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Joachim Herrmann

• Aus einer Reihe an Rahmenbedingungen sind unsere heutigen Energieversorgungssysteme einem Wandel unterworfen. Die Ressourcen der derzeit in großem Maße eingesetzten Primärenergien sind begrenzt. Die Umwandlung fossiler oder auf Kernspaltung basierender Primärenergien ist mit einer Reihe an Begleiterscheinungen behaftet, die als ungünstig eingestuft werden können. Demgegenüber gibt es eine rasante Entwicklung von marktnahen bzw. marktfähigen neuen Technologien zur Energieumwandlung. In der Arbeit soll ein Beitrag geleistet werden, um das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Nachfragen, Ressourcenverbrauch, Technologien und Umwelteinflüsse neuer möglicher Technologienmixe zu erweitern. Beispielhaft an der Stadt Augsburg werden explizit drei Teilbereiche eines städtischen Energiesystems genauer untersucht. Der erste Teil widmet sich einer Methode, den Raumwärmebedarf in Städten zeitlich und geographisch aufgelöst zu modellieren und somit mögliche Entwicklungen anhand AnnahmenAus einer Reihe an Rahmenbedingungen sind unsere heutigen Energieversorgungssysteme einem Wandel unterworfen. Die Ressourcen der derzeit in großem Maße eingesetzten Primärenergien sind begrenzt. Die Umwandlung fossiler oder auf Kernspaltung basierender Primärenergien ist mit einer Reihe an Begleiterscheinungen behaftet, die als ungünstig eingestuft werden können. Demgegenüber gibt es eine rasante Entwicklung von marktnahen bzw. marktfähigen neuen Technologien zur Energieumwandlung. In der Arbeit soll ein Beitrag geleistet werden, um das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Nachfragen, Ressourcenverbrauch, Technologien und Umwelteinflüsse neuer möglicher Technologienmixe zu erweitern. Beispielhaft an der Stadt Augsburg werden explizit drei Teilbereiche eines städtischen Energiesystems genauer untersucht. Der erste Teil widmet sich einer Methode, den Raumwärmebedarf in Städten zeitlich und geographisch aufgelöst zu modellieren und somit mögliche Entwicklungen anhand Annahmen voraussagen zu können. Mit dem entwickelten Modell wurde zeitlich und geographisch aufgelöst die Auswirkung von Sanierungen des Gebäudebestands und des Klimawandels auf die Raumwärmenachfrage im Stadtgebiet bestimmt. Bereits aufgrund der Änderungen der Rahmenbedingungen durch den Klimawandel ergibt sich im Modell eine Reduktion des Wärmebedarfs bis 2050 gegenüber dem Basisjahr 2010 um 23%. Bei einer zusätzlichen Sanierung von Bestandsgebäuden mit einer mittleren Rate von 1% des Gebäudebestands pro Jahr reduziert sich der Wärmebedarf bis zu diesem Zeitpunkt um 56%, bei einer Sanierungsrate von 2% um 77%. Der Wärmemarkt ist demzufolge langfristig einem stetigen, tiefgreifenden Wandel unterworfen. Im Teil II wird in dem Modellgenerator newURBS ein möglicher Technologieraum mit einer Vielzahl an Umwandlungstechnologien aus den Bereichen Wärme- und Stromerzeugung, Wärme- und Stromtransport und zum Teil Wärmespeicherung aufgestellt. Durch eine Optimierung werden einzelne Modelle aus dem Modellraum identifiziert. Als Treiber für Optimierung wird die Endenergienachfrage nach Raumwärme, Warmwasserwärme und Strom vorgegeben. Als zusätzliche Rahmenbedingungen werden u. A. eine Beschränkung der Kohlendioxidemissionen und verschieden hohe spezifische Kohlendioxidemissionen des in die Stadt importierten Stroms vorgegeben. Anhand der Optimierung der Modelle nach minimalen Gesamtkosten des Systems leitet sich eine Bewertung von Handlungsalternativen für die städtische Energieversorgung ab. Im Ergebnis kristallisieren sich zwei grundlegend unterschiedliche Handlungspfade heraus, die insbesondere von der Kohlendioxidintensität des in die Stadt importierten Stroms vorgegeben werden. Gelingt eine eher "kontinentale", zentrale und kostengünstige deutliche Reduktion der spezifischen Kohlendioxidintensität in der Stromproduktion sollten regionale Anstrengungen eher auf den Wärmemarkt begrenzt werden. Heutige Geschäftsmodelle von regionalen Versorgern die zum Teil auf dem Differenzierungsvorteil der räumlichen Nähe von Umwandlungsanlagen und Endenergienachfragen basieren, verlieren u. U. deutlich an Kraft. Im Gegensatz dazu steigen diese Differenzierungsvorteile für den Fall hoher spezifischer Kohlendioxidemissionen im Importstrom einer Stadt an. In diesem Fall spielen die lokale Erzeugung und Verteilung von Wärme und Strom aus erneuerbaren Energiequellen und KWK-Prozessen eine große Rolle zur Erreichung gesetzter Ziele. Dies entspricht eher den Tätigkeitsfeldern heutiger Akteure der städtischen Energieversorgung. Die Potentiale und Auswirkungen von Wärmepumpen auf das Energiesystem einer Stadt wurden im dritten Teil der Arbeit genauer betrachtet. Zu diesem Zweck wurde ein Bodenmodell zur Modellierung der Effekte der Wärmeleitung und Wärmespeicherung aufgestellt. Anhand der Ergebnisse des Modells konnte rückgeschlossen werden, wo und in welchem Umfang Wärmepumpen im Stadtgebiet einen Beitrag zu einer nachhaltigen Energieversorgung leisten können.…