ODH-Projekt Bochum-Weitmar

Das Projekt läuft seit September 2019 über drei Jahre und hat das Ziel, Strom, Wärme und Mobilität auf Quartiersebene zu koppeln und so ökologisch und ökonomisch vorbildliche Lösungen zu entwickeln. Ein Beispiel dafür ist die Erzeugung von Strom durch eigene Photovoltaik-Anlagen. Dieser CO₂-neutral gewonnene Strom wird unter anderem zur Wärmeerzeugung in unserer neugebauten Energiezentrale der Zukunft verwendet, um die angeschlossenen Gebäude des Quartiers nachhaltig mit Wärme zu versorgen. Darüber hinaus planen wir den Einsatz von E-Autos beim Aufbau eines Carsharingangebots. Mit dem lokal erzeugten Strom können darüber hinaus durch bereitgestellte Ladeinfrastruktur die E-Autos unsere Mieterinnen und Mieter sowie die E-Autos, die wir im Rahmen des E-Carsharings anbieten, geladen werden.

Darüber hinaus planen wir noch weitere Services, wie zum Beispiel neue Mieterstrommodelle und neuartige Konzepte für eine Quartiers-App. Außerdem arbeiten wir an der Entwicklung einer selbstlernenden Software, mit der Energie im Quartier intelligent gesteuert werden kann. Zudem entwickeln wir eine Software für die integrale Quartiersplanung, die aus einer Vielzahl an möglichen technologischen Geräten die optimalen Techniken für das Quartier zur Verfügung stellt. Damit alle unsere Quartiere von den Erkenntnissen des Forschungsprojektes ODH@Bochum-Weitmar profitieren können, ist für jeden der genannten Bausteine ein Know-how Transfer von den Forschungspartnern an die Vonovia geplant.

Durchgeführt wird das Projekt unter dem Dach des Open District Hub e.V. Der ODH ist ein gemeinnütziger Verein, der sich für das Gelingen der Energiewende und die Entwicklung lebenswerter, klimaneutraler Städte und Regionen engagiert. Mit mehr als 40 Mitgliedsorganisationen aus Forschung und Wirtschaft sucht der Verein nach innovativen Lösungen zur Sektorenkopplung im Quartier. Vonovia gehört zu den Gründungsmitgliedern des ODH.

Das Projekt

Open District Hub - Für die Zukunft der Energiewende

Open District Hub e.V.

Als Ideengeber und Mitinitiator des Projekts ODH@Bochum-Weitmar freut sich der Open District Hub e.V. über die Fortschritte und neuen Erkenntnisse und setzt sich gemeinsam mit seinen Mitgliedern dafür ein, weitere Projekte im Rahmen der nachhaltigen Quartiersversorgung anzuschieben.

Energiezentrale der Zukunft in Bochum Weitmar.

Energiezentrale der Zukunft (EZZ)

Parallel zum ODH-Forschungsprojekt wird in Bochum-Weitmar derzeit die „Energiezentrale der Zukunft“ (EZZ) durch die Vonovia in Betrieb genommen. Die EZZ soll bei Inbetriebnahme Energie für 81 Wohneinheiten liefern und die Untersuchung und Erforschung innovativer Technologien zur nachhaltigen Energieversorgung von Quartieren ermöglichen. Zu den innovativen Technologien gehört unter anderem ein Elektrolyseur, mit dem aus Strom Wasserstoff produziert wird.

Außerdem kommt in der EZZ eine Brennstoffzelle, mit der wiederum Wasserstoff in Strom und Wärme umgewandelt werden kann, sowie Wärmepumpen zum Einsatz. Der Einsatz von Wärmepumpen ermöglicht die anliegenden Wohngebäude zu mindestens 60 Prozent mit dezentral erzeugter CO₂-neutraler Wärme zu versorgen. Durch die auf vielen Hausdächern installierten Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) werden weitere 25 Prozent des Strombedarfs der Haushalte lokal vor Ort erzeugt.

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Mobilität

Zur E-Mobilität gehören alle Verkehrsmittel, die mit elektrischer Energie betrieben werden. Dies können neben E-Autos und E-Bikes auch Straßenbahnen sein. Generell gilt: Elektrofahrzeuge sind in der Gesamtbilanz klima- und umweltfreundlicher als herkömmliche Fahrzeuge. Deswegen ist E-Mobilität auch so wichtig! Wenn der Strommix dann noch aus 100 % erneuerbaren Energiequellen stammt, ist ein klimaneutraler Betrieb möglich.
Gleiches gilt für E-Autos. Sie sind im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen mit einem klassischen Verbrennungsmotor klimafreundlicher. So verursacht zum Bespiel ein neu zugelassenes E-Auto über seinen gesamten Lebenszyklus ca. 23 % weniger CO₂-Emissionen als ein modernes mit Diesel- und sogar 30 % weniger als ein mit Benzin betriebenes Fahrzeug. Der höhere Ressourcenaufwand bei der Herstellung der E-Autos ist dabei bereits berücksichtigt.

In der Regel haben E-Autos – abhängig vom Modell und von der Batteriegröße – eine Reichweite von 150 km bis 500 km.² Die Reichweite ist zudem, wie auch bei anderen Antriebsarten, abhängig vom Fahrverhalten. Zur besseren Einordnung dieser Zahlen ein paar Informationen: In Deutschland lag 2017 die durchschnittlich zurückgelegte Wegstrecke bei 12 Kilometern und die zurückgelegte Tagesstrecke bei 39 Kilometern pro Person. Personen, welche täglich mindestens einmal das Haus verlassen, kommen mit 3,7 Wegen pro Tag auf eine durchschnittliche Tagesstrecke von 46 Kilometern.³

Ladeinfrastruktur

Im Quartier Bochum-Weitmar sind zwei Ladesäulen mit insgesamt vier Ladepunkten für die öffentliche Nutzung installiert. Darüber hinaus soll eine separate Ladesäule für das angebotene E-Carsharing realisiert werden.

E-Carsharing

Beim E-Carsharing können Sie ein E-Auto gegen eine Gebühr für einen bestimmten Zeitraum mieten und nutzen. Ein Vorteil von Carsharing ist, dass insgesamt weniger Fahrzeuge und somit weniger Parkplätze benötigt werden. Zusätzlich können in vielen Fällen Kosten eingespart werden, da z.B. Wartungskosten auf alle Nutzer umgelegt werden. Zudem muss sich ein Nutzer nicht selbst um die Wartung und Reparatur kümmern. Und weil die Fahrzeuge im Quartier mit Strom aus erneuerbaren Energien geladen werden können, fallen zusätzlich weniger Emissionen an.

Sinnvoll ist E-Carsharing vor allem für Personen, die kein eigenes Fahrzeug besitzen, nur selten ein Auto benötigen oder ein Auto vor allem für Kurzstrecken nutzen möchten. Als Konkurrenz zum öffentlichen Nahverkehr ist E-Carsharing nicht gedacht. Es soll lediglich den ÖPNV ergänzen und zusätzliche Flexibilität bieten.

Wir von Vonovia planen derzeit im ersten Schritt ein bis zwei E-Carsharing Autos fest im Quartier anzubieten.

Gesteuertes Laden

Im Rahmen des Projektes ODH@Bochum-Weitmar soll zudem gesteuertes Laden verprobt werden. Gesteuertes Laden, also das zielgerichtete Steuern von Ladevorgängen von E-Autos, hat zwei große Vorteile: Zum einen kann der Anteil an lokal erzeugter erneuerbarer Energie – zum Beispiel durch PV-Anlagen auf dem Dach –maximiert werden. Zum anderen bietet es die Möglichkeit netzdienlich zu laden, um so zum Beispiel eine Überlastung des Stromnetzes zu vermeiden, wenn viele E-Autos gleichzeitig geladen werden sollen.⁴

Mieterstrom

Mieterstrom ist ein Stromtarif, bei dem hauptsächlich klimafreundlicher, günstiger und lokaler Solarstrom zum Einsatz kommt. Erzeugt wird dieser über PV-Anlagen auf dem Dach des eigenen Wohnhauses. Der erzeugte Solarstrom wird direkt an die Mieterinnen und Mieter verkauft.⁵
Wird mehr Strom durch die PV-Anlage erzeugt als genutzt, wird der überschüssige Strom entweder ins öffentliche Netz eingespeist, durch den Elektrolyseur in Wasserstoff umgewandelt oder direkt zur Wärmeproduktion genutzt.⁶ Wenn die PV-Anlage auf dem Dach gerade nicht genug Strom liefert, ist das kein Problem, denn dann kann der Strom über die Verstromung des Wasserstoffs in der Brennstoffzelle und/oder über das elektrische Versorgungsnetz geliefert werden.⁷

ODH-Komponenten in Bochum-Weitmar

Im Projekt ODH@Bochum-Weitmar wird ein sogenanntes integrales Quartierplanungssystem, kurz IQPS, entwickelt. Dabei werden Konzepte der Gebäudesanierung und lokale Systeme der Energieversorgung ganzheitlich betrachtet. Ziel des Planungssystems ist es, Gebäude und Quartiere technisch so auszustatten, dass die Wohneinheiten vorrangig sowohl mit grünem Strom als auch mit grüner Wärme versorgt werden. Dabei wird unter Berücksichtigung innovativer Technologien ein Werkzeug zur Quartiersplanung entwickelt und am Praxisstandort Bochum-Weitmar erprobt.

Ein weiterer Aspekt des Projektes stellt das selbstlernende Energiemanagementsystem (SEMS) dar. Damit können Energieströme systematisch erfasst, analysiert und optimal gesteuert werden, wodurch die Energieeffizienz verbessert und die Nutzung lokal bereitgestellter erneuerbarer Energie erhöht werden kann. Kernelemente sind hierbei die Umsetzung und Untersuchung von Ansätzen zur selbstlernenden Vorhersage von Energieverbräuchen und der Energiebereitstellung aus erneuerbaren Quellen sowie der Energieeinsatzoptimierung. Weitere Merkmale sind die Prozessautomatisierung und die Gestaltung von Schnittstellen für eine nahtlose Einbindung in die unternehmensweite IT-Landschaft. Im Quartier Bochum-Weitmar kommen zudem Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen zum Einsatz.

Darüber hinaus wird eine digitale Marktplattform entwickelt. Ähnlich zu einem Wochenmarkt handelt es sich bei der digitalen Marktplattform um einen, in diesem Fall virtuellen Ort, an dem Anbieter und Nachfrager zusammengeführt und Produkte des Quartiers – z.B. Strom aus den PV-Anlagen der Hausdächer oder E-Carsharing – angeboten werden.

Technologien

Die Technologien, die im Forschungsprojekt ODH@Bochum-Weitmar genutzt werden, sind unter anderem Wasserstoffelektrolyse und Brennstoffzellen. Das Konzept zur Nutzung dieser beiden Technologien im Rahmen der Energiewende und sektorenübergreifenden Energieversorgung im Quartier ist hoch innovativ und trägt zur Flexibilisierung des Energiesystems und Reduzierung energiebedingter CO₂-Emissionen bei. Bei der Wasserstoffelektrolyse wird Wasser chemisch gespalten in Sauerstoff und Wasserstoff. Dies geschieht, indem elektrische Energie, die idealerweise aus regenerativen Quellen stammt, zugeführt wird. Der entstandene Wasserstoff kann anschließend als Energieträger genutzt werden, z.B. zur Wärmeversorgung mit einer Brennstoffzelle. Hier reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser. Dabei wird Wärme frei, und es entsteht ein Stromfluss.⁸^{, 9}

Außerdem kommen im Forschungsprojekt ODH@Bochum-Weitmar Wärmepumpen zum Einsatz. Diese verwandeln Umweltwärme – so herrschen nur einige Meter unter der Erde ganzjährig relativ konstante Temperaturen von über 0°C – in Wärme auf einem nutzbaren Temperaturniveau. Diese Wärme kann dann beispielsweise zur Warmwasser- und Raumwärmebereitstellung genutzt werden. Werden die Wärmepumpen dabei mit Ökostrom betrieben, ist die bereitgestellte Wärme CO₂-frei und damit klimaneutral.¹⁰

Deutschland setzt in der Energiewende verstärkt auf Strom aus erneuerbaren Quellen, hauptsächlich auf Photovoltaik und Windenergie. Bei diesen Quellen ist die erzeugte Strommenge jedoch stark von äußeren Faktoren, wie Windstärke, Bewölkung und Jahreszeit abhängig. Deshalb ist eine Speicherung von Energie nötig und sinnvoll. Im Kontext des Projekts und der aufgebauten EZZ werden deshalb Batteriespeicher (Lithiumionenbatterie) und eine Elektrolyse-Brennstoffzellenkombination installiert. Eine Lithiumionenbatterie ist ein Kurzzeitspeicher und gleicht vor allem kurzfristige Schwankungen während eines Tages aus. Die Elektrolyse-Brennstoffzellenkombination ist hingegen ein Langzeitspeicher und kann elektrische Energie über einen deutlich längeren Zeitraum speichern und so Perioden mit wenig Sonneneinstrahlung überbrücken.¹¹

PV-Anlagen

PV-Anlagen wandeln die solare Strahlung der Sonne direkt in elektrische Energie. Dabei kommen Solarzellen aus Halbleitermaterial zum Einsatz. Dank der Sonneneinstrahlung werden Elektronen, also die negativ geladenen Teilchen von Atomen separiert und in Bewegung versetzt, wodurch Gleichstrom erzeugt wird. Dieser kann dann in Wechselstrom umgewandelt und genutzt werden.¹² Im Quartier Bochum-Weitmar sind insgesamt fast 2.700 Photovoltaik-Module auf den Dächern installiert. Dadurch kann eine Spitzenleistung von über 800 kW erzielt werden.

Hintergrundinformationen

Hier erhalten Sie weitere Infos & Links

02

2. Quartiere

Was ist ein Quartier?

Ein Quartier kann sowohl ein Stadtgebiet mit Wohn- und Gewerbegebäuden sein als auch ein Industrieareal. Dabei zeichnet sich ein Quartier durch seine lokale Kompaktheit und eine geringe Eigentümeranzahl aus.⁵

Warum sind Quartierslösungen wichtig für die Energiewende?

Quartiere bieten ein großes Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz von Wohngebäuden und zur Integration von erneuerbaren Energien. Sie eignen sich besonders gut für Systemlösungen. Diese Lösungen umfassen zum Beispiel neue zentrale Heizungsanlagen, grüne Geschäftsmodelle und Sektorenkopplung. Unter Sektorenkopplung wird die optimierte Vernetzung von Strom, Wärme und Mobilität verstanden, um auch so CO₂-Emissionen zu senken.⁶

⁵www.bbsr.bund.de/BBSR/DE/veroeffentlichungen/analysen-kompakt/2012/DL_8_2012.pdf?__blob=publicationFile&v=2

⁶https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/P-R/plattform-strommarkt-zusammenfassung.pdf?__blob=publicationFile&v=2

01

1. Klimawandel

Was ist der Klimawandel und welche Folgen hat er?

Seit Beginn der Industrialisierung gibt es einen weltweiten Anstieg der durchschnittlichen Temperatur. Vor allem der vermehrte, menschengemachte Ausstoß von Kohlendioxid (CO₂) trägt entscheidend zum Klimawandel bei.¹ Extreme Wetterphänomene, wie zum Beispiel Wirbelstürme und Dürreperioden und der Anstieg des Meeresspiegels aufgrund von Eis- und Schneeschmelzen, sind Folgen davon.²

Ist der Klimawandel noch aufzuhalten?

Wir können den Klimawandel nicht vollständig verhindern. Dennoch können Risiken von unumkehrbaren Effekten durch umfangreiche Maßnahmen-Pakete, wie der deutschen Energiewende, verringert werden.³

Was ist die Energiewende?

Die Energiewende beinhaltet viele Aspekte. Dazu gehört zum Beispiel, fossile Energien durch regenerative Energien zu ersetzen. Geplant ist, die Energieeffizienz zu steigern und nachhaltige Mobilitätskonzepte zu entwickeln. Die Energiewende hat Einfluss auf die Strom- und Wärmeversorgung und damit auf verschiedene Lebensbereiche wie Haushalt, Mobilität und Industrie. Ziel ist es, bis 2030 durch eine Vielzahl von Maßnahmen 55% weniger Treibhausgasemissionen gegenüber 1990 zu erreichen.⁴

¹www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimawandel; https://www.planet-wissen.de/natur/klima/klimawandel

²www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimawandel/haeufige-fragen-klimawandel#4-wird-das-klima-extremer-sind-die-sich-haufenden-uberschwemmungen-ein-indiz-dafur; https://www.planet-wissen.de/natur/klima/klimawandel

³www.eskp.de/grundlagen/klimawandel/zusammenhang-zwischen-treibhausgas-und-zwei-grad-ziel-935668/

https://www.bundestag.de/resource/blob/531604/.../das-deutlich-unter-zwei-grad-ziel-data.pdf

⁴https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Dossier/energiewende.html

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1. Klimawandel

Was ist der Klimawandel und welche Folgen hat er?

Seit Beginn der Industrialisierung gibt es einen weltweiten Anstieg der durchschnittlichen Temperatur. Vor allem der vermehrte, menschengemachte Ausstoß von Kohlendioxid (CO₂) trägt entscheidend zum Klimawandel bei.¹ Extreme Wetterphänomene, wie zum Beispiel Wirbelstürme und Dürreperioden und der Anstieg des Meeresspiegels aufgrund von Eis- und Schneeschmelzen, sind Folgen davon.²

Ist der Klimawandel noch aufzuhalten?

Wir können den Klimawandel nicht vollständig verhindern. Dennoch können Risiken von unumkehrbaren Effekten durch umfangreiche Maßnahmen-Pakete, wie der deutschen Energiewende, verringert werden.³

Was ist die Energiewende?

Die Energiewende beinhaltet viele Aspekte. Dazu gehört zum Beispiel, fossile Energien durch regenerative Energien zu ersetzen. Geplant ist, die Energieeffizienz zu steigern und nachhaltige Mobilitätskonzepte zu entwickeln. Die Energiewende hat Einfluss auf die Strom- und Wärmeversorgung und damit auf verschiedene Lebensbereiche wie Haushalt, Mobilität und Industrie. Ziel ist es, bis 2030 durch eine Vielzahl von Maßnahmen 55% weniger Treibhausgasemissionen gegenüber 1990 zu erreichen.⁴

¹www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimawandel; https://www.planet-wissen.de/natur/klima/klimawandel

²www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimawandel/haeufige-fragen-klimawandel#4-wird-das-klima-extremer-sind-die-sich-haufenden-uberschwemmungen-ein-indiz-dafur; https://www.planet-wissen.de/natur/klima/klimawandel

³www.eskp.de/grundlagen/klimawandel/zusammenhang-zwischen-treibhausgas-und-zwei-grad-ziel-935668/

https://www.bundestag.de/resource/blob/531604/.../das-deutlich-unter-zwei-grad-ziel-data.pdf

⁴https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Dossier/energiewende.html

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2. Quartiere

Was ist ein Quartier?

Ein Quartier kann sowohl ein Stadtgebiet mit Wohn- und Gewerbegebäuden sein als auch ein Industrieareal. Dabei zeichnet sich ein Quartier durch seine lokale Kompaktheit und eine geringe Eigentümeranzahl aus.⁵

Warum sind Quartierslösungen wichtig für die Energiewende?

Quartiere bieten ein großes Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz von Wohngebäuden und zur Integration von erneuerbaren Energien. Sie eignen sich besonders gut für Systemlösungen. Diese Lösungen umfassen zum Beispiel neue zentrale Heizungsanlagen, grüne Geschäftsmodelle und Sektorenkopplung. Unter Sektorenkopplung wird die optimierte Vernetzung von Strom, Wärme und Mobilität verstanden, um auch so CO₂-Emissionen zu senken.⁶

⁵www.bbsr.bund.de/BBSR/DE/veroeffentlichungen/analysen-kompakt/2012/DL_8_2012.pdf?__blob=publicationFile&v=2

⁶https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/P-R/plattform-strommarkt-zusammenfassung.pdf?__blob=publicationFile&v=2

Die Projektpartner

Ampeers Energy

AMPEERS ENERGY fokussiert die Entwicklung und den Betrieb intelligenter Software-Lösungen zum Management dezentraler Geschäftsmodelle für Strom, Wärme und Mobilität. Ziel ist dabei die möglichst wirtschaftliche und ökologische Einbindung erneuerbarer Energien, welche insbesondere durch eine Eigenverbrauchsmaximierung erreicht werden kann. Hierfür werden im Projekt gesteuerte Ladelösungen für Use Cases im Quartier (z.B. E-Carsharing) evaluiert. Zusätzlich wird untersucht, wie den Bewohner*innen z.B. durch Energiegemeinschaften lokal produzierter Solarstrom möglichst günstig bereitgestellt werden kann.

Website Ampeers Energy

Fraunhofer FIT

Die Aufgaben des Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT liegen im Projekt schwerpunktmäßig in der Ausarbeitung und Bewertung innovativer, IT-gestützter und nachhaltiger Geschäftsmodelle im Bereich der Elektromobilität (bspw. E-Carsharing) und des lokalen Handels (bspw. Mieterstrom) im Kontext cross-sektoraler Energiesysteme im Quartier. Ein besonderer Fokus beruht dabei auf der Analyse von Nutzerpräferenzen im Zusammenhang mit neuen digitalen Technologien und Services.

Website Fraunhofer FIT

Fraunhofer INA

Das Fraunhofer IOSB-INA ist Wegbereiter der industriellen Automation - die intelligente Vernetzung, die Analyse und Überwachung sowie die benutzergerechte Gestaltung technischer Systeme - sind unsere Kernkompetenzen. Die Fachthemen im Projekt umfassen die Entwicklung eines Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) – Ökosystems, die Integration der einzelnen Komponenten zu einem Gesamtsystem und die Umsetzung des Gesamtsystemkonzeptes inklusive aller relevanten Modelle, Prozesse und Schnittstellen.

Website Fraunhofer IOSB INA

Fraunhofer AST

Der Institutsteil Angewandte Systemtechnik (AST) des Fraunhofer IOSB befasst sich im Rahmen des Projektes mit den Fragen, wie Energiedaten zukünftig gezielt, standardisiert, sicher, präzise und automatisiert erhoben sowie genutzt werden können. Darüber hinaus werden Ansätze zur Umsetzung eines selbstlernenden Energiemanagements für eine cross-sektorale bzw. sektorenübergreifende (Strom-, Wärme-, Mobilitätssektor) Quartiersenergieversorgung, basierend auf lokalen erneuerbaren Energiequellen entwickelt. Hierbei werden selbstlernende Ansätze zur Prognose und Optimierung für Quartiersenergiesysteme entwickelt und untersucht.

Website Fraunhofer IOSB AST

Fraunhofer UMSICHT

Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT entwickelt und erforscht im Projekt eine integrale Quartiersplanung. Um gerade Bestandsquartiere wie in Bochum-Weitmar in Zukunft klimafreundlich zu gestalten, werden die Strom- und Wärmeversorgung, energetische Sanierung und E-Mobilität gemeinsam betrachtet. Durch Abbildung aller Komponenten als digitales Modell kann eine mathematische Optimierung aus der Vielzahl möglicher Varianten und Zukunftsszenarien das ökologisch und wirtschaftlich sinnvollste Quartierskonzept auswählen und für eine Umsetzung empfehlen.

Website Fraunhofer UMSICHT