IEA SHC Task 52: Solarthermie und Energieöko­nomie im urbanen Umfeld

Im Rahmen des IEA SHC Task 52 werden zukunftsfähige, integrierte Energiesysteme für den urbanen Raum ganzheitlich analysiert, um so belastbare und quantifizierbare Aussagen hinsichtlich der zukünftigen Rolle von Solarthermie in der städtischen Wärmeversorgung abzuleiten. Konkretes Ziel ist es, Planungs- und Entscheidungshilfen für Stadtplaner und Energieversorger zu schaffen sowie die Thematik an Stakeholder im Bereich Energiepolitik heranzutragen. Darüber hinaus werden Best-practice Beispiele für die Integration von solarthermischen Anlagen in städtische Energiesysteme eingehend untersucht, dokumentiert und verbreitet.

Die Inhalte des Tasks werden von einer Expertenrunde aus Dänemark, Deutschland, Österreich, Portugal, Schweden und der Schweiz bearbeitet, mit AEE - Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC) und der Energy Economics Group der technischen Universität Wien (TU Wien - EEG) als Vertreter aus Österreich. Die Gesamtkoordination obliegt dem deutschen Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE).

Task-Untergliederung:

Entsprechend dem Arbeitsplan der internationalen Forschungskooperation untergliedert sich der Task in folgende Subtasks:

• Subtask A: Energy Scenarios
  Lead: Aalborg University, Denmark
• Subtask B: Methodology, Tools and Case Studies
  Lead: Sorane SA, Switzerland
• Subtask C: Technology and Demonstrators
  Lead: AEE INTEC, Austria

Arbeitsinhalte, Methoden und Projektziele

In Subtask A wird die Forschungsfragestellung nach der Rolle der Solarthermie in einem erneuerbaren Energiesystem der Zukunft in einer ganzheitlichen, integrativen Sichtweise behandelt. Der konkrete Untersuchungsgegenstand umfasst die Analyse von Solarwärme für vier europäische Länder (Dänemark, Deutschland, Italien und Österreich) unter Anwendung der Energiesystemmodelle EnergyPLAN und REMod-D. Die jeweiligen Energiesysteme werden unter Einbeziehung aller Verbrauchssektoren (private Haushalte, Verkehr, Industrie und Gewerbe) und der Energieträger in den Rechenmodellen nachgebildet und gegen das Referenzjahr 2010 kalibriert. In einer Vielzahl von Zukunftsszenarien werden in Folge die technischen Potentiale von Solarthermie ermittelt sowie die ökologischen und sozioökonomischen Auswirkungen unterschiedlicher solarer Deckungsanteile auf das Gesamt-Energiesystem mittels Sensitivitätsanalysen untersucht.

In Subtask B werden die Möglichkeiten und Potentiale für den Einsatz von Solarthermie in urbanen Regionen verstärkt aus planerischer Sicht betrachtet. Die Zielsetzung besteht darin, bestehende Planungsansätze und Tools zu erheben und methodische Herangehensweisen aufzuzeigen, die es ermöglichen, Einsatzfelder sowie technische Restriktionen für Solarthermie im Kontext urbaner Energiesysteme zu ermitteln bzw. zu bewerten. Im Gegensatz zum überregionalen Ansatz, der im Subtask A verfolgt wird, fokussiert Subtask B auf kleinere räumliche Einheiten (Stadtteile, Stadtquartiere, Städte).

In Subtask C erfolgt eine Statusanalyse solarthermischer Anwendungen mit Fokus auf den Einsatz in urbanen Energiesystemen. Konkret wird basierend auf Daten von einer signifikanten Stichprobe (n=46) an realisierten Anlagen in Dänemark, Deutschland und Österreich eine technische Kategorisierung nach Anwendungsgebieten sowie eine umfassende techno-ökonomische Kennzahlen-Analyse durchgeführt. Neun ausgewählte Best-practice Beispiele werden darüber hinaus eingehend hinsichtlich technischer und wirtschaftlicher Parameter, zugrunde liegender Finanzierungs- und Geschäftsmodelle sowie den Lerneffekten und Erfahrungswerten aus Planung, Umsetzung und Betrieb untersucht, öffentlichkeitswirksam aufbereitet und dokumentiert.

Aufgabenstellung des Österreichischen Teilprojektes in der IEA SHC Task 52
Die beiden österreichischen Vertreter im Projekt waren in dem Task jeweils mit aktiven und essentiellen Rollen betraut: AEE INTEC war für die Leitung und federführende inhaltliche Bearbeitung von Subtask C verantwortlich. TU Wien – EEG lieferte essentielle Beiträge zur Charakterisierung des Gebäudesektors für die Modellierung der Energiesysteme in Subtask A.

Als Highlight wurden im Rahmen des Projektes in federführender österreichischer Bearbeitung techno-ökonomische Parameter für unterschiedliche solarthermische Anwendungen sowie Kostenkurven für die Sanierung von Gebäuden (Hummel, 2018) in Grundlagenstudien erarbeitet und in die Energiesystemmodelle der Länder implementiert – beispielshaft siehe Abbildung 1.

Der Status quo von solarthermischen Anwendungen in städtischen Energieversorgungssystemen wurde erhoben, eingehend untersucht, charakterisiert und dokumentiert. Als wesentliches Ergebnis aus der Task liegen umfassende techno-ökonomische Kennzahlen für solare Anlagenkonzepte zur Anwendung in der Energiesystemanalyse sowie in der Umsetzungsplanung vor (Mauthner, 2016) – beispielhaft siehe Abbildung 2.

Weiters wurden neun Best-practice Beispiele für die Integration von solarthermischen Anlagen in städtische Energiesysteme eingehend analysiert und wesentliche Erkenntnisse zu Finanzierung, Planung, Umsetzung und Betrieb dokumentiert (Mauthner, 2017a, Mauthner, 2017b) und verbreitet – beispielhaft siehe Abbildung 3.

Ergebnisse

Überlegungen und konkrete Planungen zur Transformation unseres Energiesystems machen es erforderlich, dass die Potenziale von Einzeltechnologien und Energieeffizienzmaßnahmen in einem ganzheitlichen Kontext (Sektor-übergreifend, Energieträger-übergreifend) untersucht werden. Im Rahmen des IEA SHC Task 52 wurden unter dieser Prämisse und mittels Energiesystemanalyse erstmals konkrete und belastbare Erkenntnisse für die Rolle der Solarthermie in einem überwiegend erneuerbaren Energiesystem der Zukunft in Dänemark, Deutschland, Italien und Österreich abgeleitet:

• Das Design des Energiesystems ist entscheidend für die Integration von Solarthermie.
• Szenarien zeigen, dass das techno-ökonomische Potenzial für Solarwärme im Bereich von 3-12 % des zukünftigen Wärmemarktes liegt.
• Je nach gewähltem Ansatz zur Ermittlung des techno-ökonomischen Potenzials kann die Installation von Solarthermie zu höheren sozioökonomischen Kosten für das Energiesystem führen (z. B.: wenn durch Solarthermie die Nutzung günstigerer Alternativen wie beispielsweise industrieller Abwärme oder Wärme aus dem Betrieb von Wärmepumpen mittels erneuerbarem Überschussstrom substituiert wird).
• Solarthermie kann insbesondere den Druck auf knappe erneuerbare Ressourcen wie Biomasse verringern.
• In einem erneuerbaren Energiesystem der Zukunft konkurriert Solarthermie nur mit anderen erneuerbaren Wärmeversorgungsoptionen. Vorteile von heute (CO2-Reduktion, Einsparung fossiler Energieträger) sind in einem solchen Energiesystem keine Argumente mehr für den Einsatz von Solarthermie.
• Eine vollständige Energiesystemperspektive ist erforderlich, um die zukünftige Rolle von Solarthermie zu analysieren - einschließlich Sektorkopplung mit Transport und Industrie.
• Da der Wärmebedarf in städtischen Umgebungen bestehen bleiben und sogar steigen wird, müssen Lösungen zum Einsatz von Solarthermie an diese spezifische Situation angepasst werden (begrenzter Raum, mittlere bis hohe Dichte des Wärmebedarfs). Smarte Wärmenetze sind eine der vielversprechenden Lösungen.