die energieeffiziente Stadt Delitzsch

Energiemanagement
und Nachhaltigkeit
Tagung „Energieeffizientes Sachsen“ 27.2.2012 Dresden
Innovative integrierte Klimaschutzkonzepte:
die energieeffiziente Stadt Delitzsch
Prof. Dr. T. Bruckner
Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit
„Energieeffiziente
Stadt Delitzsch“
Institut für Infrastruktur
und Ressourcenmanagement
Universität
„EnergieeffizienteLeipzig
Stadt Delitzsch“
Innovative Klimaschutzkonzepte
Herausforderungen
► Das 2°C Ziel der Europäischen Union
► Klimaschutz und liberalisierte Energiemärkte
Elemente innovativer Klimaschutzkonzepte
► Kernelemente
► Technologische Dimension
► Sozio-ökonomische Dimension
Klimaschutzkonzepte für Mitteldeutschland
► Demographie
► Infrastruktur
► Exemplarische Umsetzung
Notwendige Emissionsreduktion (national)
6
5
15 Jahre ohne Klimaschutz (IS 92a)
4
Energiebezogene CO2 Emissionen [Gt C/yr]
3
6
2
5
1
0
0
4
50
100
150
200
3
EU Klimaschutzziel:
2
► Maximale Veränderung der globalen
Mitteltemperatur 2°C
1
0
0
► Reduktion der Treibhausgasemissionen
der Industriestaaten um 80 %
bis 2050 (bezogen auf 1990)
150
200
„Energieeffiziente
Stadt Delitzsch“
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
50
100
Jahr nach 1995
Quelle: Schellnhuber und Bruckner, 1998
Nationale und internationale Klimaschutzinitiativen
► KfW-CO2-Gebäudesanierungsprogramm
► Energieeinsparverordnung
► Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK-Gesetz)
► Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
► Europäischer Emissionshandel
(Treibhausgas-Emissionshandelsgesetz)
Source: Passivhaus-Institut
Kommunale Klimaschutzinitiativen
„Cities (including towns) currently use over two-thirds of the
world’s energy and account for more than 70 % of global CO2
emissions” (IEA, 2008).
Bild: pixelio.de
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
Vielfältige Förderprogramme/Wettbewerbe
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
zur Schaffung kommunaler Klimaschutzkonzepte
Traditionelle Energieversorgungskonzepte
Bürgerschaft
Stadtrat
Stadtverwaltung
Wohnungsbaugesellschaften
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
Stadtwerke
Klimaschutz und liberalisierte Energiemärkte
Überregionaler Strom- und Gasmarkt
Bürgerschaft
Stadtverwaltung
Wohnungsbaugesellschaften
Stadtwerke
Nationale Klimaschutzinitiativen
Independent
Producers
Beispielhafte Interaktion der Akteure
Wärmebedarf
Wärmenachfrager
Strombedarf
KraftWärmeKopplung
KraftWärmeKopplung
Unabhängige
Erzeuger
Stadtwerke
Klimapolitische Rahmenbedingungen
Stromnachfrager
Interagierende Akteure
Liberalisierung
Klimaschutz
unabhängige
Erzeuger
Energienachfrager
Stadtwerke
externe Konkurrenten (Gas, Strom)
Klimaschutzinitiativen
beeinflussen Energieversorger
direkt
- technische Vorschriften
- Fördermaßnahmen (KWK)
- Emissionsabgaben
indirekt
- über den Markt
(Förderung von Konkurrenten)
- über das
Energieversorgungsnetzwerk
(Maßnahmen zur Senkung der
Energienachfrage)
Innovative Klimaschutzkonzepte
Überregionaler Strom- und Gasmarkt
Akteursorientierte Integration
Bürgerschaft
Stadtverwaltung
Wohnungsbaugesellschaften
Stadtwerke
Nationale Klimaschutzinitiativen
Independent
Producers
Technologische Dimension
Detaillierte Analyse des
bestehenden Kraftwerkparks und
des Wärmeversorgungssystems
Räumlich und zeitlich
hochaufgelöste
Bestimmung des Wärmebedarfs
Zeitlich hochaufgelöste
Optimierung des Gesamtsystems
Infrastrukturdaten (räumliche Dimension)
Siedlungstyp
- Infrastruktur
- Kosten
Gebäudetyp
- Baujahr & Typ
- Heizsystem
Quelle: IWU
Energienachfrage [MWh/h]
Zeitlich hochaufgelöste Energienachfrage
Wärmebedarf (Fernwärme)
Nachfrage nach
elektrischer Energie
Tag
Quelle: Bruckner et al., Energy — The International Journal (1997).
Systemintegrierte Modellierung
Heizkraftwerke
Wind
Stromnetz
Fer
nw
ä rm
e
Solar
Haushalte
Biomassekraftwerk
Nahwärme
Wärmepumpen
G
Blockheizkraftwerke (BHKW)
Sozio-ökonomische Dimension
lokale Verortung
Quelle: www.sociovision.de; www.microm.de
► Bestimmung des typischen (in der Regel begrenzt rationalen) Verhaltens
verschiedener Lebensstilgruppen im Hinblick auf energietechnische
Investitionsentscheidungen (durch eine bundesweite Befragung)
► Verkettung: „typisches Verhalten“ & räumlich referenzierte Lebensstildaten
► Berücksichtigung dieser Information bei der Erstellung von Quartierskonzepten
Zusammenhang zwischen Lebensstil
(Sinus-Milieu) und Wahl des Energieträgers
100%
80%
N = 283
χ² = 30,194
df = 8
p < 0,0001
60%
40%
EE
20%
Fossil
0%
Quelle: M. Gröger und T. Bruckner: Lebensstile und Investitionsverhalten im Wärmemarkt, 7. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien, 2011.
Heizungssysteme im Bestand
k.A./weiß nicht
Wärmepumpe
Geothermie
Holzpellets
Solarthermie*
Fernwärme
KHK**
Erdgaskessel
Heizölkessel
Nachtspeicherofen
Kohleofen
0%
5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55%
Moderne Performer
Bürgerliche Mitte
* nur Warmwasserbereitung; ** Kleinheizkraftwerk
Quelle: M. Gröger und T. Bruckner: Lebensstile und Investitionsverhalten im Wärmemarkt, 7. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien, 2011.
Agenten-basierte Hybrid-Modellierung
Szenarienbasierte
Beschreibung energierechtlicher und
klimapolitischer
Rahmenbedingungen
lokale und nationale Klimainitiativen
Agenten-basierte
Modellierung
der sozio-ökonomischen
Akteursebene
Nationaler
Energiemarkt
1 Jahr
Energiedienstleistungen
Betriebsführung
1 Jahr
Investition
1 Jahr
Betriebsführung
Investition
Betriebsführung
Investition
Umwandlungsprozesse
Zeitlich hochaufgelöste
Modellierung des
Energieversorgungssystems
Zeitverlauf
Quelle: T. Wittmann und T. Bruckner: Agenten-basierte Modellierung urbaner Energiesysteme, Wirtschaftsinformatik (2007).
Proof of Concept: Diffusionskurven
40
35
Marktanteil in %
30
25
20
15
10
5
0
2005
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
2010
konventioneller Ölkessel
konventioneller Gaskessel
Gasbrennwertkessel (GBK)
GBK + Solarthermie (WW)
GBK + Solarthermie (WW+H)
Gas Mikro - KWK
Nahwärme
Pelletkessel
2015
2020
2025 Stadt Delitzsch“
2030
„Energieeffiziente
Zeit in Jahren
Quelle: T. Wittmann und T. Bruckner: Agenten-basierte Modellierung urbaner Energiesysteme, Wirtschaftsinformatik (2007).
Modellierung der Interaktion der Akteure
Räumliche Verteilung
der Haushalte und
Investitionen der
privaten Haushalte
Investitionen
der Stadtwerke und
der Wohnungsbaugesellschaften
Energiebedarf der
Nachfrager
Energiebereitstellung
durch die Versorger
Quelle: UFZ/IIRM, eigene Darstellung
Klimaschutzkonzepte für Mitteldeutschland
„Cities (including towns) currently use over two-thirds of the
world’s energy and account for more than 70 % of global CO2
emissions” (IEA, 2008).
► Demographische Aspekte
► Infrastrukturfragen
► Exemplarische Umsetzung in
Delitzsch
Delitzsch: Stadt im demographischen Wandel
Delitzsch ist eine schrumpfende Stadt:
Bevölkerungsrückgang (1990-2008): -17 %
Bevölkerungsentwicklung Delitzsch Stadtgebiet
Delitzsch ist ein typischer Vertreter
des Demographie-Typs 4
der Clusteranalyse der Bertelsmann-Stiftung.
Delitzsch: Umstellung der Energieversorgung
Bewohnten Wohnungen nach Heizungssystemen in Prozent
100%
90%
Fernwärme
80%
Strom
70%
60%
Gas
50%
Heizöl
40%
Feste
Brennstoffe
30%
20%
10%
0%
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Entwicklung der Heizungssysteme in Delitzsch
Quelle: Institut für Energie, Leipzig
Delitzsch: Senkung des Energiebedarfs
Verbrauchssektoren
[GWh]
800
- 20 %
700
167
600
- 3,6 %
Verkehr
500
161
►
Strukturwandel
(GHD und Industrie)
►
Rückbau von Wohnungen
►
Wärmedämmung
►
Umstellung der Heizsysteme
(Braunkohle Erdgas)
►
KWK (Erdgas)
- 28 %
400
GHD und
Industrie
304
300
218
100
Private
Haushalte
- 23%
200
236
183
0
1990
2007
Entwicklung des Endenergieverbrauchs
Quelle: Institut für Energie, Leipzig
Delitzsch: Senkung der CO2-Emissionen
►
Strukturwandel
►
Effizienzsteigerung
►
Braunkohle Erdgas
►
Nutzung erneuerbarer Energien
(Biomassekraftwerke)
[t CO2]
Veränderungen der CO2-Emissionen der Stadt Delitzsch
300.000
270.196
250.000
Verkehr
42.808
-3%
200.000
150.000
- 60 %
GHD und
Industrie
132.374
Vergleich mit dem EU 20-20-20 Ziel:
►
Primärenergieeinsatz: - 24%
►
Anteil der erneuerbaren Energien
an der Stromerzeugung: 90%
►
CO2-Emissionen: - 60%
- 74 %
107.097
100.000
41.482
Private
Haushalte
- 67 %
50.000
95.014
34.485
31.130
0
1990
2007
Quelle: Institut für Energie, Leipzig
erneuerte/zu erneuernde
Heizungsanlagen pro Jahr
Handlungsbedarf („Window of Opportunity“)
200
150
100
50
0
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Errichtung/letzte Erneuerung
nachfolgende Erneuerung
nächste Erneuerung
Erneuerungsbedarf für Gasheizungen pro Jahr
Quelle: IIRM, eigene Erhebung und Darstellung
Umsetzungsstrategie
► Exemplarische Implementierung eines akteursorientierten und interaktiven
Energiemanagementsystems, das flexibel auf Veränderungen der
Randbedingungen reagieren kann (Energiepreise, Förderprogramme, etc.).
► Systemintegrierte Modellierung der kommunalen Energieversorgung
im Kontext liberalisierter Energiemärkte, steigender Klimaschutzanforderungen
und gleichzeitig stattfindender demographischer Veränderungen.
► Modellierung der Co-Evolution der technischen und
sozio-ökonomischen Aspekte des Lebensraumes Stadt.
► Entwicklung robuster und allgemein gültiger Strategien
zur Steigerung der Energieeffizienz und der Infrastrukturanpassung
in schrumpfenden Mittelstädten.
► Zielgruppenspezifische (z.B. lebensstilabhängige) Ansprache
der Akteure durch innovative Energieeffizienzmanager.
Aufgaben der Energieeffizienzmanager
Überregionale Interaktion und Netzwerkbildung
Wesentliche Elemente des Umsetzungskonzeptes
akteursorientiert – quartiersbezogen – dienstleistungsbasiert:
► Explorative Ebene:
Erstellung systemintegrierter Quartiersstrategien durch
die Universität Leipzig und das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ
►Operative Ebene:
Umsetzung der akteursbezogenen Strategien durch kommunale
Energieeffizienzmanager im Verbund mit der Stadtverwaltung
Forschungsstelle Kommunale Energiewirtschaft:
Mediator und Multiplikator
KEM Kommunalentwicklung Mitteldeutschland und Leipziger Institut für Energie:
Monitoring zur Sicherstellung der Übertragbarkeit
BMBF-Wettbewerb „Energieeffiziente Stadt“
Gemeinsam auf dem Weg in die energieeffiziente urbane Moderne –
Exemplarische Implementierung eines akteursorientierten
Energiemanagementsystems in Delitzsch
Kooperationspartner:
►
Große Kreisstadt Delitzsch
►
Technische Werke Delitzsch GmbH
►
Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit,
Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement, Universität Leipzig
►
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ
►
Forschungsstelle Kommunale Energiewirtschaft, Universität Leipzig
„Energieeffiziente
(getragen von der Verbundnetz
Gas Stadt
AG Delitzsch“
und den Stadtwerken Leipzig)
►
KEM Kommunalentwicklung
Mitteldeutschland
„Energieeffiziente
Stadt Delitzsch“ GmbH
►
Leipziger Institut für Energie GmbH
Energiemanagement
und Nachhaltigkeit
Kontakt
Prof. Dr. Thomas Bruckner
Vattenfall Europe Professur für
Energiemanagement und Nachhaltigkeit
Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät
Universität Leipzig
Grimmaische Str. 12
D-04109 Leipzig
Tel. 0341/97 33516
bruckner@wifa.uni-leipzig.de
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
http://www.uni-leipzig.de/energiemanagement/
Quelle: Siemens AG
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
Ausgewählte Literatur
Bruckner, T, H-M Groscurth, R Kümmel: Competition and Synergy between Energy
Technologies in Municipal Energy Systems, Energy — The International Journal 22,
1005–1014 (1997).
Bruckner, T, R Morrison, C Handley, M Patterson: High-Resolution Modeling of EnergyServices Supply Systems using deeco: Overview and Application to Policy
Development, Annals of Operations Research 121, 151–180 (2003).
Bruckner, T, R Morrison, T Wittmann: Public Policy Modeling of Distributed Energy
Technologies: Strategies, Attributes, and Challenges, Ecological Economics 54, 328345 (2005).
Wittmann, T, T Bruckner: Agenten-basierte Modellierung urbaner Energiesysteme,
Wirtschaftsinformatik 5/2007, 352-360 (2007).
Wittmann, T, R Morrison, J Richter, T Bruckner: A Bounded Rationality Model of Private
Energy Investment Decisions, in: Proc. of the 29th IAEE International Conference:
Securing Energy in Insecure Times, Potsdam (2006).
Wittmann, T, T Bruckner: Agent-based Modeling of Urban Energy Supply Systems Facing
Climate Protection Constraints, Proc. of the 5th World Bank Urban Research
Symposium, “Cities and Climate Change”, Marseille (2009).
Gröger, M, T Bruckner: Lebensstile und Investitionsverhalten im Wärmemarkt,
7. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien, IEWT 2011 (2011).
Proof of Concept: Diffusionskurven
40
35
Marktanteil in %
30
Technologieführer
Etablierter Agent
25
Wohnungsbaugesellschaft
20
15
10
5
0
2005
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
2010
konventioneller Ölkessel
konventioneller Gaskessel
Gasbrennwertkessel (GBK)
GBK + Solarthermie (WW)
GBK + Solarthermie (WW+H)
Gas Mikro - KWK
Nahwärme
Pelletkessel
2015
2020
2025 Stadt Delitzsch“
2030
„Energieeffiziente
Zeit in Jahren
Quelle: T. Wittmann und T. Bruckner: Agenten-basierte Modellierung urbaner Energiesysteme, Wirtschaftsinformatik (2007).
Einbettung der Energieeffizienzmanager