Ziel: Räumliche Analyse des Klimawandels und dessen Auswirkungen auf ein regionales Energiesystem

CLEOS

Klimasensitivität regionaler Energiesysteme – Ein räumlicher Optimierungsansatz

Durchgeführt von

Überblick

Projekt Partner: Research Studios Austria Wegener Center

Ziel: Räumliche Analyse des Klimawandels und dessen Auswirkungen auf ein regionales Energiesystem

4 Hauptabschnitte:

 Downscaling und Fehlerkorrektur Regionaler Klimamodelle

 Energiebedarf (Wärme, Kühlen)

 Potentiale Erneuerbarer Energien

 Energiesystemoptimierung (Wärme & Strom)

Methodik

Modellregionen

Tamsweg Wels-Land Feldbach

Klima Alpin Mitteleuropäisch Illyrisch

Landnutzung Wald, Grünland Acker Kleinräumige Parzellen

Einwohner 21.283 63.004 67.200

Haushalte   

Verfeinerung (10 km) mit dynamischen Modellen auf regionale Klimaszenarien (RCM)

Regionalisierte Klimaszenarien

Vergleich mit Zeitperiode 1981-2010, basierend auf Modell ETHZ-CLM (Emissionsszenario A1B). Winter entspricht Dezember, Januar, Februar. Sommer entspricht Juni, Juli, August.

Vergleich mit Zeitperiode 1981-2010, basierend auf Modell ETHZ-CLM (Emissionsszenario A1B).

Winter entspricht Dezember, Januar, Februar. Sommer entspricht Juni, Juli, August.

Globales Klimamodell (Auflösung: ~100 km) Weitere Verfeinerung (1 km) durch

Messdaten und statistische Methoden

Downscaling Downscaling

Regionale Klimaszenarien bis zum Jahr 2050 mit räumlicher Auflösung von 1 km x 1 km

Regionalisierte Klimaszenarien

Vergleich zwischen Klimamodellen und Regionen

Entwicklung des Wärmebedarfs

 Rasterbasierte Berechnung des Wärmebedarfs

 Dadurch Kenntnis über räumliche Verteilung  Wärmebedarfsdichten

 Anschließende Klimakorrektur des Heizwärmebedarfs

Entwicklung des Wärmebedarfs

Vergleich mit Zeitperiode 1981-2010, basierend auf Modell ETHZ-CLM (Emissionsszenario A1B). Heizwärmebedarf bezeichnet Wärmebedarf für Raumheizung.

Mildere Temperaturen in der Heizperiode führen zu einem sinkenden Heizwärmebedarf.

Entwicklung des Wärmebedarfs

Mildere Temperaturen in der Heizperiode führen zu einem sinkenden Heizwärmebedarf und damit Wärmebedarf.

Kühlgradtage berechnet mit Kühlgrenztemperatur von 18,3°C in den Monaten Mai bis August, basierend auf Tageswerten aus dem Modell SMHI-RCA-HadCM3Q3 (Emissionsszenario A1B).

Entwicklung des Kühlbedarfs

Stark ansteigender Kühlbedarf in Gebäuden erwartet.

Kühlgradtage als geeignetes Maß für spezifischen Bedarf an Raumkühlung.

Ergebnisse zu Kühlgradtagen :

 starke interregionale Unterschiede

 jedoch auch hohe intraregionale Unterschiede

 verdeutlichen v.a. in Feldbach hohen Kühlbedarf

Entwicklung des Kühlbedarfs

Ergebnisse zu Kühlgradtagen :

 starke interregionale Unterschiede

 jedoch auch hohe intraregionale Unterschiede

 verdeutlichen v.a. in Feldbach hohen Kühlbedarf

Entwicklung des Kühlbedarfs

Weitere Einflussfaktoren auf den Strombedarf für Kühlung sind:

 flächenspezifischer Kühlbedarf in Abhängigkeit der Kühlgradtage

 Anteil der gekühlten Gebäude

 Anteil der gekühlten Flächen in Gebäuden

 Effizienz der Kühlgeräte (Klimaanlagen)

Strombedarf für Kühlung berechnet unter Annahmen zum spezifischen Kühlbedarf, dem Anteil gekühlter Flächen, Effizienzen der Kühlanlagen und technologischem Effizienzfortschritt. Kühlgradtage berechnet basierend auf Tageswerten aus dem Modell SMHI-RCA-HadCM3Q3 (Emissionsszenario A1B).

Ergebnisse zum Kühlbedarf

Strombedarf für Kühlen steigt teils stark an.

Ergebnisse sind primär abhängig von:

 Region und den dort auftretenden Kühlgradtagen

 Durchdringung der Gebäude mit Klimaanlagen (Annahmen)

Szenarien auf regionaler Ebene mit ORES

Ergebnisse aus Szenario unter Berücksichtigung von Sanierung und Klimawandel, Region Feldbach. Klimamodell SMHI-RCA-HadCM3Q3 (Emissionsszenario A1B).

Optimierungen des Energiesystems unter Berücksichtigung von Nutzungskonkurrenzen

Ergebnisse zur Wärmeerzeugung

 stark abhängig von regionalen Gegebenheiten

 sinkende Erzeugung

 nur relativ geringe Effekte des Klimawandels auf Wärmemix

Ergebnisse zur Stromdeckung

 Anstieg des Bedarfs durch Kühlung

 Starke Spitzenlasten im Sommer

 Hohe PV-Nutzung

 Regionen als Netto-Exporteur

Szenarien auf regionaler Ebene mit ORES

Optimierungen des Energiesystems unter Berücksichtigung von Nutzungskonkurrenzen

Ergebnisse zur Wärmeerzeugung

 stark abhängig von regionalen Gegebenheiten

 sinkende Erzeugung

 nur relativ geringe Effekte des Klimawandels auf Wärmemix

Sonstige Ergebnisse:

Ergebnisse zur Stromdeckung

 Anstieg des Bedarfs durch Kühlung

 Starke Spitzenlasten im Sommer

 Hohe PV-Nutzung

 Regionen als Netto-Exporteur

Räumliche Optimierungen mit RESRO

Strombilanz in 2-stündiger Auflösung Beispiel Feldbach 2021-2030 Ausschnitt aus räumlich disaggregierter Wärmeerzeugung

inkl. Fernwärmeflüssen im 250 m Raster, Beispiel Feldbach 2021-2030

Gezeigte Ergebnisse aus Szenario mit Sanierung und Klimawandel, Zeitperiode 2021-2030, Region Feldbach. Klimamodell SMHI-RCA-HadCM3Q3 (Emissionsszenario A1B).

Öl Scheitholz Pellets Wärmepumpe

Gas Hackschnitzel Fernwärme Solarthermie

Snap-Shot Optimierungen des Energiesystems

Wärmebereich: hohe räumliche Auflösung (250m Raster)

• Modellendogener Nahwärmeausbau

• Räumliche Verfügbarkeit Erneuerbarer

Strombereich: hohe zeitliche Auflösung (2 Stunden)

• Verdeutlichung der Spitzenlastdeckung

• Stromimport / -export

Kopplung

Räumliche Optimierungen mit RESRO

Snap-Shot Optimierungen des Energiesystems

Beobachtung bei Biomasse bzw. Nahwärme:

• Optimale Biomasse-Allokation (Kleinanlagen/ HW/ KWK) abhängig von verfügbarem Potential und Wärmebedarf

Teils interessanter Effekt bei Nahwärme erkennbar:

• Bedarfsdeckung (Nutzenergie) bleibt relativ konstant

• Nahwärmeeinspeisung ins Netz nimmt zu

 Leitungsverluste   Netzausdehnung 

Zusammenfassung

 Rückgang des Wärmebedarfs durch Klimawandel ist nicht zu vernachlässigen.

Dennoch haben andere Aspekte größere Auswirkungen auf die zukünftige Wärmeversorgung.

Weitere Tendenzen im Wärmebereich:

 Fossiler Anteil am Wärmemix sinkt. Alternativen: Biomasse, Wärmepumpe

 Wärmebedarfsdichte sinkt  Berücksichtigung bei Planung von Nahwärmenetzen

Sinkende Wirtschaftlichkeit, es folgt jedoch nicht zwingend ein Rückgang der Nahwärme.

 Solarpotentiale kaum beeinflusst durch Klimawandel (Globalstrahlung nahezu konstant)

 Umgebungswärme-Potentiale eher beeinflusst von Anzahl der Niedertemperatur-Gebäude

 Im Süden starker Anstieg des Strombedarfs durch Kühlung im Sommer zu erwarten

• Hohe Spitzenlasten untertags  Passive Kühlmaßnahmen zur Vermeidung

• PV Einsatz sehr geeignet für Kühllastdeckung (durch hohe zeitliche Übereinstimmung)

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „ACRP“ durchgeführt.

Kontakt

Dipl.-Ing. Stephan Hausl

Research Studios Austria Forschungsgesellschaft mbH Research Studio iSPACE

Schillerstraße 25, A-5020 Salzburg E-Mail:

markus.biberacher@researchstudio.at stephan.hausl@researchstudio.at Web: http://ispace.researchstudio.at

Durchgeführt von

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!