Projekt 03393/01

Computergestützte Erfassung von Wärmeangebot, Wärmebedarf und Kältebedarf im Ballungsraum Leipzig

Projektdurchführung

Gerhard-Mercator-Universität Duisburg Institut für Umwelttechnologie und Umweltanalytik e. V
Bliersheimer Str. 60
47229 Duisburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Planungsinstruments mit sinnvollen Verknüpfungsregeln zur Bewertung von Daten des Wärmeangebots und des Wärmebedarfs. Dieses Instrumentarium soll in Form eines computergestützten Geographischen Informationssystems (GIS) geschaffen werden, bei dem eine Verknüpfung marktgängiger Computerprogramme erfolgen soll. Die erforderlichen Planungsdaten umfassen dabei den Bedarf an Niedertemperaturwärme, vorhandene industrielle Überschußwärmequellen, bestehende oder geplante Wärmeversorgungsstrukturen sowie die Emissions- bzw. Immissionssituation. Der Bedarf an Niedertemperaturwärme verteilt sich auf drei Nutzergruppen mit unterschiedlichem Verbraucherverhalten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenProjektinhalte sind demnach die Datenbeschaffung, die Einrichtung des Systems und die exemplarische Auswertung und Darstellung der Daten zur Verbesserung der Energieversorgung der Beispielregion Ballungsraum Leipzig. Die Aufgaben wurden in Kooperation zwischen dem Institut für Energetik gGmbH (IfE), Leipzig und dem Institut für Umwelttechnologie und Umweltanalytik e. V. (IUTA), Duisburg-Rheinhausen bearbeitet. Das Institut für Energetik gGmbH (IfE) ist dabei für die Datenbeschaffung und -aufbereitung verantwortlich. Das Institut für Umwelttechnologie und Umweltanalytik e. V. (IUTA), Duisburg übernimmt die Einrichtung des Computersystems und die Datenauswertung.


Ergebnisse und Diskussion

Das Planungsinstrument beruht auf der Anwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS). In ihm können die Sachinformationen eines Katasters mit den Angaben zum Wärme- und Kältebedarf sowie zum Wärmeangebot dargestellt und durch Einbeziehung der Fernwärmeleitungen zusammengeführt werden. Die Effizienz des Instrumentariums wurde an der Region Ballungsraum Leipzig demonstriert. Diese Gebiet wurde ausgewählt, da neben der leitungsgebundenen Energieversorgung mit Gas, Strom und Fernwärme auch die Energieträger Kohle und Heizöl einen nennenswerten Anteil an der Deckung des Wärmebedarfs haben. Weiterhin reicht das Spektrum der baulichen Siedlungs- und Nutzungstypen von ländlichen Strukturen bis zur Großstadtbebauung, von gewerblich genutzten Arealen bis zu Industriegebieten und Gebieten, in denen Siedlungs- und Industriegebiete in direkter Nachbarschaft liegen. Damit werden alle Varianten der Planung regionaler und kommunaler Energieversorgungskonzepte abgedeckt.
Angaben zum Kältebedarf, wie benötigte Kälteleistung und jährliche Kältearbeit, zu klimatisierende Fläche, Jahresnutzungsstunden und Typ der eingesetzten Kältemaschine, wurden mittels eines Fragebogens im industriellen und gewerblichen Sektor erhoben. Allerdings war die Rücklaufquote mit knapp 15 % gering, so daß die Einbindung der Kälteerzeugung in das Planungsinstrument nur exemplarisch demonstriert werden konnte.
Das Wärmeangebot bezieht sich auf die zur Zeit an die Umgebung abgegebene industrielle Überschußwärme. Das Angebot an Überschußwärme ist mit vom IfE per Fragebogen ermittelten Daten der Unternehmen bestimmt worden. Die Überschußwärmemengen wurden auf ein unteres nutzbares Temperaturniveau von 100° C bezogen. Die Lage der Emissionsquellen wird mit den aus den Emissionserklärungen bekannten Gauß-Krüger-Koordinaten beschrieben.
Zur Berechnung der durch die Wärmebereitstellung hervorgerufenen Emissionen der einzelnen Energieträger wurden Emissionsfaktoren bestimmt, um aus den eingesetzten Energiemengen je Energieträger die Emissionen an C02, SO2, CO, NOx und Staub zu berechnen. Prinzipiell kann man zwischen lokalen und globalen Emissionen unterscheiden, so daß eine Differenzierung der Brennstoffe hinsichtlich des Entstehungsortes der Emission möglich wäre. Da in dieser Untersuchung die unterste Betrachtungsebene die Siedlungsflächen sind, werden nur globale Emissionen ausgewiesen. Als globale Emissionen werden die Emissionen bezeichnet, die generell durch den Einsatz des Energieträgers verursacht werden. Die globalen Emissionsfaktoren sind für die Energieträger Kohle, Heizöl, Erdgas, Fernwärme und Nachtstrom größer als Null. Lokale Emissionen würden hingegen nur von den Energieträgern Kohle, Heizöl und Erdgas verursacht, da hier der Entstehungsort der Emissionen deckungsgleich mit dem Ort des Raumwärmebedarfs ist. Da dies bei Fernwärme und Nachtstrom nicht der Fall ist, weisen diese beiden Energieträger keine lokalen Emissionen auf.
Sämtliche Daten werden in einer Datenbank auf Basis des Programms dBase für Windows 5.0 verwaltet. Über eine Datenschnittstelle erfolgt die Einbindung in das GIS. Für das Projekt wird das Programm PCMap für Windows 8.0 eingesetzt.
Das GIS dient der raumbezogenen gemeinsamen Darstellung der Angaben zu Wärmebedarf, Wärmeangebot und Emissionen. Diese Daten werden dabei als Sachdaten bezeichnet. Diese können im GIS gemeinsam mit anderen raumbezogenen Datenarten dargestellt werden.
Als Ergebnis des Projekts wurden exemplarische Auswertungen des Datenbestandes auf Ebene des Ballungsraums Leipzig, der Kommunen und Stadtteile Leipzigs sowie auf Ebene der Siedlungsflächen am Beispiel Markkleeberg durchgeführt. So wurden der Ist-Zustand der Energieversorgung, die Gebäudestruktur sowie die globalen Emissionen für die Jahre 1994 und 2000 dargestellt. Anhand dieser Darstellungen konnten einige Kernaussagen bezüglich möglicher Umstrukturierungen der Energieversorgung gemacht werden, die zu erheblichen Emissionsminderungen führen könnten. So führt die Substitution von Kohle- und Ölheizungen durch Fernwärme fast vollständig zur Vermeidung von SO2-, CO- und Staub-Emissionen. Durch Einbindung industrieller Überschußwärme in die Fernwärmebereitstellung lassen sich auch die CO2-Emissionen erheblich senken. Der dominierende Wohnbebauungsbestand im unsanierten Zustand ist ein weiteres Handlungsfeld, in dem durch entsprechende nachträgliche Dämmung und Modernisierung der Heizungsanlage eine CO2-Emissionsminderung im Raumwärmemarkt von ca. 50 % erreicht werden könnte. Überschußwärmequellen, die in direkter Nachbarschaft zu vorhandenen Fernwärmeleitungen liegen, können durch die geographisch aufbereiteten Daten auf einen Blick identifiziert werden.
Exemplarisch wurden Vorschläge für eine zukünftige Energieversorgung gemacht. Im Süden des Untersuchungsgebiets, in dem ein hoher Anteil des Raumwärmebedarfs durch Heizöl und Kohle gedeckt wird, sind gleichzeitig mehrere ergiebige Überschußwärmequellen verfügbar, die durch Ausweitung des Fernwärmenetzes erschlossen werden könnten. Hier bietet es sich an, die Energieträger Heizöl und Kohle durch die Überschußwärme zu ersetzen. Die möglichen Emissionsminderungen wurden quantifiziert. Mit Hilfe des Planungsinstruments kann der Aufwand dieser Substitution (Anzahl der umzustellenden Wohneinheiten, Trassenführung von evtl. neuen Fernwärmeleitungen) abgeschätzt werden.


Fazit

Der Aufbau des dem IfE übergebenen GIS erlaubt im jetzigen Stadium eine differenzierte Betrachtung der ausgewählten Beispielregion. Dabei ist es jederzeit möglich, weitere Daten zur Beispielregion einzubinden, oder, nach Ermittlung der notwendigen Daten, auch andere Gebiete mittels des GIS zu betrach-ten und zu bewerten.