Analyse und Optimierung städtischer Energiesysteme Kai Mainzer Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP), Lehrstuhl für Energiewirtschaft Hertzstraße 16 – Gebäude 06.33 (Campus West), Raum 005 D-76187 Karlsruhe [email protected]Tel.: +49 721 608-44589
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Analyse und Optimierung städtischer Energiesysteme...Analyse und Optimierung städtischer Energiesysteme Einleitung Städte und Gemeinden sind von zentraler Bedeutung für das Gelingen
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Analyse und Optimierung städtischer Energiesysteme
Kai Mainzer
Karlsruher Institut für Technologie (KIT),
Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP),
Lehrstuhl für Energiewirtschaft
Hertzstraße 16 – Gebäude 06.33 (Campus West), Raum 005
Veröffentlichungen• Mainzer, K.; Fath, K. et al. (2014): A high-resolution determination of the technical potential for residential-roof-mounted photovoltaic systems in Germany. In Solar Energy 105, pp. 715–731. DOI: 10.1016/j.solener.2014.04.015.
• Killinger, S.; Mainzer, K. et al. (2015): A regional optimisation of renewable energy supply from wind and photovoltaics with respect to three key energy-political objectives. In Energy. DOI: 10.1016/j.energy.2015.03.050.
• Mainzer, K.; McKenna, R. et al. (2015): Integrating residential energy efficiency measures into optimizing urban energy system models. eceee 2015 Summer Study on energy efficiency. Presqu'île de Giens, 05.06.2015.
• Mainzer, K.; McKenna, R. et al. (2015): Rolling Horizon Planning Methods in Long-Term Energy System Analysis MILP Models. CORS/INFORMS International Meeting 2015. Montréal, 17.06.2015
• Mainzer, K.; Schlund, D. et al. (2016): Rooftop PV Potential Estimations: Automated Orthographic Satellite Image Recognition Based on Publicly Available Data. Proceedings of EU PVSEC 2016. Munich, 20 - 24 June 2016.
• Mainzer, K. (2016): A model for the identification and optimal planning of emission reduction measures in urban energy systems. Urban Transitions Global Summit 2016. Elsevier. Shanghai, 08.09.2016.
• Mainzer, K., Killinger, S. et al. (2017): Assessment of rooftop photovoltaic potentials at the urban level using publicly available geodata and image recognition techniques. In Solar Energy 155, 561–573.
Abbildungen:1http://www.covenantofmayors.eu, 2http://www.100-ee.de/, 3http://www.european-energy-award.de/, 4https://bioenergiedorf.fnr.de/, 5http://commons.wikimedia.org, 6Eigene Darstellung mit Kartendaten von OpenStreetMap und Bing Maps
vs.
Ertrag: ? kWh/a
Kosten: ? €
Hohe Systemkomplexität durch Interaktionen zwischen
verschiedenen Technologien, Gebäuden und Sektoren
Techno-ökonomische Bewertung der Maßnahmen nötig
Das RE³ASON*-Modell
ermöglicht die automatisierte
Analyse von:
Infrastruktur,
Gebäudebestand,
Strom-
und Wärmebedarf.
Zusätzlich können die
Kosten und Potenziale
für Erneuerbare Energien
bestimmt werden:
Windkraft
Photovoltaik
Biomasse
Motivation
„Reduzierung der CO2-
Emissionen um 30% bis
2025“
„Deckung unserer Stromnachfrage
zu 100% aus Erneuerbaren
Energien bis zum Jahr 2030“
Für die Erstellung eines Energiekonzeptes müssen nun die
unterschiedlichen Technologiekombinationen im Kontext
der betrachteten Stadt bewertet werden.
Die lokalen Entscheidungsträger können dabei festlegen,
welche Ziele verfolgt werden sollen, z.B.:
Ein integriertes Optimierungsmodell
ermittelt nun die benötigten Investitionen
und den optimalen Technologiemix, um
diese Ziele möglichst kostengünstig zu
erreichen.
Modellbilanzgrenze Stadt
Typgebäude 1
Nachfrage nach
Energiedienstleistungen
Raumwärme
Beleuchtung
Energie- und
Stoffimport
Kohle, Gas, Biomasse, …
…
Energiewandlungs-
technologien,
z.B. Wärmepumpe,
Halogenlampe
Infrastruktur Stromnetz Fernwärmenetz
Gebäudetyp 1
…2015 2020 2050je Modelljahr
72 Zeitscheiben
Techno-
ökonomische
Parameter
• Technische
Verfügbarkeiten
• Investitionen,
Import-, fixe und
variable Kosten
• …
Strom
Energiewandlung,
z.B. WKA,
Biomasse-HKW
HH-Geräte
Abwärme
Abwärme
Lokale EE-Potenziale
• Mögliche Anzahl EE-
Anlagen
• Investition, fixe &
variable Kosten je
Anlage
- +Speicher
1
2
34
5
56
6
6
6
*RE³ASON: Renewable Energies and Energy Efficiency Analysis and System OptimizatioN