SmartCitiesNet - Evaluierung von Forschungsthemen und Ausarbeitung von Handlungsempfehlungen für "Smart Cities"

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Die Begriffe "Smart Cities" oder "Cities of the future" werden von Personen mit unterschiedlichen fachlichen Hintergründen verwendet. Aufgrund der thematischen Vielfalt ist es umso schwieriger, zukünftige Forschungsstrategien in diesen Bereichen zu definieren. Durch die Europäische Initiative „Smart cities and communities“ im Rahmen des SET-Plans und die Ausschreibungen im 7. Forschungsrahmenprogramm hat das Thema "Smart Cities" oder "Cities of the Future" eine europäische Dimension bekommen. Für diverse nationale Initiativen, wie beispielsweise die Smart Energy Demo – FIT for SET Ausschreibung des Klima- und Energiefonds, liefert dieses Projekt wertvolle Inhalte.

Inhalte und Zielsetzungen

Aufbauend auf einer breit angelegten Literaturrecherche definiert SmartCitiesNet den Begriff und verschafft einen Überblick über Smart-Cities-Themenbereiche sowie wesentliche österreichische Projekte und Akteure.

Das Projekt SmartCitiesNet verfolgte hauptsächlich drei Projektziele:

1. Begriffsdefinition: was sind Smart Cities? Dafür wurden Forschungsaktivitäten im Bereich Smart Cities in Österreich unter Einbeziehung international bedeutender Aktivitäten erhoben ("State of the art")
2. Vernetzung aller österreichischen Akteure und Akteurinnen aus Forschung, Industrie und Politik, die sich mit dem komplexen Forschungsfeld der Smart Cities auseinandersetzen
3. Evaluierung und Bewertung zukünftiger Forschungsthemen und Erarbeitung von Handlungsempfehlungen

Methodische Vorgehensweise

Zur Recherche, Themenbearbeitung und Ausarbeitung der Empfehlungen wurden folgende methodische Arbeitsschritte verfolgt:

1. Begriffsabgrenzung: Ansätze, Inhalte und Fragestellungen zu Forschungsarbeiten im Themenbereich Smart Cities wurden eingeleitet. Die Frage einer zukunftsfähigen städtischen Energieversorgung spielte eine besondere Rolle. Auf Basis dieser Abgrenzung wurde eine Definition für Smart Cities vorgeschlagen und die wesentlichen Forschungsthemen präsentiert, die das vielfältige Forschungsfeld Smart Cities thematisch abdecken. Siehe Endbericht Kapitel 3
2. Analyse der Projekte und Forschungsarbeiten: Ergebnisse einer Recherche über Forschungs- und Demonstrationsprojekte, in denen die wesentlichen ausgewählten Themenfelder und Anforderungen an Smart Cities behandelt wurden, werden präsentiert. Die Forschungs- und Demonstrationsprojekte wurden nach relevanten Themen kategorisiert, um einen Überblick über untersuchte und weniger untersuchte Themen zu ermöglichen. Die Recherche wurde zur Formulierung der integrierten Forschungsbereiche (Fact Sheets) genutzt. Siehe Endbericht Kapitel 4
3. Identifizierung österreichischer Akteure: Die im Zuge der Themenfeldrecherche identifizierten Akteure und Akteurinnen wurden hinsichtlich ihrer Kompetenzen in einer sogenannten Kompetenzmatrix zusammengestellt. Die Validierung der Kompetenzmatrix erfolgte durch Rücksprache mit den Akteuren und Akteurinnen. Siehe Endbericht Kapitel 5 und eigenständige Matrix
4. Einbindung österreichischer Akteure: Die wesentlichen Akteure und Akteurinnen in der österreichischen Forschungslandschaft im Bereich Smart Cities wurden im Rahmen von Workshops miteinbezogen, um Rückmeldungen zu Forschungsbereichen und Akteuren zu sammeln und fachlichen Austausch zu bieten. Während der Projektlaufzeit wurden schriftliche Rückmeldungen zum Bericht berücksichtigt. Siehe Endbericht Kapitel 6
5. Bearbeitung von Fact Sheets für integrierte Forschungsbereiche zum Thema Smart Cities: Die sich aus den Recherchen, Erfahrungen und Workshops ergebenden Forschungsbereiche wurden inklusive ihrer Umsetzungsrelevanz in strukturierten Fact Sheets beschrieben. Siehe Endbericht Kapitel 7
6. Bewertung der integrierten Forschungsbereiche zum Thema Smart Cities: Maßnahmen auf Raumplanungsebene haben andere Auswirkungen als Maßnahmen, die dem Energiesektor zugewiesen sind. Die integrierten Forschungsbereiche (einzelne Fact Sheets) wurden daher hinsichtlich verschiedener Kriterien bewertet. Siehe Endbericht Kapitel 7
7. Formulierung von Handlungsempfehlungen: Der letzte methodische Arbeitsschritt war die Darstellung des Forschungsbedarfs sowie die Ableitung von Handlungsempfehlungen (Roadmap) für die österreichische Förderlandschaft. Siehe Endbericht Kapitel 8

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die Analyse und Charakterisierung der Forschungsfragen erfolgte entlang von drei Forschungsdimensionen (Strukturen, Technologien, Prozesse) und unter Berücksichtigung wesentlicher Stadien der Forschung (Grundlagen, Methoden, Umsetzung) (siehe Abb. 1).

Anhand der Auswertung der erhobenen Projekte (77 Projekte, die 22 Forschungsthemen behandeln) und einer statistischen Analyse der Häufigkeit verschiedener Themenkombinationen in Forschungsprojekten (Übersicht siehe Abbildung 2) wurden zusammenfassend folgende Erkenntnisse gewonnen:

• Wenig Forschungsaktivitäten in den strukturellen und prozessualen Dimensionen: Bisher wurden Forschungstätigkeiten vor allem in der technologischen Dimension durchgeführt. In den strukturellen und prozessualen Dimensionen sind deutlich weniger Projektaktivitäten zu verzeichnen.
• Fehlende integrierte Betrachtung von Energiefragestellungen: Integrationsmöglichkeiten zwischen einzelnen Energiethemen werden noch zu wenig herangezogen. Beispiele dafür sind fehlende Lebenszyklusbetrachtungen, unvollständige Energiesystemanalysen (Energieumwandlungsketten nur teilweise abgebildet), partielle Potenzialanalysen der vorhandenen Ressourcen (Abwärmepotenziale in der direkten Nachbarschaft oft nicht berücksichtigt), exergetisch suboptimale Lösungen usw. Dies führt zu einer strikten thematischen Abgrenzung einzelner energetischer Fragestellungen, bei denen sowohl direkte als auch übergeordnete Zusammenhänge oft außer Acht gelassen werden. Das kann widersprechende und kontraproduktive Effekte mit sich bringen.
• Fehlende Integration zwischen Energie- und Verkehrsthemen oder Energie und Stadtstruktur: Auf Integrationsmöglichkeiten zwischen Energie- und Verkehrsthemen oder zwischen Energie und Stadtstruktur (z.B. über raumplanerische Betrachtungen) ist bis dato wenig eingegangen worden. Es wird selten ein holistischer Ansatz verfolgt, bei dem die Implikationen der Raumplanung auf den Energie- und Verkehrsaufwand gemeinsam und integriert berücksichtigt werden.
• Lückenhafte Behandlung bestimmter Einzelthemen: In Zusammenhang mit urbanen Energiefragestellungen wurden einige Einzelthemen noch wenig untersucht. Dies gilt vor allem für die Themen Materialien, Ressourcen, graue Energie, soziale Aspekte, Stadtklima, Naturraum, Umwelt und Wirtschaft. Die Schnittstellen zwischen diesen Themen und dem urbanen Energiethema sind in Österreich noch nicht ausreichend erforscht.

Basierend auf der Analyse der Schnittstellen zwischen einzelnen Forschungsthemen in Hinsicht auf Synergiepotenziale und möglichen Widersprüche zwischen Themenfeldern wurden 18 Fact Sheets für integrierte Forschungsbereiche für die Entwicklung von Smart Cities erstellt. Die Synthese aus diesen 18 Fact Sheets führt zu folgenden allgemeinen Handlungsempfehlungen:

• Angepasste und teilweise neu entwickelte Planungs- und Umsetzungsprozesse sind Schlüsselfaktoren einer Smart Cities-Entwicklung: Dabei sind sowohl Grundlagenarbeiten als auch methodische Entwicklungen und Umsetzungsprojekte notwendig. Grundlagenarbeiten sollen sich mit der Theorie dieser Prozesse beschäftigen, um vor allem soziale, ökonomische, rechtliche und psychologische Faktoren in einer integrierten und systemischen Sicht zu betrachten. Methodische Aspekte in diesem Bereich beinhalten die Entwicklung von Geschäftsmodellen sowie von integrierten politischen Instrumenten. Hier sind vor allem ökonomische und politische Wissenschaften gefragt. Auf der Umsetzungsseite geht es um die Überarbeitung technischer und raumplanerischer Regelwerken und Abläufe.
• Bedarf an weiteren Methodenentwicklungen besteht: Die methodischen Aufgaben im Smart Cities-Bereich verteilen sich über die drei Forschungsdimensionen im Smart Cities-Kontext (Strukturen, Technologien und Prozesse). Es werden Methoden benötigt (Evaluierungs- und Planungswerkzeuge für strategische, politische und praktische Fragestellungen, etc.), die die Handhabung der Komplexität der integrierten Fragestellungen im interdisziplinären Bereich unterstützen. Einige Fragestellungen erfordern die Entwicklung neuer Simulationswerkzeuge (Simulations- und Optimierungsmodelle für komplexe Technologiekombinationen). Andere können durch eine angepasste Vernetzung bestehender Werkzeuge beantwortet werden. Dafür werden Schnittstellen und standardisierte Datensysteme benötigt. Im Prozessbereich geht es um Methoden zur Prozessbegleitung und -optimierung.
• Im Smart Cities Kontext sind jene Technologien besonders relevant, die das Zusammenwirken von Maßnahmen in verschiedenen Sektoren unterstützen: Energie-, Gebäude-, Verkehrs- und Informationstechnologischen ermöglichen die Realisierung von Smart Cities, relevante technologische Fragestellungen sind aber bisher überwiegend in den einzelnen Sektoren eingebettet gewesen. Der Schwerpunkt ist daher auf die sogenannten „Schnittstellentechnologien“ zu setzen – Technologien, die an den Schnittstellen zwischen unterschiedlichen urbanen Subsystemen stehen und daher deren Integration ermöglichen. Dabei handelt es sich um gebäudeintegrierte Energietechnologien, Netzinfrastrukturtechnologien (inkl. Technologien der Prozessregelung und -steuerung), Technologien zur kaskadischen Ressourcennutzung, Informations- und Kommunikationstechnologien (inkl. Telematik).
• Es besteht weiterhin Bedarf an Grundlagenarbeiten: Smart Cities entwickeln sich nicht allein durch Marktmechanismen und ein breites Angebot an Informations- und Kommunikationstechnologien. Grundlagenarbeiten sind noch dringend notwendig und zwar in allen drei Smart Cities Forschungsdimensionen (Strukturen, Technologien und Prozesse). Das heißt, dass für die relevanten Themenbereiche noch Forschungsprogramme mit Grundlagencharakter notwendig sind, z.B. für Grundlagenarbeiten zu Indikatorsystemen, Datenstrukturen, systemischen Analysen, Multi-Kriterien Analysen, Modellierung komplexer systemischer Interaktionen, energetisch optimierte Bebauung und Stadtteilplanung usw.

Ausblick

Das Projekt bietet Forschungsakteuren im Smart-Cities-Bereich (Forschungsinstituten und Forschungsprogrammentwicklern) eine Reihe an Literatur-, Informations- und Empfehlungsgrundlagen für die Gestaltung und Durchführung von Forschungsprojekten und -programmen.

Die Bewertung der integrierten Forschungsbereiche führt zu einer Reihe von umsetzungsrelevanten Aspekten für „Smart Cities-Maßnahmen“, die einen Hinweis zur Durchführbarkeit und zu potenziellen Auswirkungen von Projekten und Maßnahmen geben:

• Kurz- bis mittelfristiger Durchführungszeitraum: Alle vorgeschlagenen Maßnahmen können kurz- bis mittelfristig begonnen werden. Ergebnisse sind auch kurz- bis mittelfristig zu erhalten.
• Breiter Auswirkungszeitraum: Im technologischen Bereich sind Auswirkungen gleich nach Umsetzung der Maßnahmen zu erwarten, während strategische und raumplanerische Maßnahmen eher langfristig ihre Wirkungen zeigen. Maßnahmen und Forschungsprojekte sind so zu kombinieren, dass kurz- sowie langfristig Auswirkungen erreicht werden können.
• Breites Energieeinsparungs- und Emissionsvermeidungspotenzial: Maßnahmen und Forschungsprojekte weisen unterschiedliche direkte Potenziale an Energieeinsparung bzw. Emissionsvermeidung auf. Viele Maßnahmen mit eingeschränktem direkten Energieeinsparungspotenzial ermöglichen erst zu einem späteren Zeitpunkt höhere Einsparungen (ebenso Emissionsvermeidungspotenzial).
• Geringer bis mittlerer monetärer Aufwand: Viele prozessuale und strukturelle Maßnahmen benötigen keine hohen Investitionskosten. Im Infrastrukturbereich ist mit kostenintensiveren Maßnahmen zu rechnen.
• Große Anzahl an zu involvierenden Akteursgruppen: Die Durchführung von Smart Cities-Projekten geht weit über bilaterale Projekte hinaus. Bei allen Themenbereichen sind mehr als drei Akteursgruppen zu involvieren, bei strategischen Fragestellungen sind alle in Frage kommenden Akteursgruppen (Staat, Bundesländer, Stadt, Industrie, Energieversorger, Verkehrsbetriebe, Technologieunternehmen, Wohnbauträger, Bevölkerung) einzubeziehen. Je nach Maßnahme und Forschungsprojekt ist jede Gruppe differenziert einzubinden. Bei partizipativen Prozessen ist klar zu definieren, wann im Prozess und in welcher Form einzelne Akteursgruppen einzubeziehen sind.
• Wissenstransfer und Umsetzungsprojekte: Forschungsfragestellungen im Bereich Smart Cities weisen einen hohen Komplexitätsgrad auf. Die Anwendung gewonnener Erkenntnisse in der Praxis soll bei jedem integrierten Forschungsbereich durch Anpassung und Schaffung neuer Planungs- und Umsetzungsprozesse gewährleistet werden. Gezielte Kommunikations- und Öffentlichkeitsarbeit ist dafür notwendig. Erfolgsbeispiele sollten über eine Kommunikationsplattform abrufbar sein.

Smart Cities-Projektliste

Nach den folgenden Bedingungen wurden österreichische Smart Cities-relevante Projekte und Initiativen recherchiert, die in der herunterladbaren Projektliste und im Zwischenbericht gelistet sind:

• Projekte, die integrierte, mehrdimensionale Lösungsansätze für das Erreichen einer „zukunftsfähigen städtischen postfossilen Gesellschaft“ erarbeiten
• Die Fragestellung oder das konkrete Untersuchungsgebiet des Projekts geht über einzelne Gebäude hinaus und umfasst mindestens mehrere Gebäude oder Stadtteile bzw. ganze Städte und deren Umland.
• Die Projektresultate enthalten Schlussfolgerungen in direktem oder indirektem Zusammenhang mit dem Aspekt Energie (z.B. Verbrauchsreduktion, Verteilung, Erzeugung, Verkehrsreduktion, etc.).

Smart Cities-Akteursmatrix

Die Smart Cities-Akteursmatrix umfasst rund 200 Akteure, die wurden vom SmartCitiesNet Projektteam als "Smart Cities Akteur" identifiziert wurden. Die Auswahlkriterien sind im Zwischen- bzw. Endbericht beschrieben.

SmartCitiesNet-Zwischenbericht

Der Zwischenbericht umfasst die Begriffsabgrenzung, die Übersicht über nationale Smart Cities-Projekte und als Herzstück 18 Fact Sheets integrierter Forschungsbereiche, die das (bisher bekannte) Forschungsportfolio zum Thema Smart Cities abdecken. Sie stellen ‚Bausteine‘ für die Entwicklung von/ zu Smart Cities dar.

SmartCitiesNet-Endbericht

Im Endbericht wurde der Zwischenbericht um Handlungsempfehlungen erweitert.

SmartCitiesNet Akteursworkshop am 03.03.2011, edu4you, Frankgasse 4, Wien

Beim SmartCitiesNet Akteursworkshop wurden die Themen Gebäude, Mobilität, Stadtplanung, Ressourcen und Gesellschaft und deren Schnittstelle mit dem Thema Energie diskutiert. Die Teilnehmer:innen besprachen Wechselwirkungen, Hemmnisse, Widerstände in der Zusammenarbeit und nicht zuletzt Lösungsvorschläge.

Smart Cities Workshop am 20.5.2011, Zeche Zollverein Essen, Deutschland

Am Smart Cities Workshop wurden die Themen der Fact Sheets vorgestellt und zur Diskussion gestellt. Die Themenabgrenzung des Begriffes Smart Cities wurde ebenso diskutiert, wie die Definition des Begriffes Smart. Die Workshopteilnehmer:innen gaben Rückmeldung zu weiteren berücksichtigungswürdigen Themen (Flexibilität von Stadtstrukturen und das Thema der Ernährung).

Projektleitung

Dipl. Ing. Barbara Saringer-Bory
ÖIR - Österreichisches Institut für Raumplanung (ÖIR)

Mitarbeiter:innen

• Dipl.-Ing. Ursula Mollay MA MSc
• Mag. Wolfgang Neugebauer (Autor)
• Österreichisches Institut für Raumplanung (ÖIR)

Projekt- und Kooperationspartner:innen

Österreichisches Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H (AIT Energy)

• Dipl.-Ing. Olivier Pol
• Dipl.-Ing. Dr. Edith Haslinger
• Branislav Iglár
• Dipl.-Ing. (FH) Lukas Lippert
• MMag. Michael Maritschnegg
• Dr. Jessen Page

Dipl. Ing. Barbara Saringer-Bory
ÖIR - Österreichisches Institut für Raumplanung
Franz-Josefs-Kai 27, 1010 Wien
Tel.: +43 (1) 533 87 47-18
Fax: +43 (1) 533 87 47-66
E-Mail: saringer@oir.at
Web: www.oir.at/en