Im Februar war bereits die erste Bohrung in rund 340 Metern Tiefe erfolgreich verlaufen. Die beiden Bohrungen werden Teil einer energiesparenden Wärme- und Kälteversorgung der sogenannten 5. Generation für die Gewerbekunden am Standort. Die FUW GmbH, ein Tochterunternehmen der Stadtwerke, und die Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG haben gemeinsam die Nutzung von Grubenwasser am Standort MARK 51°7 erkundet und mit der Bohrfirma MND Drilling das Bohrkonzept umgesetzt.

„Wir freuen uns sehr über den erfolgreichen Abschluss der Geothermie Bohrungen. Auf MARK 51°7 wird die Wärmewende Realität! Auch im internationalen Vergleich schaffen wir hier eine sehr innovative und zukunftsweisende Energieversorgung“, erklärt Dietmar Spohn, Sprecher der Geschäftsführung der Stadtwerke Bochum. „Wir werden nun die Planung der Anlagentechnik für die Grubenwasserauskopplung am Bohrplatz sowie für die neue Energiezentrale Ost finalisieren. Dort soll im Grubenwasser enthaltene Wärme- und Kälteenergie mit Wärmepumpen auf das Temperaturniveau gebracht werden, das für die Versorgung der Kunden erforderlich ist.“

„Die Wärmewende anzupacken drängt heute mehr als jemals zuvor. Geothermie vereint alle Eigenschaften, die wir für einen zukunftssicheren Standort benötigen, denn sie ist nachhaltig, regional, wetterunabhängig und unabhängig von Rohstoffimporten wie Öl und Gas,“ unterstreicht Prof. Dr. Rolf Bracke, Leiter des Fraunhofer IEG mit Sitz in Bochum. „Wir freuen uns, zusammen mit den Stadtwerken auf MARK 51°7 diesen überregional bespielhaften Innovationsbeitrag leisten zu können und damit Geothermie, Wärmenetze, Untergrundspeicher und Großwärmepumpen in einem Vorzeigeprojekt für die kommunale Wärmewende in Deutschland zu vereinen.“

Für die Wärmeversorgung soll das rund 30 Grad Celsius warme Grubenwasser der ehemaligen Zeche Dannenbaum über Wärmepumpen auf ca. 45 Grad Celsius erwärmt und anschließend in das Netz abgegeben werden. Auch für die Kälteversorgung der entstehenden Immobilien wird das Grubenwasser genutzt. Dafür wird aus einer Tiefe von etwa 340 Metern ca. 18 Grad Celsius „kaltes“ Wasser gefördert…

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Weil aus den Analysen und den Roadmaps hervorgeht, wie dringend die Politik handeln muss, sollten die meisten Instrumente vor 2025 eingeführt und umgesetzt werden. Die Forscherinnen und Forscher haben die Analyse und die Roadmaps in der vom Umweltbundesamt beauftragten Studie „Systemische Herausforderung der Wärmewende“ vorgelegt.

Im Bereich der Raumwärme und der Warmwasserbereitung schlummert großes Potenzial zur Reduktion energiebedingter Treibhausgasemissionen, da diese etwa 30 Prozent des Endenergieverbrauchs ausmachen und heute überwiegend fossile Energieträger nutzen.

Um die Frage möglicher Pfade zur Erreichung der klimapolitischen Ziele zu untersuchen, analysierte das Projektteam 12 wissenschaftliche Studien. Dabei verglichen sie mögliche Entwicklungen des Endenergiebedarfs für Gebäudewärme, Strom, Umgebungswärme, Biomasse zur Gebäudeversorgung, Fernwärmeanteile sowie Sanierungsraten und resultierende Treibhausgasemissionen.

Die Rollen der Akteurinnen und Akteure auf dem Wärmemarkt wurden hinsichtlich ihres Einflusses bei Investitionsentscheidungen für Sanierungsprojekte analysiert. Welche Rolle die Wärmenetze in der Wärmewende spielen, hat das Forschungsteam in Bezug auf Ausgangslage, Hemmnisse, Potenziale und Transformationspfade im Detail betrachtet.

Zwei zentrale Lösungsansätze

Zwei zentrale Ansätze haben sich in der Szenarien-Analyse herauskristallisiert. Entweder, man maximiert Effizienzmaßnahmen, um den Endenergiebedarf so weit zu senken wie möglich. Doch sorgen bei diesem Ansatz unter anderem technische oder denkmalschutzbedingte Dämmrestriktionen dafür, dass sich der Endenergiebedarf nur um maximal 60 Prozent reduzieren lässt.

Die restlichen 40 Prozent müssen durch erneuerbare Energien bereitgestellt werden. Der zweite Ansatz setzt weniger aufs Dämmen, sondern vor allem auf den Ausbau der erneuerbaren Energien, um mit den ausgestoßenen Treibhausgas (THG)-Emissionen auf null zu kommen. Hierfür sind deutlich größere Mengen erneuerbarer Energien für die Wärmebereitstellung nötig.

Eins ist für beide Ansätze festzuhalten: Der Anteil der erneuerbaren Energien im Endenergieträgermix zur Wärmeversorgung steigt signifikant. Wesentliche Beiträge kommen aus der Nutzung von Umgebungswärme mit Wärmepumpen, grüner Fernwärme, Biomasse und Solarthermie.

Fünf Ziele für den Gebäudesektor

Im Fokus der Studie steht die Wärmebereitstellung für Heizung und Warmwasser in Wohn- und Nichtwohngebäuden, die bis 2050 nahezu klimaneutral sein sollen. Betrachtet werden zwei Zielbereiche: Einerseits die Senkung des nicht-erneuerbaren Primärenergiebedarfs um 80 Prozent gegenüber 2008 und andererseits die Reduktion der gesamten Treibhausgasemissionen um 95 Prozent gegenüber 1990.

Ambitionierter Ausbauplan für die erneuerbaren Energien

„Nahezu alle Szenarien sehen vor, dass die aktuelle energetische Sanierungsrate von derzeit einem Prozent dringend ansteigen muss“, sagt Dr. Peter Engelmann, Gruppenleiter Gebäudesystemtechnik am Fraunhofer ISE. Zudem leitete das Forschungsteam weitere vier Ziele ab: Die Entwicklung der Fernwärme-Infrastruktur muss Auswirkungen auf die Gas-Infrastruktur haben. Die Klima-Zwischenziele der THG-Emissionsminderung müssen eingehalten werden…

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Die Simulationen zeigen einen robusten Trend: Bei einer Gesamtanzahl von 4 Millionen Elektrofahrzeugen in Deutschland und einer lokalen Durchdringungsrate von 30 Prozent Elektrofahrzeugen am gesamten Bestand privater Pkw in einem Netzgebiet könnten die Verbraucherpreise im Vergleich zu einem System ohne Elektromobilität im Jahre 2030 um rund 3,5 Prozent sinken, so die Studie, die im Fachmagazin Energy Strategy Reviews erschienen ist.

»Die Verbreitung privater Elektrofahrzeuge führt einerseits zu einer steigenden Stromnachfrage, andererseits aber auch zu einer Änderung der Struktur der Stromnachfrage. Das hat Auswirkungen auf die Konzeption der Energiesysteme und auf die Endverbraucherpreise für Strom«, so Judith Stute, Leiterin der Studie im Rahmen des Projektes LamA seitens Fraunhofer IEG. Sie untersuchte den Einfluss der Elektromobilität auf die Belastungen in Stromverteilnetzen und auf spezifische Netzentgelte im Niederspannungsnetz. Netz effizienter wird genutzt und die »Miete« pro verbrauchter Stromeinheit sinkt.

Zu den sinkenden Haushaltsstrompreisen tragen zwei Aspekte bei: Einer ist das Lastmanagement. Das zeitlich gesteuerte Laden von Elektrofahrzeugen kann die Lastkurve glätten. Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen zu Hause fallen zeitlich oft mit einer hohen Haushaltslast zusammen. Hierdurch entstehen Lastspitzen, die durch ein Verschieben der Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen in die Nachtstunden verringert werden können. Hierdurch verringert sich der Bedarf für Netzausbau.

Durch die zusätzliche Stromnachfrage der Elektrofahrzeuge verbessert sich zusätzlich die Netzauslastung. Die Kombination dieser beiden Effekte kann dazu führen, dass die spezifischen Netzentgelte in der Niederspannung sinken. Das Netzentgelt ist Bestandteil des Strompreises und stellt eine Art Miete für die Nutzung des Stromnetzes dar. Durch die Glättung der Verbrauchskurve wird das Netz effizienter genutzt und die »Miete« pro verbrauchter Stromeinheit sinkt.

Der zweite Aspekt ist die Batteriekapazität von Elektroautos. Wird diese genutzt, um die volatile Energie aus erneuerbaren Quellen zu speichern und nutzbar zu machen, sinken auch die Treibhausgasemissionen des Gesamtenergiesystems. Zusätzlich sinken dadurch die Beschaffungskosten im Strommarkt.

Robuste These

Die Studie folgt der ganzheitlichen Betrachtung des Energiesystems und untersucht die Ebenen Nachfrage, Verteilung und Angebot von Energie. Der variable Parameter ist die Durchdringungsrate der Elektromobilität im Individualverkehr bis 2030. Die Untersuchungsebenen werden durch vier Energiesystemmodelle verbunden und anschließend quantifiziert…

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Dabei macht der Fortschritt bei kleinen und mittelgroßen Städten nicht Halt: Die digitale Transformation findet längst nicht nur in den Metropolen der Welt statt: Auch die Menschen in regionalen Zentren und ländlichen Regionen digitalisieren Bürgerdienste, navigieren ihre Autos mit intelligenten Apps durch Staus und rechnen die Parkgebühr mit dem Smartphone ab.

Eine der größten Herausforderungen unserer Zeit ist dabei nicht einmal sichtbar: Umgang mit Daten. Hier geht es um Management, Mehrwerte, Sicherheit und Souveränität – und in erster Linie auch um Know-how innerhalb der Stadtverwaltungen.

Unter Federführung der Fraunhofer-Standorte in Lemgo, Stuttgart und Berlin beginnt sich in der „Morgenstadt Initiative“ derzeit eine Allianz aus Städten zu formen, die der Herausforderung der urbanen Daten gemeinsam begegnen möchte.

Gemeinsamkeit im Puls der
Digitalisierung

Eine Stadt hat ihren eigenen Rhythmus – ein Pulsieren von Autos, Straßenbahnen und Bussen, Pendlern, Besuchern, Händlern und Gastronomen. Und alle Menschen und Prozesse haben eine Gemeinsamkeit im Puls der Digitalisierung: sie produzieren Daten. Ob E-Government, vernetzte Mobilität oder dezentrale Infrastruktur bei Versorgung oder Verkehr, die Datenflut im täglichen Leben einer Stadt nimmt immer mehr zu.

Ebenso wie die Fragen der Bürgerinnen und Bürger danach, wer über diese Daten verfügt und wie sicher diese sind. Auch Städteplaner und Entscheider in der Verwaltung kennen diese Herausforderungen bereits: „Die Entwicklung von Städten hin zu Smart Cities führt zu Datenvolumina ungeahnten Ausmaßes. Gleichzeitig eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten bei der Vernetzung, Auswertung und Verwertung dieser Datenbestände. Bürgerinnen und Bürger stellen zu Recht die Forderung nach klaren, transparenten Regeln und nach Sicherheit bei der Verfügung über ihre Daten.

Das Projekt Urban Data Partnership bietet den Projektpartnern die Möglichkeit im Verbund rechtzeitig Lösungen für die daraus entstehenden Herausforderungen zu finden“, erklärt Gregor Moss, Beigeordneter der Stadt Bielefeld für das Dezernat – Wirtschaft | Stadtentwicklung | Mobilität.

Strategien oder nützliche Richtlinien für sich selbst und andere

Hier gab das Fraunhofer-Innovationsnetzwerk „Morgenstadt“ den Impuls, den anstehenden Aufgaben und Herausforderungen als Städtegemeinschaft zu begegnen – um gemeinsames Wissen zu schaffen bzw. zu erwerben, Erfahrungen zu teilen und Strategien oder nützliche Richtlinien für sich selbst und andere Städte zu entwickeln.

Diese Partnerschaft, die das erste Mal im September auf der Smart City Solutions in Stuttgart vorgestellt wurde, trägt den Titel „Urban Data Partnership“.

Bedürfnisse und Bedenken der Bürgerinnen und Bürger

In der Wachstumsregion Ostwestfalen-Lippe nehmen die Städte Bielefeld, Detmold, Gütersloh, Lemgo, teil sowie Menden und Soest aus Südwestfalen und arbeiten hierbei gemeinsam mit weiteren Städten in Deutschland zusammen…

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Vor diesem Hintergrund entwickeln sechs Fraunhofer-Institute im Fraunhofer-Leitprojekt ElKaWe hocheffiziente elektrokalorische Wärmepumpen, die ohne schädliche Kältemittel auskommen.

Wärmepumpen auf Basis von Kompressoren werden zum Heizen und Kühlen verwendet. Die in den Systemen eingesetzten Kältemittel sind jedoch schädlich für Klima, Gesundheit oder Umwelt, in einigen Fällen zudem explosiv. Das die Ozonschicht schädigende FCKW wurde längst verboten, und auch der Einsatz von klimaschädlichen Fluorkohlenwasserstoffen (FKW) wird im Rahmen der europäischen F-Gase-Verordnung stark reglementiert.

Festkörperbasierte Wärmepumpen, zu denen elektrokalorische Systeme zählen, arbeiten mit unbedenklichen Fluiden wie zum Beispiel Wasser. Kalorische Systeme sind zudem geräuschlos, was beispielsweise für die Klimatisierung von Elektrofahrzeugen von Bedeutung ist. Bisherige Erkenntnisse geben zudem Grund zur Annahme, dass elektrokalorische Wärmepumpen der Kompressor- Technologie auch im Hinblick auf die Effizienz überlegen sein werden.

»Wir sehen die Chance, kompressorbasierte Wärmepumpen langfristig vollständig abzulösen«, sagt Prof. Karsten Buse, Institutsleiter am Fraunhofer IPM, der das Projekt leitet. »Nach den Erkenntnissen, die wir bisher auf dem Gebiet gewinnen konnten, kann die Elektrokalorik disruptives Potenzial für die Wärmeund Kältetechnik haben.«

Wärmepumpen: regenerativ erzeugten Strom für die Wärmeerzeugung nutzbar machen.

Laut Umweltbundesamt entfällt mehr als die Hälfte der deutschlandweit eingesetzten Gesamtenergie auf das Heizen und Kühlen. Wärmepumpen, die Umweltwärme für die Heizung und Warmwasserzubereitung in Gebäuden nutzen und mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben werden, sind daher ein wichtiger Baustein für die Wärmewende.

Sie sind das fehlende Bindeglied zwischen Strom- und Wärme-Erzeugung, die heute noch immer vorwiegend auf fossile Energieträger baut. Der Zuwachs an Wärmepumpen verläuft jedoch zögerlich. Grund ist die unzureichende Wirtschaftlichkeit.

Deutlich höheren Wirkungsgrad

Elektrokalorische Wärmepumpen versprechen einen deutlich höheren Wirkungsgrad, der die Verbreitung von Wärmepumpen für die Gebäudeklimatisierung befördern wird. In der Kältetechnik hat das Forschungsteam vor allem die industrielle Kühltechnik, Fahrzeugklimatisierung, Server- und Schaltschrankkühlungen und Laborkühlschränke im Blick.

Grundsätzlich eignet sich die Technologie auch für die Haushaltskühltechnik. Hier weichen die meisten Hersteller inzwischen auf natürliche Kältemittel wie Isobutan oder Propan aus. Letztere sind zwar nicht klimaschädlich, jedoch hochexplosiv, weshalb sie für sicherheitskritische Anwendungen – wie zum Beispiel in der Industrie oder im Automobil – nicht infrage kommen.

Innovationen bei Material und Wärmeübertrag

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werden am Material- und Systemaufbau arbeiten, um das disruptive Potenzial der Technologie zu demonstrieren. Das Fraunhofer IKTS verfügt über umfassende Erfahrung mit keramischen elektrokalorischen Materialien und Beschichtungen. Fraunhofer IAP und LBF bringen Know-how zur Entwicklung von Polymermaterialien ein, die für den Einsatz in elektrokalorischen Wärmepumpen weiterentwickelt werden…

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Der Beitrag Würzburger Schimmelpilz-Forum – 31. März und 1. April 2017. Prof. Dr.-Ing. Grün (Fraunhofer-Institut für Bauphysik IPB) stellt seine Studie „Schimmel und Atemwegserkrankungen: eine Meta-Studie“ vor erschien zuerst auf Wohnungswirtschaft-dev.

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Mit „WP Monitor“ bringt das Fraunhofer ISE nun das dritte Forschungsvorhaben auf den Weg, in dessen Mittelpunkt die Vermessung von Wärmepumpen unter realen Bedingungen steht. Ein wichtiges Ziel unserer Forschungsvorhaben ist die Gewinnung von Hinweisen für die Optimierung der gesamten Wärmepumpensysteme.

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