Passender Energiemix für kleinere Gemeinden – Suitable energy mix for smaller communities

Veröffentlicht am: 23. Januar 2020 / Update vom: 17. August 2020 – Verfasser: Konrad Wolfenstein

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Fraunhofer-Tool für die kommunale Energiewende

 

Solarenergie, Erdwärme oder Photovoltaik – welche Form der Energieversorgung eignet sich am besten für die Gemeinde? Vertreter kleinerer Gemeinden sehen sich einer Unmenge an Informationen gegenüber, die die bestehende Unsicherheit vielfach noch vergrößert. Ein neuartiges Online-Tool von Fraunhofer bringt nun Licht in diesen Dschungel und ermittelt den individuell optimalen Energiemix samt Fördermöglichkeiten.

 

 

Visualisierter Wärmebedarf der Gemeinde Neumark (486 Einwohner) im 100 x 100 m Raster. Dunkle Farben deuten auf einen hohen Wärmebedarf hin. Die Ergebnisse wurden anhand der Gebäudestrukturen abgeschätzt.

Die Energiewende steht an. Vertreter kleiner Gemeinden sind allerdings oftmals überfragt, wie diese für sie genau aussehen könnte. Solarenergie, Photovoltaik oder Erdwärme? Was macht Sinn und in welchem Ausmaß können diese Technologien zur Energieversorgung der Gemeinde beitragen? Wie steht es um eventuelle Förderungen?

Software-Tool analysiert Bedarfe und Möglichkeiten

Hier greift ein Tool aus dem Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, das Forscherinnen und Forscher im Projekt »Energietechnische und -wirtschaftliche Modellierung modTRAIL« entwickelt haben. »Mit unserer Software können sich Bürgermeisterinnen und Bürgermeister kleinerer Gemeinden über die technischen Möglichkeiten im Bereich der Energiewende sowie die entsprechenden Förderungen informieren – und zwar individuell auf die Gemeinde zugeschnitten«, sagt Liane Rublack, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IOBS-AST. »Wärme und Elektrizität müssen dabei nicht zu hundert Prozent regenerativ erzeugt werden, vielmehr setzt das Tool auf einen Energiemix aus konventionellen und erneuerbaren Erzeugungsanlagen.«

In vier Modellkommunen in Thüringen mit weniger als zehntausend Einwohnern – genauer gesagt in Kahla, Werther, Neumark und Großobringen – testen die Forscherinnen und Forscher das Tool bereits. Für die Entscheidungsträger in den Gemeinden sieht das folgendermaßen aus: Sie tragen zunächst den Namen ihrer Gemeinde ein und erhalten daraufhin nähere Informationen zum Strom- und Wärmebedarf in ihrem Ort. Anschließend geben sie ihre Wünsche für die künftige Strom- und Wärmeversorgung an. Auf welche Technologien möchten sie gerne setzen, welche möchten sie lieber ausklammern? Dabei stehen zahlreiche Optionen zur Auswahl, beispielsweise Solar- und Windenergie, Strom- und Wärmespeicher, Öl- und Gasbrennwertkessel, Luftwärmepumpen sowie Erdwärmepumpen. Auch Wünsche bezüglich anderer Faktoren werden vom Tool abgefragt. Steht die Minimierung vom CO2-Ausstoß im Vordergrund oder eher die Bezugskosten der Energie? Als Ergebnis erhalten die Bürgermeisterinnen und Bürgermeister oder auch andere Entscheidungsträger die Informationen, wie ein Energie- und Anlagenmix aussehen könnte, der den angegebenen Zielvorgaben entspricht, z.B. bestehend aus Photovoltaikanlagen, Strom- und Wärmespeichern und Blockheizkraftwerken. Die Informationen umfassen auch die Kosten für Installation und Betrieb, die Energiebezugskosten, die Menge des CO2-Aussstoßes sowie Möglichkeiten der Förderung.

»Wir möchten mit unserem Tool den Stein ins Rollen bringen und Bürgermeisterinnen und Bürgermeistern kleiner Gemeinden das Potenzial aufzeigen, das erneuerbare Energiequellen für ihren Ort bieten«, erläutert Rublack. Als Basisdaten für das Tool nutzten die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IOSB-AST Standardlastprofile für Haushalte sowie die Zeitreihen für erneuerbare Energiequellen, die der Deutsche Wetterdienst hinterlegt hat – in diesem Fall die der Thüringer Wetterstation bei Erfurt-Weimar. Für Gemeinden mit weniger als 10.000 Einwohnern in Thüringen sind die notwendigen Daten bereits im System hinterlegt. Das Tool lässt sich mit den entsprechenden Daten jedoch auch in anderen Bundesländern nutzen.

Einstiegshürden überwinden

Dieses Optimierungsmodell soll als Bestandteil (Modul) in die Online-Software des Verbundvorhabens TRAIL integriert werden. Das konkrete Ziel des Verbundvorhabens »Transformation im ländlichen Raum (TRAIL)« ist die Verfügbarkeit eines einfach bedienbaren Tools, das hilft, eine große Anzahl von kleineren Gemeinden zu motivieren, sich mit den Fragen der effizienten Energieversorgung intensiv zu beschäftigen. Dabei sollen insbesondere die Einstiegshürden überwunden werden, die in den begrenzten personellen und finanziellen Ressourcen zu sehen sind. Es wird ein Online-Softwaretool entwickelt, das vornehmlich auf der Grundlage von öffentlich zugänglichen GIS-Daten, Zensus-Daten sowie weiteren vorhandenen Datenbanken erste Aussagen zum Strom- und Wärmeverbrauch in den Gemeinden generiert und Empfehlungen zur weiteren Vorgehensweise vorschlägt.

 

 

Über das innovative Online-Werkzeug TRAILstarter können die beteiligten Kommunen Maßnahmen für ihre regionale Energiewende ableiten: www.trail-energie.de

 

Solar energy, geothermal energy or photovoltaics – which form of energy supply is best suited to the community? Representatives of smaller communities are faced with a vast amount of information, which in many cases increases the existing uncertainty. An innovative online tool from Fraunhofer is now shedding light on this jungle and determining the optimal energy mix for each individual, including funding options.

 

 

Visualized heat demand of the community Neumark (486 inhabitants) in a 100 x 100 m grid. Dark colours indicate a high heat demand. The results were estimated based on the building structures.

The energy turnaround is imminent. However, representatives of small communities are often wondering what exactly this could look like for them. Solar energy, photovoltaics or geothermal energy? What makes sense and to what extent can these technologies contribute to the community’s energy supply? What about possible subsidies?

Software tool analyses needs and possibilities

This is where a tool from the Applied Systems Technology AST unit of the Fraunhofer Institute for Optronics, Systems Engineering and Image Exploitation IOSB comes into play, which researchers have developed in the “modTRAIL energy technology and economic modelling” project. “With our software, mayors of smaller communities can inform themselves about the technical possibilities in the field of energy system transformation and the corresponding subsidies – and this information is individually tailored to the community,” says Liane Rublack, scientist at Fraunhofer IOBS-AST. “Heat and electricity do not have to be generated one hundred percent from renewable sources, but the tool focuses on an energy mix of conventional and renewable generation plants.

The researchers are already testing the tool in four model communities in Thuringia with fewer than ten thousand inhabitants – to be more precise in Kahla, Werther, Neumark and Großobringen. For the decision-makers in the municipalities, the situation is as follows: They first enter the name of their municipality and then receive more detailed information on the electricity and heat requirements in their town. Then they enter their wishes for the future electricity and heat supply. Which technologies would they like to rely on, which ones would they rather leave out? There are numerous options to choose from, such as solar and wind energy, electricity and heat storage, oil and gas condensing boilers, air heat pumps and geothermal heat pumps. The tool also queries requests regarding other factors. Is the focus on minimising CO2 emissions or rather the purchase costs of the energy? As a result, the mayors or other decision-makers receive information on what an energy and plant mix could look like that meets the specified targets, e.g. consisting of photovoltaic systems, electricity and heat storage and combined heat and power plants. The information also includes the costs for installation and operation, energy procurement costs, the amount of CO2 emissions and possibilities for subsidies.

“With our tool, we want to get the ball rolling and show mayors of small communities the potential that renewable energy sources offer for their community,” explains Rublack. The Fraunhofer IOSB-AST researchers used standard load profiles for households as well as the time series for renewable energy sources stored by the German Weather Service – in this case the Thuringian weather station near Erfurt-Weimar – as the basic data for the tool. For communities with less than 10,000 inhabitants in Thuringia, the necessary data is already stored in the system. However, the tool can also be used with the corresponding data in other German states.

Overcoming barriers to entry

This optimisation model is to be integrated as a component (module) into the online software of the joint project TRAIL. The concrete objective of the joint project “Transformation in Rural Areas (TRAIL)” is the availability of an easy-to-use tool that helps to motivate a large number of smaller communities to deal intensively with the issues of efficient energy supply. In particular, the project aims to overcome the entry barriers that are seen in the limited human and financial resources. An online software tool will be developed, which primarily uses publicly accessible GIS data, census data and other existing databases to generate initial statements on electricity and heat consumption in the municipalities and to suggest recommendations for further action.

 

 

Using the innovative online tool TRAILstarter, the participating municipalities can derive measures for their regional energy system transformation: www.trail-energie.de