Abbildungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Hintergründe für die Entwicklung von Energiekonzepten in urbanen Räumen
3 Energiekonzept UrbanReNet am Beispiel Darmstadt
3.1 Aufgabestellung und Projektablauf
3.2 Konzepterstellung auf Grundlage der Datenermittlung
3.3 Vernetzung des Bedarfs und der Potenziale
4 Masdar City als futuristische Vorzeigestadt
4.1 Gebäudearchitektur zur Erzielung maximaler Energieeffizienz
4.2 Verkehrsstrukturen einer nachhaltigen Stadt
5 Fazit
Literaturverzeichnis
Abbildung 1: Die Betrachtung eines Stadtquartiers im Sinne des UrbanReNet (Hegger, M. 2012, S. 12)
Abbildung 2: Gebäudeeinteilung in Klassen und mögliche Energieversorgung (Hegger, M. 2012, S. 67)
Die Energiewende ist ein allgegenwärtiges Thema. Insbesondere durch die immer weiter voranschreitende Globalisierung ist auch dieses sensible Thema in den Entwicklungs- und Schwellenländern nicht mehr weg zu denken. Die negativen Umweltauswirkungen von fossilen Brennstoffen sind kein unbekanntes Problem. Vor allem die Belastung für die Natur durch freiwerdende Schadstoffe und teilweise radioaktiven Stoffen ist verheerend. Durch dieses weit verbreitete Thema ist das Interesse an erneuerbaren Energien in den letzten Jahren stark gestiegen und erfährt einen stetig steigenden Anteil am Weltmarkt. Doch wie wird noch effizienter gearbeitet? Neuere Überlegungen versuchen urbane Räume nicht sich nur an erneuerbaren Energien zu bedienen, sondern darüber hinaus auch maximale Effizienz zu erreichen. Wie soll sowas aussehen? Es wird versucht auch interne städtische Strukturen zu optimieren und energieschonend zu bauen, darunter zählen zum einen die Architektur und die Gebäudestrukturen und zum anderen die Verkehrsinfrastruktur, die ohne Emissionen und geringen Energiebedarf auskommt. Im Folgenden werden die Hintergründe der Bedeutung des urbanen Raumes bearbeitet und anhand zweier Konzepte vorgestellt.
Die Energiewende gibt unterschiedliche Anlässe diesen zu bewältigen. Der urbane Raum hat eine spezielle Aufgabe bei der Energiewende, vor allem da die städtischen Gebiete stetig größer werden und so ebenfalls einen stärkeren Energiebedarf generieren. Bis zum Jahre 2030 sollen nach aktuellen Prognosen 60% der Menschen in Städten leben. Den größten Anteil des Energieverbrauchs soll dabei die Infrastruktur ausmachen. Der Transport von Gütern und Menschen wird in diesem Bereich den meisten Anspruch an Energie benötigen. Aus diesen Hintergründen ist das allgemeine urbane Ziel, eine gewisse Klimaneutralität zu generieren, um abgesehen von der Beeinträchtigung der Natur ebenfalls eine zukunftssichere und stabile Energieversorgung zu gewährleisten (Hamacher & Richter 2008).
Die urbanen Räume werden bei der Energiewende jedoch mit einigen Problemen konfrontiert. Die meisten Subventionsgelder gibt es bei den On- und Offshore Anlagen, die jedoch aus Gründen der Flächenverfügbarkeit keinen Anklang in den urbanen Räumen findet. Hinzu kommt, dass durch die erhöhte Einspeisung von erneuerbaren Energien in das Stromnetz, der Strompreis soweit sinkt, dass im Jahre 2013 27 Atomkraftwerke den Antrag auf Stilllegung stellten. Insbesondere die Solarenergie und die Windkraftenergie sind ubiquitäre Methoden, wodurch eine Dezentralität in der Energieerzeugung geformt wird. Durch die Dezentralität bekommt der ländliche Raum einen Bedeutungsüberschuss, woran sich der urbane Raum versucht zu bedienen. Die Folge der dezentralen Energieerzeugung und dem Verbrauch in den urbanen Regionen ist, dass eine Verzögerung des Netzausbaus gegeben ist. Die Energiewirtschaft ist durch ökonomische Reize geprägt, wodurch der urbane Raum im Punkt erneuerbare Energien an Attraktivität verliert. Somit liegen die Schwerpunkte der Erzeugung im ruralen Raum und der Verbrauch im urbanen Raum. Die Energieautonomie ist in Großstädten ein relevantes Thema, jedoch hängt die Entwicklung im großen Maße von der Entwicklung außerhalb ab (Gailing, L. 2013, S. 10ff.).
Auf Grund dieser Fakten haben sich schon einige urbane Energiekonzepte entwickelt.
Darmstadt hat in Zusammenarbeit mit der TU Darmstadt ein Energiekonzept entwickelt, das die dortige Energieversorgung nahezu emissionsfrei vollziehen soll.
UrbanReNet ist ein Projekt, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert wird und unter den Schwerpunkt der energieeffizienten Stadt fällt. Ziel ist es, eine systematische und ganzheitliche Untersuchung der Energieerzeugungs-, Speicherungs-, und Vernetzungspotenziale von den Bestandsgebäuden und Freiflächen durchzuführen (Hegger, M. 2013).
Es sollen keine Gebäudesanierungen vollzogen werden, sondern vorhandene Gebäude lediglich umgerüstet, angepasst und Freiflächen mit ihren Potenzialen genutzt werden. Mithilfe dieser Vorgehensweise soll ein geschlossenes Stadtbild erzeugt werden und ebenfalls durch ein in sich geschlossenes Energieversorgungssystem versorgt werden. Für die Bestimmung der unterschiedlichen Potenziale von den Bestandsgebäuden wurde ein geeignetes mathematisches Modell entwickelt und ein dazugehöriges Softwaretool formuliert. Dieses Softwaretool dient vorerst der Grundlagendatenbeschaffung von Potenzialen der Industrien, Wälder und Grünflächen und Wohnkomplexen, also die Analyse eines vollständigen Stadtquartiers (Sigmund, B. 2015).
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Abbildung 1: Die Betrachtung eines Stadtquartiers im Sinne des UrbanReNet (Hegger, M. 2012, S. 12)
In Abbildung 1 ist ein Stadtausschnitt dargestellt. Der grau umrandete Bereich zeigt die bisherige Betrachtung von Bestandsgebäuden und eine separate Betrachtung von einzelnen Gebäuden. Wie in der Abbildung grün gekennzeichnet, befasst sich UrbanReNet mit einem Gesamtpotenzial eines Stadtquartiers und versucht mithilfe der Datengrundlage der Potenziale ein Vernetzungskonzept zu entwickeln (Sigmund, B. 2015).
Auf dieser Basis werden Gebäude nach ihren Potenzialen zusammengefasst, sodass sich ein gezielteres Konzept ergibt.
Jedes Modell ist eine abstrahierte Abbildung der Realität und weist alle Kennzeichen und Funktionen auf, die dem Zweck der Abbildung gerecht werden. In diesem Modell werden zwei wesentliche Ziele verfolgt. Zum Einem der energetische Bedarf des Stadtausschnitt, einerseits bestehend aus dem Strombedarf und andererseits dem Heizwärmbedarf und dem Wasserwarmbedarf. Zum anderen die energetischen Potenziale des Stadtquartiers, bestehend aus dem Produktpotenzial, Einsparpotenzial und dem Speicherpotenzial. Anhand dieser Einteilung ergibt sich ein detaillierteres Stadtbild (Hegger, M. 2012, S. 67f.).
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Abbildung 2: Gebäudeeinteilung in Klassen und mögliche Energieversorgung (Hegger, M. 2012, S. 67)
In Abbildung 2 sind verschiedene Gebäude dargestellt, die jeweils ein anderes Potenzial und einen anderen Bedarf besitzen. Im Wesentlichen beschränkt sich dieses Modell auf zwei Punkte. Zum einen durch die Primärenergieversorgung durch erneuerbarer Energien. Wie in diesem Modell mit einbezogen die Nutzung von solarem Potenzial in Form von Sonnenstrahlen. Dieses Potenzial kann durch Solarzellen auf den hohen Dächern der Gebäude genutzt werden. Hinzu kommen noch die zahlreichen Grünflächen und Wälder, die Biomasse abwerfen, woraus ebenfalls Bioenergie gewonnen werden kann. Andererseits sind die Potenziale der Stadtraumtypen abgebildet, welche durch ein unterirdisches Vernetzungssystem zu Gebäuden gelangen können, bei denen Wärme benötigt wird und somit die Nutzung von Potenzialen durch Synergieeffekte erzielt wird. (Hegger, M. 2012, S. 67f.).
Die Vernetzung ist ein komplexer Vorgang, der durch eine Vielzahl von Strukturen geprägt ist.
Auf Grundlage der Potenziale und des Bedarfs können Energieströme verfolgt und mit einem dafür ausgebauten Softwaretool verfeinert werden. Erst durch eine Vernetzung der gegebenen Potenziale kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Vernetzte Energieversorgungssysteme können auf lokaler Ebene durch Selbstversorgungsstrukturen sehr rentabel sein. Das Ergebnis ist eine autarke Energieversorgung und eine nachhaltige Möglichkeit der Versorgungsstabilität (Hegger, M. 2012, S.180).
Zuerst wird überprüft welche Bestandteile des Stadtsystems bereits miteinander vernetzt sind und welche möglichen Vernetzungen noch stattfinden können. Aus diesen Informationen ist eine Vernetzung auf drei Ebenen möglich. Erstens gibt es die Möglichkeit, zwei Einzelgebäude beispielsweise in einer Reihenhaussiedlung zu vernetzen. Zweitens können zwei benachbarte Sektionen unterschiedlicher energetischer Stadtraumtypen vernetzt werden und drittens kann ein ganzer Kreislauf erfolgen, wenn mehrere Stadtraumtypen und mehrere Einzelelemente beteiligt sind (Hegger, M. 2012, S. 180f.).
Ein revolutionäres urbanes Energiekonzept soll die Stadt Masdar City werden. Masdar City liegt in den Vereinigten Arabischen Emiraten nahe Abu Dhabi. Die geographische Lage dieser Stadt soll zu Nutze gemacht werden. Denn einerseits besitzt dieser Wüstenabschnitt ein sehr hohes Windenergiepotenzial durch sein vertikales Windprofil, andererseits gibt es an diesem Ort ein hohes Solarpotenzial durch die Wüstenlage und den weiten Wüstenflächen. Auf dieser Grundlage wird versucht eine Null-Emissionen Stadt zu errichten (Reyche, D. 2010).
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