Nachhaltige Städte

Kurs: Nachhaltige Städte | OnCourse UB

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    Energieversorgung in der nachhaltigen Stadt

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    Aus- und Umbau von Stromnetzen

    Alle existierenden Szenarien für eine CO2-neutrale urbane Energieversorgung gehen von einem erheblich steigenden Anteil elektrischer Energieversorgung aus (siehe Grafik). Wir wissen, wie man mit Photovoltaik, Wind- und Wasserkraft Strom ohne CO2-Emissionen erzeugt, und das mittlerweile sogar deutlich kostengünstiger als mit konventionellen fossilen Kraftwerken (Roser, 2020).

    In der öffentlichen Diskussion spielt zwar auch Wasserstoff als Energieträger eine große Rolle vergleichbar dem heutigen Einsatz von Erdgas in Heizungen, Industrieanlagen oder Verbrennungsmotoren. Es ist aber aufgrund des geringen technologischen Reifegrads, den Prozessverlusten bei der Energieumwandlung, den hohen Kosten und einer fehlenden großflächigen Infrastruktur unwahrscheinlich, dass damit in den nächsten 15-20 Jahren (Klimaneutralität 2045, siehe vorherige Lektion!) in der Breite der Bedarf der urbanen Energieversorgung insbesondere im Gebäude- und Verkehrssektor organisiert werden kann. Deswegen ist ein Ausbau der Stromnetze für die Energiewende zentral.

    

    Auch die Struktur der Stromnetze ändert sich. Im konventionellen System gab es wenige große Erzeuger (Kraftwerke) und verhältnismäßig viele kleine Abnehmer, also eine sehr zentrale Netzwerkstruktur. Die Stromnetze der Zukunft haben nicht nur eine viel größere Kapazität, sondern auch eine dezentrale und komplexe Struktur, bei denen die gleichen Knoten mal Strom abnehmen und mal Strom liefern (z.B. wenn bei starkem Sonnenschein die Photovoltaikanlage mehr Energie produziert als der Haushalt selber verbraucht). Diese Struktur verlangt nach neuen digitalen Technologien zur dynamischen Steuerung der Stromnetze, die wir in Kapitel 3 schon unter dem Begriff Smart Grid kennen gelernt hatten und die im Video vertiefend erklärt werden.

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    Gebäudewärme

    Die Energiewende im Bereich der Wärmeversorgung stellt derzeit eine weit größere Herausforderung dar als bei der Stromerzeugung. Wie wir in der vorherigen Lektion gesehen hatten, sind die Fortschritte bei der Dekarbonisierung im Gebäudesektor, der in Deutschland für etwa 15% der Treibhausgasemissionen verantwortlich ist, nur sehr gering. Global erfordert auch die Kühlung von Gebäuden durch Klimaanlagen einen signifikanten Energieeinsatz, der sich vermutlich auch aufgrund zunehmender Hitze in den Städten aufgrund des schon vorangeschrittenen Klimawandels (s. nächste Lektion) in den nächsten Jahrzehnten vervielfachen wird (IEA, 2024). Das macht den Ausbau CO2-neutraler Stromversorgung umso dringender.

    Anders als bei der Stromerzeugung sind CO2-neutrale Heizungstechnologien noch deutlich teurer als konventionelle Alternativen. Zudem sind viele Gebäude alt und in schlecht saniertem Zustand. Die Eigentumsstrukturen sind kleinteilig und komplex. Bei Mietverhältnissen sind die wirtschaftlichen Anreize schwierig, da Vermieter*innen die Kosten von energetischen Sanierungen tragen und sie nur in eng reguliertem Maß auf die Miete umlegen dürfen, können oder wollen, Mieter*innen aber von geringeren Energiekosten profitieren. Außerdem bestehen aufgrund in den letzten Jahren stark gestiegener Wohnkosten in den Städten erhebliche Zielkonflikte zu sozialen Nachhaltigkeitszielen (vgl. Kapitel 7).

    Aktuelle Politische Maßnahmen zur Förderung der Wärmewende

    Die Politik in Deutschland versucht mit einer Reihe von Maßnahmen, die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung voranzutreiben (Stand: 2025). Das Gebäudeenergiegesetz macht Vorgaben für die Effizienz und die Nutzung erneuerbarer Energien für die Heizung und Kühlung bei Neubauten und beim Austausch von Heizungen in bestehenden Gebäuden. Es begründet auch die Möglichkeit, aus öffentlichen Mitteln eine finanzielle Förderung zum teilweisen Ausgleich der Mehrkosten solcher Technologien zu erhalten. Das Wärmeplanungsgesetz verpflichtet die Länder und indirekt die Städte, Maßnahmen für eine Dekarbonisierung der Wärmeversorgung einzuleiten; hier spielen insbesondere Fernwärmenetze auf Quartiers- oder Stadtebene eine Rolle.

    Technisch gesehen ist die Dekarbonisierung des Wärmesektors in Deutschland gemäß den Vorgaben des Klimaschutzgesetzes erreichbar mit folgenden Schritten (Prytula, 2023):

    • Elektrifizierung der Wärmeversorgung durch Wärmepumpen in Kombination mit regenerativer Erzeugung des benötigten Stroms.
    • Erhöhung der energetischen Sanierungsrate im Gebäudebestand von ca. 1% pro Jahr (Mittel 2010 bis 2016) auf 2,5% pro Jahr.
    • Ausbau der Fernwärmeversorgung mit langfristig nur erneuerbaren Energien mit Niedrigtemperaturkonzepten, Geothermie, Power to Heat und Biomasse.

    Im Folgenden werden relevante Fachbegriffe für die Wärmewende erklärt.

  • Aktivität dialog cards van_nast_k4_l3_fachbegriffe_wärmesektor_x_gra_de auswählen
  • Aktivität Nachhaltige Energieversorgung im Quartier auswählen

    Nachhaltige Energieversorgung im Quartier

    Aufgrund der beschriebenen technologischen Entwicklungen, die integriert gedacht werden müssen („Sektorkopplung“), ist es häufig besonders sinnvoll, Energieversorgung ganzheitlich für ein Quartier zu planen.

    Schau dir als Beispiel die folgende Broschüre an, die das energetische Konzept für Krampnitz, einen neu geplanten Stadtteil in Potsdam beschreibt. In Krampnitz sollen in den 10-15 Jahren ab 2025 auf einem ehemaligen Kasernengelände Wohnraum, Arbeitsplätze und soziale Infrastruktur für rund 10.000 Menschen entstehen. Du findest ausführliche Informationen über dieses Projekt auch hier.

    

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    Literatur

    IEA (2024). Empowering Urban Energy Transitions. Smart Cities and Smart Grids. International Energy Agency, https://www.iea.org/reports/empowering-urban-energy-transitions

    Prytula, M. (2023). Vorlesung Städtische Energieversorgung. Fachhochschule Potsdam.

    Roser, M. (2020). Why did renewables become so cheap so fast? https://ourworldindata.org/cheap-renewables-growth