Delitzsch

Energiemanagement
und Nachhaltigkeit
Chancen und Potenziale der (Fern-) Wärmeversorgung in Mitteldeutschland
15.3.2011 y Halle
Kommunaler Klimaschutz
Prof Dr
Prof.
Dr. T
T. Bruckner
Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit
„Energieeffiziente
Stadt Delitzsch“
Institut für Infrastruktur
und Ressourcenmanagement
g
Universität
Leipzig
„Energieeffiziente
g
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
Energiebezzogene 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 %
150 „Energieeffiziente
200
g
Stadt Delitzsch“ bis 2050 (bezogen auf 1990)
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
50
100
Jahr nach 1995
Quelle: Schellnhuber und Bruckner, 1998
Nationale und internationale Klimaschutzinitiativen
► KfW
KfW-CO
CO2-Gebäudesanierungsprogramm
Gebäudesanierungsprogramm
► Energieeinsparverordnung
► Gesetz für die Erhaltung
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“
Î Vielfältige Förderprogramme/Wettbewerbe
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
zur Schaffung
S h ff
kommunaler
k
l Klimaschutzkonzepte
Kli
h t k
t
Traditionelle Energieversorgungskonzepte
Bürgerschaft
Stadtrat
Stadtverwaltung
Wohnungsbaugesellschaften
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
Stadtwerke
Klimaschutz und liberalisierte Energiemärkte
Überregionaler Strom- und Gasmarkt
Bürgerschaft
Stadtverwaltung
Wohnungsbaugesellschaften
Stadtwerke
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
Nationale Klimaschutzinitiativen
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
Independent
Producers
Beispielhafte Interaktion der Akteure
Wärmebedarf
Wärmenachfrager
Strombedarf
KraftWärmeKopplung
KraftWärmeKopplung
Unabhängige
Erzeuger
Stadtwerke
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
Klimapolitische Rahmenbedingungen
Stromnachfrager
Interagierende Akteure
Liberalisierung
Klimaschutz
unabhängige
Erzeuger
Energienachfrager
Stadtwerke
externe Konkurrenten (Gas,
(G
Strom)
S
)
Klimaschutzinitiativen
beeinflussen Energieversorger
direkt
- technische Vorschriften
- Fördermaßnahmen (KWK)
- Emissionsabgaben
indirekt
- über
üb d
den M
Markt
kt
(Förderung von Konkurrenten)
- über das
Energieversorgungsnetzwerk
(Maßnahmen zur Senkung der
Energienachfrage)
Innovative Klimaschutzkonzepte
Überregionaler Strom- und Gasmarkt
Akteursorientierte Integration
Bürgerschaft
Stadtverwaltung
Wohnungsbaugesellschaften
Stadtwerke
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
Nationale Klimaschutzinitiativen
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
Independent
Producers
Technologische Dimension
Detaillierte Analyse des
bestehenden Kraftwerkparks und
des Wärmeversorgungssystems
Räumlich und zeitlich
hochaufgelöste
Bestimmung des Wärmebedarfs
Zeitlich hochaufgelöste
Optimierung
p
g des Gesamtsystems
y
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
Infrastrukturdaten (räumliche Dimension)
Siedlungstyp
- Infrastruktur
- Kosten
Gebäudetyp
- Baujahr & Typ
- Heizsystem
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
Quelle: IWU
Energ
gienachfrrage [MW
Wh/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
Solar
Haushalte
Biomassekraftwerk
Wärmepumpen
Nahwärme
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
G
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
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
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
Investitionsentscheidungen (durch eine bundesweite Befragung)
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
► Verkettung:
V k tt
„typisches
t i h Verhalten“
V h lt “ & räumlich
ä li h referenzierte
f
i t L
Lebensstildaten
b
tild t
► 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*
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
Agenten-basierte
Hybrid Modellierung
Szenarienbasierte
Beschreibung energieenergie
rechtlicher und
klimapolitischer
Rahmenbedingungen
lokale und nationale Klimainitiativen
Agenten-basierte
Modellierung
der sozio-ökonomischen
Akt
Akteursebene
b
Nationaler
Energiemarkt
1 Jahr
Energiedienstleistungen
Betriebsführung
1 Jahr
Invvestition
1 Jahr
Betriebsführung
Invvestition
Betriebsführung
Invvestition
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
2015
2020
Zeit in Jahren
konventioneller Ölkessel
konventioneller Gaskessel
Gasbrennwertkessel ((GBK))
GBK + Solarthermie (WW)
GBK + Solarthermie (WW+H)
Gas Mikro - KWK
N h ä
Nahwärme
Pelletkessel
2030
„Energieeffiziente
g 2025Stadt Delitzsch“
Quelle: T. Wittmann und T. Bruckner: Agenten-basierte Modellierung urbaner Energiesysteme, Wirtschaftsinformatik (2007).
Proof of Concept: Diffusionskurven
40
35
Marktanteil in %
30
Technologieführer
Etablierter Agent
25
Wohnungsbaugesellschaft
20
15
10
5
0
2005
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
2010
2015
2020
Zeit in Jahren
konventioneller Ölkessel
konventioneller Gaskessel
Gasbrennwertkessel ((GBK))
GBK + Solarthermie (WW)
GBK + Solarthermie (WW+H)
Gas Mikro - KWK
N h ä
Nahwärme
Pelletkessel
2030
„Energieeffiziente
g 2025Stadt Delitzsch“
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
I f
t kt f
► Exemplarische Umsetzung in
Delitzsch
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
„Energieeffiziente
g
Stadt 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: Senkung der CO2-Emissionen
►
S
Strukturwandel
►
Wärmedämmung / KWK
►
Braunkohle Î Erdgas
►
Nutzung erneuerbarer Energien
(Biomassekraftwerke)
[t CO2]
Veränderungen der CO2‐Emissionen der Stadt Delitzsch 300.000
270.196
250 000
250.000
Verkehr
42 808
42.808
‐ 3 %
200.000
150.000
‐ 60 %
GHD und Industrie
132.374
‐ 74 %
107.097
100.000
41.482
Private Haushalte
Vergleich mit dem EU 20-20-20 Ziel:
►
Primärenergieeinsatz:
g
- 24 %
►
Anteil der erneuerbaren Energien
an der Stromerzeugung: 90 %
►
CO2-Emissionen: - 60 %
‐ 67 %
50.000
95.014
34.485
31.130
0
1990
2007
Quelle: Institut für Energie, Leipzig
erneue
erte/zu ern
neuernde Heizungsanlagen
n pro Jahr
Handlungsbedarf ((„Window
Window of Opportunity“)
Opportunity )
200
150
100
50
0
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Errichtung/letzte Erneuerung
Errichtung/letzte Erneuerung
nächste Erneuerung
nächste Erneuerung
nachfolgende Erneuerung
Erneuerungsbedarf für Gasheizungen pro Jahr
Quelle: IIRM, eigene Erhebung und Darstellung
Umsetzungsstrategie
► E
Exemplarische
l i h Implementierung
I l
i
eines
i
akteursorientierten
k
i i
und
d interaktiven
i
ki
Energiemanagementsystems, das flexibel auf Veränderungen der
Randbedingungen reagieren kann (Energiepreise, Förderprogramme, etc.).
► Systemintegrierte Modellierung der kommunalen Energieversorgung
im Kontext liberalisierter Energiemärkte, steigender Klimaschutzanforderungen
und g
gleichzeitig
g stattfindender demographischer
g p
Veränderungen.
g
► 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
O
ti Ebene:
Eb
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
Energieeffiziente Stadt
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
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
AGDelitzsch“
und den Stadtwerken Leipzig)
►
KEM Kommunalentwicklung
g Mitteldeutschland
GmbH
„Energieeffiziente
g
Stadt Delitzsch“
►
Leipziger Institut für Energie GmbH
Energiemanagement
und Nachhaltigkeit
Kontakt
Prof. Dr. Thomas Bruckner
Vattenfall Europe Professur für
E
Energiemanagement
i
t und
dN
Nachhaltigkeit
hh lti k it
Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät
p g
Universität Leipzig
Grimmaische Str. 12
D-04109 Leipzig
Tel. 0341/97 33516
bruckner@wifa uni-leipzig de
[email protected]
„Energieeffiziente Stadt Delitzsch“
http://www.uni-leipzig.de/energiemanagement/
Quelle: Siemens AG
„Energieeffiziente
g
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
g
Strategies,
g , Attributes,, and Challenges,
g , Ecological
g
Economics 54,, 328Technologies:
345 (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,
Gröger
M T Bruckner: Lebensstile und Investitionsverhalten im Wärmemarkt,
Wärmemarkt
7. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien, IEWT 2011 (2011).
Einbettung der Energieeffizienzmanager