Präsentation des Vorhabens Analyse des Energie-Autarkiegrades unterschiedlich großer Bilanzräume mittels integrierter Energiesystemmodellierung Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER), Universität Stuttgart Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK), Universität Stuttgart Lehrstuhl für Bauphysik, Abt. Ganzheitliche Bilanzierung (LBP-GaBi), Universität Stuttgart Zentrum für interdisziplinäre Risiko- und Innovationsforschung der Universität Stuttgart (ZIRIUS) Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtz Gemeinschaft (DLR), Stuttgart Präsentation des Vorhabens 25. März. 2014 Metzingen

Projektteam

Agenda Hintergrund Zielsetzung Einbindung von Metzingen / Vorteile und Nutzen Arbeitsprogramm

Klimaschutz in Baden-Württemberg Klimaschutzgesetz des Landes Minderung der jährlichen Treibhausgasemissionen um 90 % bis zum Jahr 2050 gegenüber 1990 Reduktion des Energieverbrauchs bis 2050 im Vergleich zum Jahr 2010 um 50 % Der dann verbleibende Energiebedarf soll zu 80 % aus erneuer- baren Energien erzeugt werden 90 50 80

Hintergrund: Förderprogramm Forschungsthema „Energie, Energiespeichertechnologien“ innerhalb des Baden-Württemberg Programm Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung (BWPLUS) Interdisziplinäre Forschung und Entwicklung zu praktischen Belangen der Energiewende Anwendungsorientierte Modell- und Pilotprojekte, die in und für Baden-Württemberg Innovationen schaffen bzw. ermöglichen und die technologische Wettbewerbsfähigkeit auch im Hinblick auf Exportchancen erhalten oder ausbauen. Aufzeigen von neuen Wegen der Umsetzung und gesteigerter Akzeptanz durch technische Maßnahmen, naturwissenschaftliche Grundlagenforschung und sozialwissenschaftliche Begleitforschung

Zielsetzung: Energie-Autarkie Analyse der Auswirkungen unterschiedlicher Energie-Autarkiegrade auf das Energieverbrauchsniveau und seine Struktur, die Ausgestaltung der notwendigen Infrastruktur (Speicher, Netze usw.), die Treibhausgas-emissionen und die wirtschaftlichen Belastungen Modellierung und Simulation von Energie-autarken Gesamtsystemen unterschiedlich großer Bilanzräume in einem interdisziplinären Team von Ingenieur- und Naturwissenschaftlern, Ökonomen und Soziologen unter Einbeziehung der Erfahrungen und Ansichten örtlicher Entscheidungsträger und Bevölkerung

Zielsetzung - Teilfragen Ist auf der Ebene eines Bundeslandes / einer größeren Gemeinde (Metzingen) Autarkie im Energiebereich möglich und sinnvoll? Welche Speicherdimensionen / -technologien sind in welchen Bereichen nötig, welche sinnvoll und möglich? Partizipation (Stakeholder und Experten) und Akzeptanz (Bürgerschaft) für die erforderliche Infrastruktur und Planungen, deren Kosten, Verhaltenskonsequenzen (Energieeinsparung) und Aktivitätspotenzial (Energiegenossenschaften, Lokale Agenda Gruppen, Stadtwerke usw.)

Einbindung von Metzingen Ziele: Evaluierung und Optimierung von Möglichkeiten zur Umsetzung regionaler Energie-Autarkiegrade Verteilnetzanalyse bezüglich maximaler Leistungs-flüsse und Einhaltung der Spannungsgrenzen Methoden: Energiebilanz Bürgerumfrage Bürger-/Schülergutachten Lokales „Energieparlament“ Cross-Impact-Bilanzanalyse (CIB) Netzanalyse Technologiebewertung Energiesystemmodellierung

Einbindung von Metzingen Kontaktaufnahme mit dem AKE und den Stadtwerken Metzingen im November 2013 Präsentation des Vorhabens am 23. Januar 2014 im Metzinger Gemeinderat in nicht-öffentlicher Sitzung Zusage zur Beteiligung im Februar 2014 durch die Stadtwerke Metzingen Das Pumpspeicherkraftwerk in Metzingen-Glems bietet die Möglichkeit einer großtechnischen Stromspeicherung. Mit fünf bestehenden Nahwärmeversorgungen ist auch im Wärmemarkt ein zukunftsorientierter Ansatz präsent.

Arbeitsprogramm

AP1 Ist-Situation Bioenergiedörfer 100% Erneuerbare Energie Quelle: http://www.um.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/82716/ Quelle: http://wwhttp://100ee.deenet.org/fileadmin/redaktion/100ee/PDFs/pdf_2013/100ee-Karte_Liste_November_2013.pdf Vorhaben, bei denen die Region, die es sich kurz- bis mittelfristig zum Ziel gesetzt hat, ihre Energie (bilanziell) zu 100 % aus erneuerbaren Energiequellen zu beziehen und substanzielle Maßnahmen zur Zielerreichung vorweisen kann. Wärmeversorgung über- wiegend durch den Einsatz von erneuerbaren Energien Mittelfristiges Ziel 100 % der Energie (bilanziell) aus erneuerbaren Energie- quellen zu beziehen

AP1 Ist-Situation Energie- und CO2-Bilanz Metzingen (mit Unterstützung der SWM) Potentialabschätzung EE (AKE) Strom-, Gas- und Wärmenetze (GIS) ? Liegenschaftskataster ?

Lokale Potenzialermittlung AP3 Technologien Auswahl von Technologieoptionen Energiebereitstellung z.B. Biogene Kraftstoffe Energiespeicherung z.B. Power-to-Gas Endenergienutzung z.B. Gebäudesanierung Charakterisierung Technisch ökonomisch Ökobilanz Analyse der Umweltwirkungen über den gesamten Lebensweges der Technologien Energie-Technologie-Akzeptanz (AP6) Lokale Potenzialermittlung Metzingen Informationen Auswahl Federführung: LBP-Gabi

Technologieauswahl * Energiepflanzenanbau * Bioenergie-KWK-Anlagen * Biogene Kraftstoffe und Fahrzeuge * Elektromobilität * Gas und Wasserstoff im Verkehr * Stationäre Brennstoffzellen * Wind-Onshore-Anlage * (Mini-)BHKW * PV-Frei- und Dachflächenanlagen * Solarthermie * Geothermie (Tiefen-, oberflächennah) * Pumpspeicherkraftwerke * Power-to-Gas * Power-to-Heat * Abwasser-Wärmepumpen * Wärmetransport, -verteilung, -speicherung * Stromübertragung und –verteilung * Gasverteilung, -einspeisung, -speicherung * H2-Transport und –Speicherung * Dampf- und Prozesswärmeerzeugung * Haushaltsgeräte * Gebäudeheizungssysteme * Gebäudesanierung

Prioritätenliste und eigene Ideen? Wärme- bzw. Abwärmekataster Industriebetriebe Wärme aus Abwasser Wasserkraftwerke Erms Solaratlas Photovoltaikanlagen auf großen Flächen Geothermie,  bis mittlere Tiefen ? Energietisch für Gewerbe- und Industriebetriebe Bedeutung und Auswirkung von IKENA ? Nahwärmenetze, z.B. Ringleitung Neugreuth Erstellung von Quartierskonzepten (z.B. Glems, Neugreuth) Energieerzeugungs- und Energieversorgungsanlagen mit Bürgerkapital Energiekonzept Kläranlage des Abwasserverbands Ermstal Klärschlammverwertung evtl. auf Grundlage des Kontakts Stadtwerke mit agnion/ENTRADE ? Windkraft Energiespeicher (PSKW Glems II) Energetische Verwertung von Biomasse (Grüngut, Biotonne) Wärmeerzeugung durch Biomasse (Holzhackschnitzel, Biogas) Energietische Gebäudesanierung

AP4 Modellierung

Ziele der Systemmodellierung im Energie-Autarkie Projekt Auswirkungen unterschiedlicher „Autarkiegrade“ auf den Energieverbrauch (Niveau und Struktur) Ausgestaltung der notwendigen Infrastruktur (Speicher, Netze usw.) Treibhausgasemissionen Wirtschaftliche Implikationen Analyse für unterschiedliche Bilanzräume (Metzingen, BaWü) Zentrales Tool: Energiesystemmodellgenerator TIMES Dafür benötigt: 1) Energienachfragemodellierung: Mobilität, Wärme 2) Stromnetzmodellierung

Methodisches Vorgehen Zerlegung des Untersuchungsgebiets entsprechend der Bebauungsstruktur in Teilgebiete Abbildung der Teilgebiete als Modellregion in TIMES Local Charakterisierung der Teilgebiete hinsichtlich Gebäudestruktur und Technologieverfügbarkeit anhand vorhandener Gebäudedaten oder durch Zuordnung anhand der Bebauungsstruktur, Anbindung an GIS-System Für jedes Teilgebiet wird ein Satz verfügbarer Technologien zur Wärmebedarfsdeckung hinterlegt Verknüpfung der Teilgebiete durch Fernwärme-/Erdgasleitungen Räumliche Auflösung wird durch Netzmodellierung ermöglicht

Anwendung des TIMES Local Modells Entwicklung des Wärmebedarfs im Gebiet Ludwigsburg Grünbühl bis 2050 für unterschiedliche Sanierungsstufen Wärmeversorgung abhängig vom Sanierungsgrad und Preisentwicklung

Gebäudetypologie Wohngebäude Strom-, Gas- und Wärmenetz (GIS) ? Liegenschaftskataster ? Quelle: IWU 2011: Deutsche Gebäudetypologie

AP5 & AP6 Integration, Partizipation, Akzeptanz CIB (Cross-Impact Bilanzanalyse) CIB-Workshops Gemeinsame Festlegung der zu berücksichtigenden Parameter und deren Ausprägungen mit den wichtigsten (organisierten) Akteuren (AP 1) Gemeinsame Einschätzung der Wechselwirkungen Gemeinsame Identifikation der Szenarien, die auch numerisch berechnet werden sollen  Metzingen *) aus: Weimer-Jehle W., Wassermann S., Kosow H. (2011): Konsistente Rahmendaten für Modellierungen und Szenariobildung im Umweltbundesamt. Gutachten für das Umweltbundesamt, UBA-Texte 20/2011, Dessau-Roßlau

Bürgerumfragen Bürgerumfragen zum subjektiven Verständnis von und Teilhabe an Energieautonomie als auch zur technischen Umsetzung. Online-Befragung bei lokalen Stakeholdern (Stadtwerke, Agenda21-AKs, Energiegenossenschaften, andere lokale Energie-AKs) Auswahl Beteiligungsverfahren und Beteiligungsbereitschaft daran (Verfahrenslegitimation) Erfassen von Einstellungen zur EW, Energieautarkie, Vertrauen in Akteure, Interesse an Energiefragen, Kostenbereitschaft, Nachhaltigkeit und Motivlagen zu Energiethemen, Informationsquellen und Informationsbedürfnisse und –quellen zum Thema Abfrage kognitiver Metakonstrukte (Wissen, Informiertheit, wahrgenommene Komplexität, Selbstwirksamkeit) Abfrage retrospektiver Verhaltensweisen zum Energieverbrauch Soziodemographische Variablen und Impacts zu Thema Federführung: DLR

Bürgergutachten Einbeziehung interessierter Bürger/innen durch ein Bürgergutachten für 6-8 gemeinsame Treffen und eine Klausur über 12-15 Monate. Betrachtung der Vision einer lokalen Energiezukunft für Metzingen und der Relevanz des Zielwerts Autarkie Information zu EE und einem EE basierten lokalen Energiesystem Vorstellung und Diskussion der technischen Optionen und Ressourcenlage Diskussion und Definition lokaler Energieautonomie. Erstellung eines Indikatoren- und Kriterienrasters. Empfehlungen und Maßnahmenkatalog Definition und Erwartungen an Akteure Delegierte für lokales Energieparlament Federführung: DLR

Schülergutachten Einbeziehung der nachfolgenden Generation und heutigen Jugendlichen durch ein Schülergutachten an einer Schule. Betrachtung der Einstellungen und Erwartungen bzgl. Energiewende und -autarkie. Diskussion und Interesse an EE-Themen und -fragen Diskussion zur Relevanz EW als Schul- und Bildungsthema Erwartungen an heutige Entscheider in Wirtschaft, Kommune und Politik Erstellung einer visionären MINT-Bildungseinheit zur EW und lokalen Energieautonomie Antizipierte Erwartungen an individuelle Folgen aus der EW für sie (Kosten, Energieeffizienz, Mobilität, Nachhaltigkeit, Klimawandel, Umweltschutz) Empfehlungen an Politik und Wissenschaft Delegierte für lokales Energieparlament Federführung: DLR

Energieparlament Gründung eines lokalen, beratenden Forums „Energieparlament“, für kommunalpolitische Entscheidungen zur lokalen EW und Maßnahmen zur Energieversorgung. Ernstcharakter und Seriosität durch Abstimmung mit der Stadt Berufung als Ehrenbeamte auf Zeit, Aufwandsentschädigungen für 3-4 Sitzungen während der Projektlaufzeit, Konventionen zur Anhörungspflicht vor kommunalen Entscheidungen und Teilnahme an öffentlichen Sitzungen von Gemeindeorganen mit Agenda zu Energiefragen. Zusammensetzung aus Bürgergutachern, Schülergutachtern, Vertretern Fraktionen, Regionalorganen, Umweltschutzverbänden, lokalen Agenda21-Arbeitskreisen, Verwaltung und Ämtern, Stadtwerken und Verwaltungsspitze, Wissenschaft und Projekt. Zusammen ca. 30-40 Personen.  Federführung: DLR

Vorteile / Nutzen für Metzingen Wissenschaftliche Begleitung der kommunalen Energiewende durch fünf Institute Beteiligung von Gemeinderat – Bürger – Wissenschaft Sozio-ökologische-ökonomische-technische Analyse Maßgeschneidertes Konzept auf Basis unterschiedlicher Szenarien -> Planungssicherheit

Zeitplan Das im Forschungsthema „Energie, Energiespeicher-technologien“ innerhalb des Baden-Württemberg Programm Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung (BWPLUS) geförderte Projekt hat eine Laufzeit vom 1.12.2013 bis zum 31.5.2016.

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Heßbrühlstr. 49a, 70565 Stuttgart Tel.: +49 711 / 685 878 36 E-mail: Jan.Tomaschek@ier.uni-stuttgart.de IER Institut für Energiewirtschaft Rationelle Energieanwendung