Bayern hinzu. Geplant ist eine Erweiterung der Basisversion, die auch in anderen Bundesländern genutzt werden kann. Dafür will die Forschungsgruppe die Qualität und Reichweite der Daten verbessern und eine weitestgehend automatisierte Datenerfassung ermöglichen. Erweiterungen, um sektorübergreifende Strategien abbilden zu können, sind ebenfalls geplant.

EnAHRgie-Tools: Szenarien für ein regionales Energiekonzept entwickeln

Auf größere Gemeinden und Landkreise stellen die EnAHRgie-Tools ab. Entwickelt im Zuge eines Forschungsprojekts zur Erarbeitung eines Energiekonzepts für den Landkreis Ahrweiler (EnAHRgie), steht das digitale Instrumentarium nun anderen interessierten Kommunen zur Verfügung. Herzstück ist das Szenarien-Tool: Es soll kommunalen Entscheidern helfen, den ersten Schritt im mehrstufigen Prozess zur Erstellung eines regionalen Energiekonzepts zu gehen und sogenannte Energieszenarien durchzuspielen. Um das Szenarien-Tool zu testen und die Funktionsweise kennenzulernen, können interessierte Nutzer mit den hinterlegten Beispieldaten aus der Ahrweiler Modellregion experimentieren. Das Tool kann mithilfe einer Excel-Datei mit eigenen Daten gefüttert werden; Beratungshilfe leistet die Forschungsgruppe auf Anfrage.

„Sie können vorgespeicherte Energieszenarien vergleichen, diese nach eigenen Wünschen verändern oder ein komplett neues Szenario entwickeln. Die Auswirkungen Ihrer Entscheidungen werden Ihnen sofort angezeigt“, erklären die Entwickler vom beteiligten Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT). Der Vorteil: Anhand diverser Zielindikatoren, beispielsweise CO2-Einsparung oder zusätzlicher Flächenverbrauch, lassen sich positive wie negative Auswirkungen direkt abschätzen. Wechselwirkungen zwischen einzelnen Maßnahmen wie etwa zur Energieeffizienz und möglichen Erzeugungsanlagen für die Wärme- und Stromversorgung werden deutlich. So lassen sich verschiedene Technologieoptionen sowie mögliche Energiemixe darstellen. Für jedes Szenario werden die entsprechenden ökologischen, ökonomischen und sozialen Auswirkungen angezeigt.

Ist die Entscheidung für ein Szenario gefallen, bieten die EnAHRgie-Tools weitere Instrumente, die die nächsten Schritte im Umsetzungsprozess unterstützen. Wer beispielsweise ein Geschäftsmodell aufsetzen, Bürgerinnen und Bürger einbinden oder regionale Kooperationen aufbauen möchte, findet auf der Internetplattform konkrete umfangreiche Leitfäden. Ein interaktives Maßnahmen-Tool zeigt mögliche Hemmnisse oder Konflikte von geplanten Maßnahmen bei der Umsetzung auf. Die Maßnahmen sind in Kategorien eingeordnet und können im Tool gefiltert und sortiert werden.

StEmp-Tool: Alle Interessensgruppen in die Energiewendeplanung einbinden

Stakeholder-Empowerment-Tool, kurz: StEmp, nennt sich das internetbasierte Simulationstool, dass alle Interessengruppen am Planungsprozess zur lokalen Energiewende beteiligen soll. Entwickelt wurde es am Reiner Lemoine Institut (RLI) im Rahmen des Kopernikus-Projekts ENavi. Seine Zielstellung hat vor allem die Akzeptanz im Blick: Energiepfade, Maßnahmen und deren Auswirkungen auf lokaler Ebene visualisieren und so fachfremde Beteiligte zum Dialog befähigen. „Oft werden Diskussionen zum Teil auf sehr emotionaler Ebene geführt und führen so zu scheinbar unlösbaren Konflikten“, sagt Mascha Richter, Projektleiterin am RLI. „Um einen Diskurs möglichst frei von Interpretationen zu ermöglichen, macht das Tool allen Beteiligten die zugrundeliegenden Daten und Verordnungen zugänglich und bereitet sie verständlich auf.“

So lässt sich zum Beispiel interaktiv nachvollziehen, wo Windvorrangflächen und Tabuzonen in einer Region liegen, ob Waldgebiete zum Bau von Windenergieanlagen in Betracht gezogen werden oder nicht und wie sich veränderte Mindestabstände zu Wohnsiedlungen auf die Planungsmöglichkeiten auswirken. Die Ergebnisse lassen sich mit dem Status quo der Energieversorgung vergleichen und für jeden anderen erneuerbaren Energieträger durchspielen – grafisch und räumlich aufbereitet. Jedem Szenario werden Energiebilanzen, Flächenbedarf und Flächenverfügbarkeiten gegenübergestellt. Es lassen sich Zukunftsszenarien simulieren und verschiedene Wege ausleuchten, wie vorgegebene oder gewünschte Zielsetzungen erreicht werden können.

Das Tool versteht sich als ein Energiewende-Navigationssystem im Kleinen. Entstanden ist die interaktive Anwendung in der Modellregion Anhalt-Bitterfeld-Wittenberg. Die Entwickler haben mit einer lokalen Stakeholdergruppe zusammengearbeitet, die das Tool in mehreren Workshops praktisch getestet und Verbesserungsvorschläge eingebracht haben. „Wir haben ausschließlich mit offenen Daten gearbeitet“, sagt Richter. Es kann grundsätzlich auch auf andere Regionen übertragen werden, sofern die entsprechenden Daten recherchiert und eingepflegt werden.

Greenventory: Die städtische Energiewende einfacher machen

Es bezeichnet sich als das Google-Maps der Energieversorgung und ist ein Start-up, das aus einer Forschungsentwicklung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ausgegründet wurde. Mit Satellitenbildern und Klimadaten, statistischen und Internet-of-Things-Daten bildet Greenventory das vorhandene Energiesystem einer Stadt oder eines Energieversorgers automatisiert ab. Das Software-Tool generiert eine räumlich und zeitlich hochaufgelöste Datenbasis, die den Ist-Zustand eines Energieversorgungsystems beschreibt. Diese Datenbasis enthält alle energierelevanten Gebäudeparameter, bezieht die Netzinfrastruktur sowie Erneuerbare Energien-Anlagen ein. Mithilfe von eigens entwickelten Algorithmen wird dieses Inventar mit Energiesimulationsmodellen verknüpft. So werden Potenziale zur Energieeinsparung oder zum Ausbau erneuerbarer Energien erkennbar. „Wir zeigen unseren Kunden individuell, wie sie Energie effizienter nutzen, den Anteil regenerativer Quellen erhöhen und diese Verbesserungsmöglichkeiten transparent kommunizieren können“, erklärt Kai Mainzer, einer der Greenventory-Gründer.

Der Vorteil: Transformationspfade für die Stadt lassen sich so realistischer und gebäudescharf abbilden. Klimaschutzkonzepte ließen sich nicht nur schneller, sondern auch in deutlich höherer Qualität als bislang erstellen, versprechen die Entwickler. Die Folgen künftiger Versorgungskonzepte könnten mithilfe von Greenventory-Simulationen schon früh in der Planung berücksichtigt werden. Nachträgliche Netzverstärkungen zum Beispiel würden so überflüssig. Die Software wurde bereits in mehr als 20 Projekten mit Energieversorgern, Netzbetreibern und Städten erfolgreich eingesetzt und die Innovation mehrfach ausgezeichnet.

EA.NRW-Tools für den kommunalen Klimaschutz

Die EnergieAgentur.NRW unterstützt Kreise, Städte und Gemeinden in Nordrhein-Westfalen rund um die Klimaschutzkonzeption und die Berichterstattung mit einem breitgefächerten Werkzeugkasten. Eine Übersicht über alle Webtools gibt es auf der Internetseite unter der Rubrik „Service“. Folgende Tools können Bürgermeister, Verwaltungen und Klimaschutzmanager unterstützen:

  • Kommunales CO2-Bilanzierungstool: Starthilfe mit den richtigen Grundlagen

CO2-Bilanzen sind maßgebliche Voraussetzung, damit Kommunen gezielt Fördermittel erhalten oder am europaweiten Konvent der Bürgermeister teilnehmen möchten. Das Land Nordrhein-Westfalen hat für alle seine Kommunen eine Landeslizenz für den Klimaschutz-Planer des Klima-Bündnis erworben. Mit diesem CO2-Bilanzierungstool können Kommunen eine eigene Energie- und CO2-Bilanz erstellen. Damit lassen sich auch Umsetzungsfortschritte kommunaler Klimaschutzaktivitäten verfolgen und bemessen. Eine Erweiterung des Tools um ein Modul zur Potenzialanalyse und Szenarienbildung ist geplant. Die Nutzung ist kostenfrei.

  • Förder.Navi: Wegweiser zu Fördermitteln

Welche Förderprogramme und Projektförderwettbewerbe für Maßnahmen zur Energieeinsparung oder zum Ausbau erneuerbarer Energien gibt es? Das Förder.Navi der EnergieAgentur.NRW weist den Weg zu regionalen und überregionalen Fördertöpfen.

  • Rechner: Solarenergiepotenziale ausschöpfen

Elf Millionen Dächer in Nordrhein-Westfalen bieten ein großes Potenzial für den Ausbau der Solarenergie. Ob sich die Investition in eine Photovoltaik-Anlage, eventuell samt Stromspeicher, bezahlt macht, zeigt der PV.Rechner der EnergieAgentur.NRW. Das Tool liefert eine erste Abschätzung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen als Orientierung für die weitere Planung.

  • NRW: Klimaberichterstattung leicht gemacht

Das Konzept steht, die Maßnahmen laufen – doch wie sieht es mit den Fortschritten aus? Das Tool KlimaBericht.NRW unterstützt Kommunen dabei, eine Energie- und CO2-Bilanz in den Handlungsfeldern Gebäude und betriebliche Mobilität zu erstellen. So werden regelmäßig die angestoßenen Maßnahmen auf Effizienz und Wirksamkeit überprüft. Das Ergebnis ist ein Klimabericht über die Sektoren Strom, Wärme und Mobilität.