„nachhaltige technologien 3|2017“

22 % zur Wärmeversorgung bei. Hierzu müssen Solar- kollektoren mit einer Leistung von 1 470 MW (2,1 Mio. m 2 ) installiert werden. Im Vergleich dazu ist die Installa- tion von 2 000 MW p PV-Anlagen erforderlich, um 32 % des Strombedarfs zu decken. Die Solaranlagen wer- den vor allem in der Stadt installiert, Windstrom und Biomasse werden vornehmlich aus der Region und dem Bundesland Hessen bezogen. Dabei ist vorge- sehen, dass die Stadt Frankfurt 11,6 % des Wind- und Biomassepotenzials von Hessen in Anspruch nehmen kann, was dem Bevölkerungsanteil der Stadt ent- spricht. Hinzu kommt die Energieerzeugung durch ein Müll-Heizkraftwerk, das den Abfall aus der Stadt und der Region nutzt. Wärmepumpen nutzen 5 % des Stroms und decken etwa 20 % des Wärmebedarfs. Werden 2 GWh Stromspeicher installiert, bleibt noch ein Importstrombedarf von 10 % im Jahr. Das Beispiel zeigt, dass auch die Solarthermie in klimaneutralen kommunalen Energiesystemen eine sehr wichtige Rolle spielen kann. Dabei ist zu berück- sichtigen, dass die Solarthermie im Beispiel Frankfurt etwa gleiche Kosten aufweist wie Photovoltaik und Wärmepumpen und sie auf dieser Basis bewusst gewählt wurde, um durch die Diversifizierung der Technologien eine hohe Versorgungssicherheit zu erreichen. Biomasse- und Windenergiepotenziale kann die Ener- gieautonomie von mittleren und größeren Städten üblicherweise jedoch nicht erreicht werden. Deshalb werden künftig Energiepartnerschaften zwischen diesen Kommunen und den umliegenden Regionen notwendig, in denen insbesondere Biomasse und Windenergie in der Region erzeugt und den Zentren zur Verfügung gestellt werden. Auch der Umfang die- ser Energiekooperationen mit der Region muss bei der Energiesystemoptimierung berücksichtigt werden. Um Kommunen fundiert beraten zu können, mit welchem Energiesystem unter Berücksichtigung der lokalen Bedarfscharakteristik und der lokalen und regionalen erneuerbaren Energienpotenziale die Klimaneutralität erreicht werden kann, wurde am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg das Kommunale Energiesystemmodell „KomMod“ entwickelt, das solche Zielenergiesyste- me kostenoptimiert berechnet. Das Computermodell bildet alle Energiesektoren und deren Kopplungen ab und optimiert sowohl die Struktur als auch den Be- trieb in einem Optimierungslauf. Die Berechnungen erfolgen zeitlich hochaufgelöst, typischerweise in Stundenschritten, um sowohl die täglichen, als auch die saisonalen Schwankungen zu berücksichtigen. Mit dem Modell wurden und werden derzeit Zielener- giesysteme für Städte und größere Liegenschaften berechnet, u.a. für Frankfurt, Freiburg, Kaiserslau- tern, Luxemburg, einem Stadtteil von Amsterdam, als auch von Städten bzw. Provinzen in Thailand, China, Südkorea und der Mongolei. Außerdem wurde es für die Optimierung der Energiesysteme von mehreren Industriebetrieben und einem Flughafen eingesetzt. In den Berechnungen wird berücksichtigt, dass sich bis zum frei wählbaren Zieljahr, z. B. dem Jahr 2050, die Energiebedarfe von Gebäuden, Industrie und Fahrzeugen und auch die Kosten und die Effizienz der Energietechnologien deutlich ändern werden. Denn das Zielenergiesystem soll nicht für den heutigen Bedarf, sondern für den künftig erwarteten Bedarf optimiert werden. Die Abbildung zeigt das Zielenergiesystem für die Stadt Frankfurt am Main, mit dem sie bis zum Jahr 2050 die Klimaneutralität erreichen kann. Die Stadt kann sich dabei zu 90 % mit Strom aus erneuerbaren Energien aus dem Stadtgebiet, der Region und dem BundeslandHessen versorgen. Der verbleibendeAnteil wird aus anderen Bundesländern, z. B. aus Offshore- Windanlagen gedeckt. Die Wärmeerzeugung erfolgt zu 100 % in der Stadt, wobei hierzu teilweise Biomas- se und Abfall aus der Region und dem Bundesland bezogen werden. Die Solarwärmeanlagen tragen zu LEITARTIKEL Dipl.-Phys. Gerhard Stryi-Hipp ist Leiter der Gruppe „Smart Cities“ am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, Deutschland. 5 4 Zielenergiesystem für die Stadt Frankfurt am Main, das eine 90%ige Selbstversorgung mit Strom und 100%ige Selbstversorgung mit Wärme aus erneuerbaren Energien aus der Stadt, der Region und dem Bundesland Hessen ermög- licht. Das Energiesystem bietet eine Versorgungssicherheit zu jeder Stunde im Jahr.