Räumliche Modelle als Entscheidungsgrundlage für die Inwertsetzung regional verfügbarer Energie­potenziale zur CO₂-neutralen Deckung des lokalen Wärmebedarfs

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Mehr als die Hälfte des energetischen Endverbrauches wird in Österreich - und auch in der Steiermark - für Heizung, Klimatisierung, Warmwasserbereitung und Prozesswärme aufgewendet. Die Deckung dieses Bedarfs wird dabei nach wie vor von fossilen Energieträgern dominiert. Dies zeigt vor allem in Hinblick auf die Klimaproblematik sowie Fragen der Versorgungssicherheit, dass langfristig ein Ausbau der Nutzung von erneuerbaren, regional verfügbaren Energieträgern erforderlich ist.

Ziel dieses Projektes ist es, ein Modellframework zu entwickeln, das in der Lage ist, die Deckung eines bestehenden Energiebedarfs für Heizung, Kühlung und Warmwasserbereitung in einer definierten Region auf einer räumlich und zeitlich hoch aufgelösten Basis zu optimieren und zu visualisieren. Das entwickelte Modellframework wird in zwei Untersuchungsregionen (Murau, Steirisches Vulkanland) angewendet. In fünf Szenarien wird der Einfluss unterschiedlicher Rahmenbedingungen auf die Optimierung des gesamten Systems, und hierbei insbesondere auf die eingesetzten Wärmebereitstellungstechnologien ermittelt und analysiert. Kältebereitstellung wird generisch ebenfalls betrachtet. Zudem werden Auswirkungen der resultierenden optimierten Ausgestaltungen des regionalen Energiesystems auf Kosten und Treibhausgasemissionen dargestellt.

Der explizit räumliche Zugang stützt sich dabei auf die Methoden von geographischen Informationssystemen (GIS). Das entwickelte Modellkonzept gliedert sich in drei Module, das Potenzialmodell, das Bedarfsmodell und das dynamische Bedarfsdeckungsmodell, welche auf einer räumlichen Ebene von 250 m Rasterzellen operieren und deren zeitliche Auflösung ein Kalendermonat darstellt. Mit dem Potenzialmodell werden regional verfügbare erneuerbare Energiepotenziale aus Biomasse, Solarenergie und Umgebungswärme ermittelt. Das Bedarfsmodell stellt den monatlichen Energiebedarf für Heizung, Kühlung und Warmwasserbereitung (Prozesswärme wurde nicht berücksichtigt) dar und das Bedarfsdeckungsmodell ermittelt optimierte Szenarien zur Deckung dieses Bedarfs durch unterschiedliche Wärme- und Kältebereitstellungstechnologien. Das entwickelte Modellframework dient als Entscheidungsgrundlage für die zukünftige Entwicklung eines regionalen Energiesystems, welches verstärkt regional verfügbare erneuerbare Energieträger einsetzt und fokussiert dabei insbesondere auf standortspezifische Charakteristika und deren Einfluss auf ein optimales regionales Energiesystem. Ein wesentlicher Aspekt in der Entwicklung des Modellkonzepts bestand in der einfachen Übertragbarkeit des Modells auf unterschiedliche Regionen.

Als Datengrundlage zur Abbildung des Ist-Zustandes im Modell dienten sowohl geographische Datensätze als auch Daten auf räumlich aggregierter Ebene. Dabei stellten Restriktionen in der Datenbereitstellung aufgrund von Datenschutz und Datenverfügbarkeit große Hürden dar. Während die energetischen Potenziale mit den verfügbaren Daten auf räumlicher Ebene gut abgebildet werden können, war die Ermittlung und Verortung des Wärmebedarfes eine große Herausforderung. Es wurden Referenzgebäude entwickelt, welche anhand von Gebäudetyp und Nutzung, Qualität der Gebäudehülle und Standort einen individuellen Bedarf ausweisen. Der Bedarf wurde im Folgenden über die räumliche Identifikation des Gebäudebestands (auf Basis der Statistik-Daten) und eine Zuweisung zu den angenommenen Referenzgebäuden modelliert. Die zur Deckung des Bedarfes im Projekt berücksichtigten Technologien werden in Form von Referenztechnologien eingebunden. Eine Abbildung der räumlich verorteten Ist-Situation wurde hier ebenso über eine Interpretation von Statistikdaten vorgenommen.

Die räumlichen Energiepotenziale, der Bedarf und die derzeitige Struktur der Wärme- und Kältebereitstellungstechnologien werden im dynamischen Bedarfsdeckungsmodell zusammengeführt. In fünf Szenarien wird basierend auf unterschiedlichen Annahmen eine optimale Adaption des Energiesystems unter dem Aspekt minimaler Systemkosten ausgewiesen. Durch die Ergebnisse der Szenarien wird eine qualitative und quantitative Bewertung von Maßnahmen (z.B. Förderungen, Kosten für Treibhausgasemissionen) ermöglicht und mögliche Handlungsoptionen aufgezeigt.

Projektleiter

Dr. Markus Biberacher
Research Studios Austria Forschungsgesellschaft mbH

Projekt- und Kooperationspartner

• Mag. Sabine Gadocha, Mag. Ingrid Schardinger, Mag. Daniela Zocher
  Research Studios Austria Forschungsgesellschaft mbH
• DI Angela Dröscher, DI Dr. Richard Heimrath, DI Dr. Hermann Schranzhofer
  TU Graz, Institut für Wärmetechnik
• DI Josef Bärnthaler
  Energieagentur Obersteiermark
• Ing. Karl Puchas, DI Alois Niederl Lokale Energieagentur - LEA GmbH

In Zusammenarbeit mit

• DI Wolfgang Jilek, Wolfgang Kleindienst
  Land Steiermark
• DI Egon Dorner, DI Andreas Gößler
  Energie Steiermark AG

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