Im Vordergrund stehen Windräder und Photovoltaikanlagen. Im Hintergrund liegt eine Stadt.
Maureen Stum

Der Einsatz von erneuerbaren Energien in den Städten der Zukunft

Nachhaltiges Wohnen im Jahr 2023

Mobilität, Elektrizität und Wärme – die Städte der Zukunft stehen durch die Energiewende vor Herausforderungen. Bis zum Jahr 2045 soll Deutschland klimaneutral werden. Genauer bedeutet das, dass bis zu diesem Zeitpunkt die Energieversorgung hauptsächlich aus regenerativen, erneuerbaren Quellen bezogen wird. Das ist zentral für eine umweltfreundliche, nachhaltige, wirtschaftlich erfolgreiche und sichere Zukunft unserer Welt. Während derzeit erst rund 20 Prozent des Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt ist (Quelle), nehmen manche Regionen der Republik schon heute eine Vorreiterrolle ein. Wie sich erneuerbare Energien in die Städte der Zukunft integrieren lassen, lesen Sie hier.

Nachhaltig, nachhaltiger, die Städte der Zukunft

In Hinblick auf die Umstellung der Energieversorgung gibt es viele Lösungsansätze. Eine mögliche Umsetzung: Gebäude werden selbst zu kleinen Kraftwerken. Was bedeutet das? Durch den Einsatz von regenerativen Energien sind Immobilien in der Lage, ihren Energiebedarf selbstständig zu decken. Das Konzept von energieeffizienten Immobilien basiert auf einem optimalen Verhältnis zwischen angewandter Energie und erzieltem Nutzen.

Um dies zu erreichen, wird die Energie so effizient wie möglich eingesetzt. Indem Photovoltaikanlagen auf den Dächern die Energie der Sonne in Strom umwandeln oder die Wärmepumpe Wärme aus der Außenluft, dem Grundwasser oder dem Erdreich ins Haus herein befördert, können natürliche Ressourcen ökologisch genutzt werden. Als erneuerbare, regenerative Energien leisten Wind- und Sonnenenergie, Biomasse, Geothermie und Wasserkraft einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz. Zudem vermeiden sie Rohstoffkonflikte.

Verbot von Öl- und Gasheizungen ab 2024: Erdwärme als nachhaltige Energiequelle?

Ein Gesetzesentwurf sieht vor, dass ab dem Jahr 2024 keine neuen, reinen Öl- und Gasheizungen mehr eingebaut werden dürfen. Heizungen müssen ab diesem Zeitpunkt zu 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben werden (Quelle). Eine Alternative ist beispielsweise die Umstellung auf Erdwärme.

Als Geothermie oder Erdwärme wird die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärmeenergie bezeichnet. Bei der Nutzung der Erdwärme wird zwischen der oberflächennahen Geothermie und der Tiefengeothermie unterschieden.

Die Energie des Erdinneren sorgt in den tiefen Erdschichten für ein konstantes Wärmeniveau. Schon in wenigen Metern Tiefe liegt die Temperatur bereits zwischen sieben und 12 Grad. In der oberflächennahen und der tiefen Geothermie liegen unterschiedliche Temperaturniveaus vor. Daraus resultieren unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten der Erdwärme.

Mittels der Tiefengeothermie wird meistens elektrischer Strom erzeugt. Mit der oberflächennahen Geothermie wird in der Regel Wärmeenergie für Gebäude produziert. Um Gebäude mit dieser oberflächennahen Erdwärme heizen zu können, ist der Einsatz einer Wärmepumpe erforderlich.

Wärmepumpen wandeln Geothermie in nutzbare Wärmeenergie um, die zum Heizen, Kühlen und zur Stromerzeugung eingesetzt werden kann. Die Vorteile einer Erdwärmepumpe:

  • Aufgrund eines ganzjährig hohen Temperaturniveaus liefert die Erdwärmepumpe auch in den kalten Monaten Heizwärme.
  • Geothermie ist zu 100 Prozent regenerativ und emissionsfrei. Lediglich durch den Strom, der für den Betrieb benötigt wird, entstehen CO₂-Emissionen (circa 100 Gramm pro Kilowattstunde).
  • Erdwärme ist als Energiequelle unendlich verfügbar.

Dass Erdwärme als Alternative zu Öl und Gas gut angenommen wird, zeigen die aktuellen Absatzzahlen: Der Wärmepumpenabsatz verzeichnete im Jahr 2020 ein Rekordjahr – und zeigt auch erneut ein starkes Wachstum an (Quelle).

Die Sonne als nachhaltiges Kraftwerk für die Städte der Zukunft

Auch die Sonnenenergie zählt zu den erneuerbaren oder regenerativen Energien. Die Sonne scheint als ältestes Kraftwerk unserer Erde schon seit über viereinhalb Milliarden Jahren – und sie wird es auch noch die nächsten mindestens fünf Milliarden Jahre tun. Das bedeutet, dass sie im Gegensatz zu fossilen Ressourcen beinah unerschöpflich ist.

In Deutschland liegt die Sonneneinstrahlung jährlich bei etwa 1000 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter. Die Anzahl der Sonnenstunden beträgt auf ein Jahr gerechnet rund 2000 Stunden (Quelle). Es kommt sowohl bei der Sonneneinstrahlung als auch bei der Anzahl der Sonnenstunden zu regionalen Unterschieden. So sind die Bedingungen im Süden etwas besser als im Norden. Um diese abschätzen zu können, lohnt sich ein Blick in die Einstrahlungskarte des Deutschen Wetterdienstes (Quelle).

Grundsätzlich ist die Sonneneinstrahlung aber in allen Regionen Deutschlands hoch genug für die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen. Das ist einer der Gründe, warum immer mehr Unternehmen und private Haushalte die Energie der Sonne zur Stromerzeugung nutzen.

  • Laut Statistischem Bundesamt waren im März 2022 2,2 Millionen Photovoltaikanlagen mit einer Nennleistung von insgesamt 58400 Megawatt installiert.
  • Die Anzahl der Anlagen nahm gegenüber dem Vorjahresmonat um 10,1 Prozent zu.
  • Ein Vergleich: Im Jahr 2018 wurde die Zahl der Anlagen erstmalig erhoben. Zu diesem Zeitpunkt bestanden 1,7 Millionen Photovoltaikanlagen mit einer Nennleistung von 42300 Megawatt (Quelle).

Blockheizkraftwerke in Kombination mit Photovoltaik und Wärmepumpe

Die Kombination einer Photovoltaikanlage mit einer Wärmepumpe hat sich längst bewährt. Die Photovoltaikanlage produziert Strom für den Haushalt. Die Wärmepumpe nutzt diesen Strom, um die Erdwärme auf das benötigte Niveau zu erwärmen. Der Vorteil: Überschüsse entstehen selten. Falls doch, können sie in das Stromnetz eingespeist werden.

Auch ein Blockheizkraftwerk (BHKW) kann als weitere Komponente in dieses System integriert werden. Das Blockheizkraftwerk bewirkt eine Verringerung der Schwankungen des eingespeisten Stroms. Das ist wichtig, denn die natürlichen Schwankungen der eingespeisten Strommengen werden immer mehr zum Problem für die Stromnetze.

So können die Städte der Zukunft aussehen: Bamberg als deutscher Vorreiter

Um die Klimaziele zu erreichen, muss auch der Einsatz von erneuerbaren Energien in der Immobilienbranche ausgebaut werden. Durchdachte Energiekonzepte unter Miteinbezug von erneuerbaren Energien werden den entscheidenden Vorteil bringen.

Eines der innovativsten Stadtviertel in ganz Europa entsteht derzeit in Deutschland, genauer im fränkischen Bamberg. Auf einem 22,5 Hektar großen Gelände im Osten der Stadt wird ein Ort entstehen, der zu den größten innerstädtischen Infrastrukturprojekten Deutschlands zählt und umweltfreundlich und nachhaltig versorgt wird. 

Das zukunftsweisende Energiekonzept gibt es so noch nicht: Mitten in der Stadt werden 70 Prozent der benötigten Wärme mithilfe von Ressourcen erzeugt, die sich direkt vor Ort auf dem Gelände befinden. Für Einfamilienhäuser auf dem Land ist dieses Konzept zwar Standard, innerhalb einer bestehenden städtischen Infrastruktur mit Alt- und Neubauten, Wohnhäusern, Bürokomplexen und Gewerbeflächen ist dies vollkommenes Neuland.

Das sind die Key Facts zum Wärmekonzept:

  • Visionäres Energiekonzept: Rund 70 Prozent der benötigten Wärmeenergie werden vor Ort erzeugt.
  • Größtes innerstädtisches Geo-Thermiefeld Deutschlands
  • Versorgung durch regenerative Energien: Nahwärme, Photovoltaik, Geothermie
  • Oberflächennahe Erdwärme: 30.000 qm Flächenkollektoren und 175 Erdsonden, die 120 Meter in die Tiefe gehen
  • Wärme aus dem Abwasser, das in den Haushalten auf dem Gelände und dem gesamten Gebiet anfällt
  • Tageszeitlichen Produktionsschwankungen werden durch ein intelligentes Speichermanagement und ein Blockheizkraftwerk ausgeglichen.
  • Überschüssige Wärme des Abwassers wird im Sommer zur Regeneration des Erdreichs genutzt, damit es im Winter wieder genutzt werden kann.
  • Überschüssiger Strom wird in Wärme umgewandelt und in Pufferspeichern gespeichert.
  • Sonnenstrom von den Dächern der Gebäude treiben die Wärmepumpen an.

Mit diesem zukunftsweisenden Energiekonzept entwickeln sich in Bamberg schon heute die Versorgungslösungen von morgen.

Für weitere Informationen zu diesem Projekt stehen Ihnen unsere Berater gerne zur Verfügung.

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