CO2-freie Gemeinwesen schaffen: Erneuerbare Energien und mehr

Wie städtische Gemeinschaften die Dekarbonisierung vorantreiben und die Energiewende umsetzen können.

Städte beherbergen einen ständig wachsenden Teil der Menschheit und verbrauchen drei Viertel der Primärenergie. Daher müssen städtische Gemeinschaften im Mittelpunkt globaler Dekarbonisierungsmaßnahmen stehen. Gauri Singh, stellvertretende Generaldirektorin der Internationalen Organisation für erneuerbare Energien (International Renewable Energy Agency, IRENA), spricht über die Ansatzpunkte, wie Städte ihre Emissionen senken können. Grid-Edge-Technologien spielen dabei eine wichtige Rolle.

 

Von Ward Pincus

Es ist klar, dass Städte, in denen so viele Menschen leben und arbeiten, eine Schlüsselrolle bei der Energiewende und dem Wechsel hin zu einer CO2-freien Zukunft spielen müssen. Es gibt auch gute Gründe, weshalb Städte eine emissionsarme Zukunft begrüßen sollten. Es ist fünfzehn Jahre her, seit die Menschheit den historischen Meilenstein erreichte, als erstmals geschätzt über 50 Prozent der Weltbevölkerung in Städten lebten. Bis 2050 werden es fast 70 Prozent sein. Dabei entfallen nach Angaben der Internationalen Organisation für erneuerbare Energien (IRENA) rund 75 Prozent des weltweiten Primärenergieverbrauchs und mehr als 70 Prozent der globalen energiebezogenen Treibhausgas-Emissionen (THG) auf Städte. 

 

Vor allem an den Küsten, wo enorme Massen von Stadtbewohnern leben, werden urbane Bevölkerungen die Auswirkungen des Klimawandels aufgrund des steigenden Meeresspiegels und der Folgen extremer Wetterereignisse übermäßig spüren. Maßnahmen, die zur Unterstützung der Dekarbonisierung getroffen werden, können die Resilienz von Ballungsräumen stärken sowie das Wirtschaftswachstum und die Schaffung von Arbeitsplätzen fördern. Mit Blick auf ihren unverhältnismäßig hohen Anteil an den THG-Emissionen ist den Städten auch klar, dass ihre Entscheidungen gewaltige Auswirkungen haben können.

Was ist das Grid Edge?

Das Grid Edge ist die Schnittstelle der dezentralen Energieversorgung und -nachfrage mit dem Stromnetz. Zu den Lösungen und Technologien an dieser Schnittstelle gehören alle Bedarfsanlagen, dezentralen Erzeugungsanlagen und Dienste, damit diese Technologien funktionieren. Beispiele umfassen dezentrale Energieerzeugung über Solaranlagen, Gebäude und intelligente Gebäudesteuerungen, smarte Zähler, Elektrofahrzeuge, Batteriespeicher und weitere.

Den urbanen Fußabdruck reduzieren

Städte können sehr viel dazu beitragen, die Dekarbonisierung voranzutreiben. Zunächst einmal verursachen Gebäude und Anlagen jährlich 36 Prozent des globalen Energieverbrauchs und 39 Prozent der energiebezogenen CO2-Emissionen. Heiz- und Kühlanlagen tragen wesentlich zu Gebäudeemissionen bei, daher ist ihre Elektrifizierung entscheidend.

 

Die Umstellung von Öfen mit fossilen Brennstoffen auf elektrische Wärmepumpen „kann die Energieeffizienz in den meisten Fällen um mindestens das Dreifache erhöhen,“ meint Gauri Singh, stellvertretende Generaldirektorin von IRENA, und sie fügt hinzu, dass Fernwärme- und Fernkühlungsanlagen die Effizienz dieser Dienste erheblich verbessern können. Außerdem können Gebäude mit Solaranlagen, solarthermischen Warmwasserbereitern und Elektrobatterien vor Ort bestückt werden.

Städte spielen bei der Energiewende eine Vorreiterrolle, deren Bedeutung weiterhin zunehmen wird.
Gauri Singh, stellvertretende Generaldirektorin der Internationalen Organisation für erneuerbare Energien (IRENA)

Werden diese Anlagen in einem Gebäude oder auf einem Gelände oder in einem Stadtteil mit einem smarten Gebäude-Energiemanagementsystem (BEMS) verbunden, kann der Energiebedarf erheblich gesenkt werden. Anhand von Sensordaten aus Gebäuden und Wetterprognosen kann ein BEMS den Energiebedarf und die Energieerzeugung vorhersagen. So ist es möglich festzulegen, wie viel der vor Ort erzeugten Energie für eine spätere Nutzung gespeichert oder ins Netz eingespeist werden sollte. Ein solches System wird in einem fünf Gebäude umfassenden Areal im Stadtteil Aspern Seestadt in Wien erprobt. Es verbindet BEMS, gemeinsame Elektrobatteriespeicher, Warmwasserspeicher, Photovoltaikanlagen (PV) und Wärmepumpen, um den Energieverbrauch des gesamten Systems so gering wie möglich zu halten.

Erneuerbare Energie in den Städten

Photovoltaik ist die Technologie, die in Städten am ehesten eingesetzt wird, meint Singh. Die Module können auf Bauwerken wie Häusern, Wohn- und Bürogebäuden, Regierungsgebäuden, Fabriken, Krankenhäusern und Parkhäusern montiert werden. Mit Net-Metering sollen Privatpersonen motiviert werden, diese Systeme zu installieren, indem Hausbesitzern oder anderen privaten Betreibern der von ihnen ins Netz eingespeiste Strom gutgeschrieben wird.

 

Eine umfassende Einführung von PV-Dachanlagen oder Elektrofahrzeugen erfordert einige Basistechnologien. Am wichtigsten ist ein intelligentes Netz (Smart Grid), das die ungleichmäßige Einspeisung erneuerbarer Energien und die zunehmend dezentrale Stromerzeugung bewältigen sowie die zusätzliche Nachfrage abdecken kann, die sich aus der Elektrifizierung ergibt. Damit ein intelligentes Netz damit zurechtkommt, können Stadtteile für hohe Nachfrageflexibilität ausgelegt werden, sagt Singh. Dazu können intelligente Geräte und BEMS gehören, die auf steigende Stromtarife oder andere Netzsignale reagieren, indem sie auf Batteriestrom vor Ort umschalten oder den Verbrauch senken.

 

In Kopenhagen wurde im Rahmen des Forschungsprojekts EnergyLab Nordhavn ein Smart Grid entwickelt, das Elektrizität, Wärme und Transport vernetzt. In diesem Projekt wird untersucht, wie die Nachfrage flexibler gestaltet werden kann, um dem hohen Anteil der Windenergie am Netz gerecht zu werden. Dazu werden Batterien, Elektrofahrzeuge zur Energiespeicherung, intelligente Heizungen in Wohnungen, Wärmepumpen und Wärmespeicher eingesetzt, um eine Lastverschiebung aus dem Fernwärmenetz und eine Senkung der im System erforderlichen Temperaturen zu ermöglichen.

Mobilität wird elektrisch

„Elektrifizierung ist im Transportsektor unverzichtbar“, meint Singh, zumal über 95 Prozent der in diesem Sektor verbrauchten Energie aus fossilen Brennstoffen kommen. Das heißt Einsatz und Förderung von elektrischen Autos, Trucks, Bussen und Bahn. Intelligente Ladenetzwerke können diese Umstellung unterstützen, indem das Laden von Fahrzeugen vereinfacht wird. 

Elektrifizierung ist im Transportsektor unverzichtbar.
Gauri Singh, stellvertretende Generaldirektorin der Internationalen Organisation für erneuerbare Energien (IRENA)

Londons Stadtbezirk Westminster beispielsweise verfügt bereits über 1.000 Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Allein in der Sutherland Avenue wurden 24 Anschlüsse unauffällig als schwarze Steckdosen in die vorhandenen Straßenlaternen eingebaut. Mit dem mobilen Metering aus der Ferne kann das System lückenlos die gesamte Abrechnung erledigen. London verfügt über insgesamt 5.900 Ladestationen, davon gehören über 3.000 Ubitricity. Damit liegt die britische Hauptstadt bezüglich der Dichte europaweit an der Spitze, weit vor Amsterdam, Paris und Berlin, und untermauert ihr Engagement für die Elektrifizierung des Verkehrs. 

Sektorenkopplung

Durch die Verbindung des Stromsektors mit dem Transportwesen und anderen Sektoren werden Flexibilität und Effizienz verbessert. Im Kreis Düren in Deutschland wird eine PV- und Elektrolyse-Anlage gebaut, um sauberen Wasserstoff zu erzeugen. Die Anlage soll mit dem lokalen Netz zusammenwirken und für die Busse und Züge im Gebiet, die mit Wasserstoff betrieben werden, genügend Wasserstoff erzeugen. Bei steigendem Transportbedarf kann die Anlage ausgebaut werden.

 

Mittels Sektorenkopplung können auch Abfallmanagement und Transport verknüpft werden, wie Singh anmerkt, wobei Biomethan aus Deponien und Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen kosteneffiziente Quellen für kostengünstige Kraftstoffe darstellen, „während gleichzeitig verhindert wird, dass Methan in die Atmosphäre gelangt.“

Gute Politik ist ausschlaggebend

Laut Singh sind technische Fortschritte ein Teil der Lösung, doch Politiker und Aufsichtsbehörden müssten auch langfristige Investitionen in kohlenstoffarme oder kohlenstofffreie Systeme fördern: „Ohne langfristige politische Signale verlieren Investoren, Entwickler und Verbraucher möglicherweise das Vertrauen und die Bereitschaft, sich an notwendigen Maßnahmen zu beteiligen.“ Sie fügt hinzu, dass diese Wirtschaftspolitik alle Interessengruppen berücksichtigen muss, „damit ein nachhaltiges Regieren, eine auf die lokalen Gemeinschaften zugeschnittene und gerechte und umfassende Übergangsphase, die alle mitnimmt, sichergestellt sind.“

Ohne langfristige politische Signale verlieren Investoren, Entwickler und Verbraucher möglicherweise das Vertrauen.
Gauri Singh, stellvertretende Generaldirektorin der Internationalen Organisation für erneuerbare Energien (IRENA)

Städte können vor Ort mit Nachhaltigkeitszielen beginnen, sagt Singh und fügt hinzu, dass Stadtregierungen kommunale Bauvorschriften erlassen können, die hocheffiziente Neubauten und die Sanierung von vorhandenen Gebäuden fordern. Kommunalverwaltungen können Vorschriften erlassen oder Anreize bieten, um Solaranlagen auf Dächern zum Heizen und Kühlen zu fördern, Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor zu verbieten und eine Ladeinfrastruktur auszubauen, um die Einführung von Elektrofahrzeugen zu fördern. Die Elektrifizierung der öffentlichen Verkehrsmittel ist eine Möglichkeit für Städte für eine kohlenstoffarme Zukunft. Ballungszentren wie Leipzig setzen Ladeinfrastruktur ein, um Busrouten mit Strom zu versorgen.

 

Angesichts der vielen Möglichkeiten für die Dekarbonisierung in den Städten und des anhaltenden Wachstums der Stadtbevölkerung wiederholt Singh: „Städte spielen bei der Energiewende eine Vorreiterrolle, deren Bedeutung weiterhin zunehmen wird.“

15. Juni 2021

 

Autor: Ward Pincus ist ein freiberuflicher Wirtschafts- und Technologie-Journalist. Er lebt und arbeitet in Dubai, VAE. 

Bilder: Siemens, Getty Images

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