Niedertemperaturnetze – Der Schlüssel zur urbanen Energiewende

Niedertemperaturnetze kombinieren die bislang getrennten Versorgungssystemen für Kälte, Wärme und Strom zu einem perfekt abgestimmten Gesamtsystem. So schaffen wir Plattformen für die Umsetzung der urbanen Energiewende – bürgernah und partizipativ, d. h. unter Beteiligung aller Bewohner.

Reallabore der Energiewende

TransUrban.NRW ist ein Sieger des Ideenwettbewerbs „Reallabore der Energiewende“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) und startet als Modellvorhaben in Quartieren in Nordrhein-Westfalen. Das Förderprogramm des BMWi soll Innovationen und zukunftsfähige Energietechnologien in der Praxis großflächig erproben. Das Ziel ist es, Erfahrungen mit neuen Technologien zu sammeln und diese in einem Gesamtsystem zu beurteilen. Die Ergebnisse sollen modellhaft für weitere Städte und Gemeinden in Deutschland angewendet werden können.

Unsere Ziele

Transformation durch Wärmenetze der 5. Generation

TransUrban.NRW zeigt Lösungswege auf, um die bestehende Hochtemperatur-Energieinfrastruktur in Niedertemperatur-Energiesysteme zu transformieren und damit die Marktrolle von Fernwärmenetzbetreibern und Stadtwerken zu Energieplattformanbietern zu wandeln.

Die Planung und Optimierung von Wärmenetzen der 5. Generation und Quartiersenergiesystemen erfordern ganzheitliche digitale Ansätze, die neben den thermischen Systemkomponenten auch die Sektoren Strom und Elektromobilität berücksichtigen. In TransUrban.NRW arbeiten die Lehrstühle der RWTH Aachen Institute for Automation of Complex Power Systems (ACS) und der Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik (EBC) an der Entwicklung neuer digitaler Methoden für die Planung und den Betrieb von Quartiersenergiesystemen. Zudem wird durch die Juniorprofessur für Energieressourcen- und Innovationsökonomik (Jeri) die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle sowie deren Skalierbarkeit betrachtet.

Transformation durch Wärmenetze - info Grafik

Evolution der Wärmenetze hin zu Anergienetzen und LowEx

Digitalisierung von Planung und Betrieb - info Grafik
Schematische Darstellung der energetischen Dynamik einer Quartierslösung

Digitalisierung von Planung und Betrieb

Für Wärmenetze der 5. Generation gewinnen neue, dynamische Verfahren an Bedeutung. Die integrale Betrachtung der Quartiere unter Verwendung unterschiedlicher Zielfunktionen wie z. B. Kosten- oder CO2- Minimierung in der frühen Projektphase bildet die Voraussetzung für einen ressourcen-schonenden und wirtschaftlichen Betrieb der Quartierslösungen. Dazu werden zwei wesentliche Methoden eingesetzt und weiterentwickelt: mathematische Optimierung und dynamische Simulation. In der frühen Planungsphase werden mathematische Optimierungsmodelle genutzt, um Auslegungsentscheidungen zu unterstützen. Die Anlagen werden so ausgewählt und dimensioniert, dass für eine gesamtheitliche Betrachtung aller Betriebspunkte minimale Kosten und CO2-Emissionen erzielt werden. Dynamische Simulationsmodelle bieten im Vergleich zu mathematischen Optimierungsmodellen den Vorteil, dass sie thermo-hydraulische Vorgänge und Dynamik der Wärmenetze detailliert abbilden. Simulationsmodelle bieten die Möglichkeit, dynamische Effekte wie die Umkehr der Strömungsrichtung und die Speicherfähigkeit des Netzes zu berücksichtigen. Simulationsmodelle werden genutzt, um Betriebsparameter und deren Einfluss auf die Systemeffizienz zu untersuchen.

Entwicklung neuer Geschäftsmodelle

Neben der technischen Ausgestaltung von Energiesystemen der 5. Generation soll auch die wirtschaftlichste Betriebsweise identifiziert werden. Dazu werden auf Mikroebene Geschäftsmodelle systematisch entwickelt und bewertet, die für jede der vier Quartierslösungen einen wirtschaftlich nachhaltigen Betrieb ermöglichen und die örtlichen Akteure sowie die bestehende Infrastruktur miteinbeziehen. Auf der Makroebene werden systemische Rückkopplungen analysiert, die die Skalierbarkeit der untersuchten Energiesysteme der 5. Generation und der damit zusammenhängenden Geschäftsmodelle beeinflussen. Hier wird untersucht, in welchem Maß der positive Effekt von Energiesystemen der 5. Generation auf Quartiersebene auf das gesamte Energiesystem Deutschlands übertragbar ist.

Entwicklung neuer Geschäftsmodelle -- Stadt
Anordnung verschiedener Energieerzeuger und -verbraucher einschließlich Netzanschluss

Start-ups und ihr Beitrag

Das Konsortium & assoziierte Partner

Die E.ON Energy Solutions GmbH (ESY) verwirklicht mit einem schlagkräftigen Team deutschlandweit innovative, maßgeschneiderte Energielösungen. Als 100-prozentige Tochter der E.ON SE liegt der Fokus auf der Förderung und Verwirklichung der Energiewende im urbanen Umfeld, insbesondere auf der Quartiersebene für Neubau und Bestand. ESY hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Kunden bei der Erreichung der lokalen Klimaschutzziele zu unterstützen und dabei einen wesentlichen Beitrag zur CO2-Reduktion zu leisten.

Für regionale Energielösungen im Einklang mit der Umwelt steht unsere Naturgesellschaft Avacon Natur. Mit innovativen Technologien für Kraft-Wärme-Kopplung, die Nutzung Erneuerbarer Energien oder die passgenaue Versorgung mit Wärme, Kälte, Druckluft, Dampf oder Strom liefert sie genau das, was unsere Kunden brauchen. Gemeinsam mit Städten, Gemeinden, Unternehmen und vielen Privatkunden treibt sie die Energiewende voran.

Catella Project Management GmbH investiert und schafft zukunftsfähige Immobilien. Das Unternehmen versteht sich nicht als simpler Bauträger, sucht nicht das schnelle Geschäft, sondern schafft langfristige Investitionsgelegenheiten. Im Fokus steht der nachhaltige Nutzen für alle Projektbeteiligten, denn das schafft Investitionssicherheit. Catella Project Management ist fokussiert und konzentriert, kapitalstark und krisenfest, langfristig orientiert und alltäglich sehr entscheidungsfreudig. Hinzu kommen das flexible und interdisziplinäre Team und vielfältige Partnerschaften.

Seit über 40 Jahren entwickelt die RAG Montan Immobilien (RMI) vorgenutzte Areale in gefragte Standorte für Gewerbe und Dienstleistungen, Logistik und Wohnen in NRW und im Saarland. Dabei hat RMI stets die komplette immobilienwirtschaftliche Wertschöpfungskette im Blick – von der Planung über die Umsetzung bis hin zur Nutzung. Das eigene, vielfältige Flächenportfolio wird durch den bedarfsgerechten Ankauf von Grundstücken mit Entwicklungsperspektive erweitert.

Die RWTH Aachen University bedient sich der starken Forschungsnetzwerke und der intellektuellen Neugier ihrer Mitarbeitenden, um Wissen zu anspruchsvollen wissenschaftlichen Fragestellungen zu generieren, führendes Wissen zu transferieren und Lösungen zu entwickeln, die sich auf heutige und zukünftige Herausforderungen auswirken.

Das Fraunhofer ISE ist mit 1.200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern das größte Solarforschungsinstitut Europas. Die Arbeit des Instituts reicht von der Erforschung der naturwissenschaftlich-technischen Grundlagen der Solarenergienutzung über die Entwicklung von Prototypen bis hin zur Ausführung von Demonstrationsanlagen.

Mit starken Wurzeln in der Energietechnik und unterstützt durch eine eigene Software-Entwicklung arbeitet heatbeat an innovativen Lösungen zur dynamischen Simulation von Wärme- und Kältenetzen. Dazu werden Simulationsmodelle der nächsten Generation sowie innovative Programme zur Prozessautomation entwickelt und verwendet, um den dynamischen Betrieb von Energiesystemen auf Quartiers- und Stadtebene abzubilden und zu optimieren.

aedifion möchte das Energiesystem der Zukunft aktiv mitgestalten. Dafür entwickelt das Unternehmen eine Cloud-Plattform für den automatisierten Betrieb, die datenbasierte Optimierung und cloudbasierte Regelung von bestehender Gebäude- und Energiesystemtechnik. So können einzelne Immobilien und ganze Quartiere intelligent vernetzt und dadurch nachhaltiger, effizienter und komfortabler betrieben werden.

Seit mehr als 100 Jahren versorgen die Stadtwerke Herne ihre Kunden zuverlässig mit Energie. Aus einem traditionsreichen Unternehmen ist ein moderner Energiedienstleister geworden, der stets nach neuen Wegen in der Energieversorgung- und gewinnung sucht – für ihre Kunden und für die Umwelt. Für die Veränderungen am Energiemarkt sind die Stadtwerke Herne bestens gerüstet: Durch Partnerschaften, um im Wettbewerb zu bestehen.

Uniper ist ein internationales Energieunternehmen mit rund 11.000 Mitarbeitern. Das Unternehmen verfügt über eine ausgewogene Kombination von modernen Großanlagen und ausgezeichneten Technologie- und Marktkenntnissen. Dank eigener Anlagen und Kompetenzen können maßgeschneiderte Energieprodukte und -dienstleistungen flexibel, präzise und schnell zu marktfähigen Preisen angeboten werden.

Die FAKT.AG wurde im Jahre 2010 gegründet und ist eine Beteiligungs-Holding, die in lukrative Projekte aus drei Segmenten investiert: Immobilien, Erneuerbare Energien und sonstige Finanzinvestments. Die FAKT-Unternehmensgruppe hat ihren Schwerpunkt in der Projektentwicklung, Kernsektoren sind die Bereiche Immobilien, ausgewählte kommunale Infrastruktur- und Kapitalmarktthemen sowie Projekte zur umweltfreundlichen Energieerzeugung und effizienten Nutzung knapper Ressourcen.

partnerschaftlich - regional - innovativ. An diesen Kernwerten orientiert sich das Handeln des Konzerns und seiner Mitarbeiter. Die NEW fühlt sich als Teil des Niederrheins für die Lebensqualität in der Region verantwortlich und mit den Menschen eng verbunden. Dachmarke und Leitbild sind ein Zeichen dafür, dass sich das Unternehmen den wachsenden Herausforderungen im Energiemarkt stellt und zu neuen Ufern aufbricht.

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