dena Abschlussbericht_Urbane Energiewende

A2 Das urbane

A2 Das urbane Energiesystem 2.1 Status quo und Entwicklung des urbanen Energiesystems Die erfolgreiche Transformation der urbanen Energiesysteme ist zum Erreichen der Klimaschutzziele von zentraler Bedeutung. In der Literatur werden urbane Energiesysteme definiert als kombinierte Prozesse der Erzeugung, Verteilung und Bereitstellung sowie von Bezug und Einsatz von Energie, um die Nachfrage nach (Energie-)Dienstleistungen einer Stadt bzw. eines bestimmten Stadtgebiets zu decken. 13 Somit unterscheiden sich urbane Energiesysteme nicht grundlegend von anderen Energiesystemen. Dennoch zeichnen sie sich durch einige besondere Merkmale aus 14 : ■ eine hohe Bevölkerungsdichte und einen daraus resultierenden hohen und vielfältigen Energiebedarf je Flächeneinheit, ■ eine hohe Dichte an Ver- und Entsorgungsinfrastrukturen bei gleichzeitig geringen Flächenpotenzialen für Erweiterungen, ■ ein hohes Maß an Aufgeschlossenheit zum Austausch von Informationen und Ressourcen sowie ■ eine hohe Konzentration von Wirtschafts- und Humankapitalressourcen, die mobilisiert werden können, um Innovationen und Übergangswandel zu initiieren. Der urbane Raum benötigt Konzepte und Ansätze zur urbanen Energiewende, welche die unterschiedlichen Belange berücksichtigen und die vielfältigen Potenziale bestmöglich nutzen. Energieerzeugung und -bezug Dabei benötigen Städte in den verschiedenen Sektoren in der Regel mehr Energie und Rohstoffe, als in der Stadt selbst zur Verfügung gestellt werden. Somit müssen Brennstoffe, elektrischer Strom und weitere Ressourcen wie Nahrungsmittel von der Stadtbevölkerung von außerhalb bezogen werden, oft aus dem direkten Umland. Für das urbane Energiesystem ist der unmittelbare Ausgleich von Energienachfrage und -angebot innerhalb der Stadt ebenso maßgeblich wie die Stadt-Umland-Beziehung, insbesondere zur Versorgung mit erneuerbaren Energien. Wird der Energiefluss von Elektrizität betrachtet, stammen beispielsweise in Hamburg ca. 20 Prozent des Strombedarfs im Jahr 2018 aus Eigenerzeugung innerhalb des Stadtgebietes und 80 Prozent aus dem Umland. In Berlin wurden im Jahr 2016 rund 36 Prozent der Stromnachfrage aus Eigenerzeugung bereitgestellt, davon etwa 94 Prozent aus KWK-Anlagen und 6 Prozent aus erneuerbaren Energien. 15 Auch für weitere Sektoren gilt, dass ein Großteil des Energiebedarfs in die urbanen Räume importiert wird, beispielsweise als Gas (Erdgas und Biogas), Heizöl und Kraftstoffe, Kohle und Biomasse (z. B. Holzpellets). 13 Keirstead, J., 2013. 28 – Teil A 14 Grubler, et al., 2012. 15 Stromnetz Berlin GmbH, 2019; Stromnetz Hamburg, 2019.

Abbildung 3: Das integrierte Energiesystem der Zukunft, Quelle: Eigene Darstellung Energieverteilung und -bereitstellung Das urbane Energiesystem ist nicht nur geprägt durch gut ausgebaute und weitverzweigte Infrastrukturen für Strom, Wärme, Verkehr und Kommunikationssysteme, es werden auch vielfältige Technologien zur Bereitstellung, Speicherung und Umwandlung von Energie eingesetzt. Auch ist für das urbane Energiesystem charakteristisch, dass gut ausgebaute Infrastrukturen zum Umland existieren. Dabei lassen sich durch den hohen Energiebedarf im urbanen Raum oft Effizienzvorteile und Synergien durch Bündelung in der Energieversorgung und -verteilung sowie im Management der Energieverwendung erzielen. Auch das breite Spektrum an unterschiedlichen Energieanwendungen von industriellen Hochtemperaturprozessen bis hin zur Niedertemperatur-Raumwärmebereitstellung ermöglicht eine effiziente Steuerung der Energieflüsse und Kopplung der jeweiligen Energiequellen und -senken durch konventionelle Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder komplexere „Kaskadierung“ von Abwärme. Darüber hinaus sind Energieverteilnetze für die verschiedenen Medien neben der IT-Infrastruktur und weiteren Versorgungsinfrastrukturen häufig parallel verlegt und können einen hohen Grad der „Vermaschung“ aufweisen. Mit parallel bestehenden Infrastrukturen und deren Vermaschung geht eine Zunahme der Komplexität des urbanen Energiesystems einher. Gleichzeitig ergibt sich hierdurch aber auch ein hohes Potenzial zur Kopplung der Infra- strukturen für Strom, Gas und Wärme sowie für den Verkehrssektor in einem integrierten urbanen Energiesystem. Hierdurch können Ressourcen effizient eingesetzt und Infrastrukturen optimal genutzt werden. In der Praxis werden solche Ansätze und Konzepte für verbesserte Integration und einen flexibleren Einsatz bereits erprobt (siehe Beispiel „GrowSmarter” in Teil B). Energieverwendung Die Verbraucherstruktur in den Städten ist vielfältig. Neben Privatkonsumenten für Wärme, Strom und Kraftstoffe sind auch Industrien sowie Gewerbe, Handel und Dienstleistungen für eine steigende Energienachfrage verantwortlich. Gleichzeitig nehmen aber auch immer mehr Akteure – Wohnungsbaugesellschaften, Genossenschaften, Contractoren oder Quartiersbetreiber – eine aktive Rolle im Energiesystem ein. Diese Akteure sind zunehmend nicht nur Energienachfrager, sondern im Sinne eines „Prosumers“ auch Energieerzeuger und Anbieter für flexible Energiespeicher und Lastverschiebepotenziale. Bisher werden die Verbraucher überwiegend aus großen Erzeugungsstrukturen versorgt, in Zukunft werden möglicherweise vermehrt verbrauchernähere kleinere Quartiers-, Wohnblock- oder gebäudeintegrierte Anlagen eingesetzt. Teil A – 29