Schneider Electric, Enel und das Weltwirtschaftsforum veröffentlichten vor kurzem die Studie „Net Zero Carbon Cities: An Integrated Approach“. Die COMPUTERWELT hat sich den Report angesehen. [...]
Schneider Electric, die Enel Group und das Weltwirtschaftsforum (WEF) haben das erste Ergebnis der „Net Zero Carbon Cities – Systemic Efficiency Initiative“ veröffentlicht. Das globale Rahmenwerk zielt darauf ab, die Bemühungen um Dekarbonisierung und Resilienz in Städten weltweit zu beschleunigen.
Unter dem Titel „Net Zero Carbon Cities: An Integrated Approach“ skizziert der Bericht die Notwendigkeit und den Nutzen eines integrierten Energieansatzes bei der Planung und dem Management von Gebäuden, Mobilität und der Nutzung einer digitalisierten und intelligenten Netzinfrastruktur im städtischen Kontext. Städte verbrauchen heute 78 Prozent der Energie des Planeten und sind damit für fast 70 Prozent der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich. Dieser Ansatz ist somit entscheidend, um den Anstieg der globalen Temperaturen auf 1,5 °C im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu begrenzen.
Der Bericht wurde im Rahmen der „Net Zero Carbon Cities – Systemic Efficiency“-Initiative des WEF entwickelt, die von Jean-Pascal Tricoire, Chairman und CEO von Schneider Electric, und Francesco Starace, CEO und General Manager der Enel Group, gemeinsam geleitet wird. Seit dem Start der Initiative vor einem Jahr arbeiten Schneider und Enel mit der Weltwirtschaftsorganisation zusammen, um den Übergang zu Netto-Null-Kohlenstoffemissionen in 100 Städten bis 2030 zu beschleunigen.
Die Studie unterstreicht die Notwendigkeit für einen integrierten Ansatz zur Verbesserung der Energieproduktivität, der Elektrifizierung des Verkehrs, der Dekarbonisierung von Heiz- und Kühlsystemen und Flexibilisierung der Nachfrage. Zudem stellt sie konkrete Empfehlungen und lehrreiche Erfahrungen zu diesen Konzepten bereit.
Das Rahmenpapier stellt den Auftakt weiterer Veröffentlichungen dieser Kooperation dar. Darunter eine interaktive digitale Plattform, Gebäude- und Stadtmatrizes zur Messung des Fortschritts von Städten auf dem Weg zu einem grünen und nachhaltigen Wandel und weitere Toolkits. Jedes Ergebnis wird das Resultat einer engen Zusammenarbeit zwischen Großstädten, kommunalen Netzwerken und hochrangigen Vertretern aus Wissenschaft, Nichtregierungsorganisationen, Industrie und Finanzwesen sein.
„Die COVID-19-Krise hat gezeigt, wie wichtig globale Partnerschaften sind, um unsere Städte und Gesellschaften nachhaltiger, inklusiver und widerstandsfähiger zu gestalten“, betont Jean-Pascal Tricoire, Chairman und CEO von Schneider Electric. „Die Verringerung der Emissionen in den Städten der Welt erfordert dringende Maßnahmen. Dieses Ziel erfordert die Abstimmung aller Stakeholder, sowohl der öffentlichen als auch der privaten Akteure, der Unternehmen und der Bürger. Dieser Bericht zeigt auf, wie systemische Effizienz realistisch und praktisch erreicht werden und wie jeder von uns einen Beitrag dazu leisten kann.“
„Um eine erfolgreiche Energiewende zu gewährleisten, müssen wir zusammenarbeiten und lokale und nationale öffentliche Verwaltungen, Akteure des Privatsektors und die Zivilgesellschaft auffordern, sich der gemeinsamen Agenda zur Reduzierung unserer Emissionen anzunehmen“, sagt Francesco Starace, CEO und General Manager der Enel Group. „Elektrizität hat sich bereits als Lebenselixier der Städte erwiesen, und sie wird mit zunehmender Elektrifizierung auf der ganzen Welt weiterwachsen. Als weltweit führendes Unternehmen im Stromsektor wollen wir zur Entwicklung einer nachhaltigen urbanen Zukunftsvision beitragen, indem wir mit globalen Partnern zusammenarbeiten, um Elektrifizierung, intelligentere digitale Technologien sowie effiziente Gebäude und Infrastruktur zu integrieren.“
Der Bericht bietet einen globalen Rahmen und empfiehlt einen integrierten Energieansatz, definiert als „systemische Effizienz“, als Lösung für die aktuellen ökologischen, wirtschaftlichen, gesundheitlichen und sozialen Krisen. Systemische Effizienz umfasst saubere Elektrifizierung, intelligente digitale Technologien und effiziente Gebäude und Infrastrukturen, zusammen mit einem Ansatz der Kreislaufwirtschaft für Wasser, Abfall und Materialien. Planung und digitale Technologien, die Gebäude, Energie-, Transport- und Wassersysteme integrieren, sind von zentraler Bedeutung für systemische Effizienz.
Durch einen ganzheitlichen Ansatz haben Städte die Möglichkeit, so die Studie, ihre Widerstandsfähigkeit gegen eine Reihe potenzieller zukünftiger Klima- und Gesundheitskrisen zu erhöhen. Das Rahmenwerk zielt darauf ab, Lösungen bereitzustellen, die es den Städten ermöglichen, die Bereitstellung der städtischen Infrastruktur zu überdenken und sicherzustellen, dass diese grüner, intelligenter, widerstandsfähiger, gerechter und effizienter ist.
Ein integrierter Ansatz für Städte
Führungskräfte auf städtischer und nationaler Ebene sowie private Unternehmen gehen an die städtische Infrastruktur oft mit Empfehlungen, Richtlinien und Maßnahmen aus ihren einzelnen Sektoren (Energie, Gebäude, Mobilität) heran.
Dies kann zwar dazu beitragen, Städte in Richtung einer Netto-Null-Kohlenstoff-Zukunft zu bewegen, aber integrierte Lösungen werden zu einer größeren Wirkung führen, so die Autoren der Studie. Die Notwendigkeit eines integrierten Ansatzes wird deutlich, wenn man die Energieflüsse betrachtet.
Als Beispiel zeigt die USA, dass 67,5 Prozent der Primärenergie verschwendet wird. Primärenergiequellen werden in Kraftstoff und Elektrizität für Autos, Haushalte und Industrie umgewandelt. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe als Primärenergieträger erzeugt Abwärme und erfordert zusätzlichen Energieverbrauch durch die Förderung und den Transport der fossilen Brennstoffe.
Durch die Umstellung auf erneuerbare Energien als Primärenergie und die zunehmende Elektrifizierung der Endverbraucher entsteht weit weniger Abfall. Rewiring America hat kürzlich eine Studie veröffentlicht, die zeigt, dass die Elektrifizierung mehr als die Hälfte der Energie einsparen würde, die Städte zu benötigen glauben – 25 Prozent bei der Abwärme, die bei der Umwandlung fossiler Brennstoffe in Energie entsteht; 15 Prozent bei effizientem elektrischem Transport; 11 Prozent bei der Suche, dem Abbau und der Raffination fossiler Brennstoffe; 6-9 Prozent bei effizienten Wärmepumpen zur Elektrifizierung von Gebäuden; und 4-5 Prozent bei nicht verbrannten fossilen Brennstoffen wie Asphalt.
Was Null-Kohlenstoff-Emission benötigt
Umsetzung von systemischen Effizienzmöglichkeiten: Im kommenden Jahrzehnt sollten sich die beteiligten Städte auf den Ausbau erneuerbarer Energien und die Elektrifizierung des Endenergieverbrauchs konzentrieren und gleichzeitig die Digitalisierung nutzen, um Systeme zu integrieren – zum Beispiel durch die Optimierung des Energiebedarfs für mehr Flexibilität, die Beschleunigung des Übergangs zur E-Mobilität und die Dekarbonisierung von Heizung und Kühlung. Sie sollten sich auch darauf konzentrieren, die Flächennutzung und den Transportverbrauch durch intelligente Wachstumspraktiken zu reduzieren, die auf die Schaffung einer kompakten Stadtform abzielen.
Zusammenarbeit entlang der gesamten städtischen Wertschöpfungskette: Die öffentlich-private Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Sektoren – Infrastruktur, Immobilieneigentümern und -entwicklern, Mobilitäts-, Ausrüstungs- und Technologieanbietern sowie Energieversorgern – wird ein stärker integriertes, optimiertes System schaffen. Politik und Finanzierungsmechanismen auf städtischer und nationaler Ebene sollten diese Möglichkeiten unterstützen.
Vorteile des integrierten Ansatzes in Städten
Groß angelegte Investitionen in effiziente, saubere Energielösungen werden die Wirtschaft ankurbeln und gleichzeitig positive Auswirkungen auf die Umwelt, die Gesellschaft und die öffentliche Gesundheit der Einwohner haben. Insbesondere das Potenzial für die Schaffung von Arbeitsplätzen ist bemerkenswert. Rewiring America hat herausgefunden, dass der Übergang zu einer Netto-Null-Wirtschaft mit der richtigen Finanzierung und einer Reform des Regelwerks in den nächsten 15 Jahren 25 Millionen neue Arbeitsplätze in den USA schaffen würde, mit fünf Millionen dauerhaften Arbeitsplätzen bis zur Mitte des Jahrhunderts, was etwa doppelt so viele Arbeitsplätze sind, wie direkt und indirekt durch die derzeitige Energiewirtschaft unterstützt werden.
Beispiel ultra-effiziente Gebäude
Heizung und Kühlung machen den größten Teil des Energiebedarfs von Städten aus. Effiziente Technologien zur Temperaturregulierung, die eine Null-Emission liefern können, sind heute weithin verfügbar.
Um die Heizung umzustellen, müssen sich Gebäude von fossilen Brennstoffen lösen und ihre Effizienz steigern. Gut isolierte Gebäude, die mit Fernwärme oder Wärmepumpen beheizt werden, können die Nachfrage nach dem System erheblich reduzieren. Im Falle von Fernwärme bieten Netze die Möglichkeit, die Verteilung der verfügbaren Wärme auf die Nutzer im System zu optimieren.
Tatsächlich kann überschüssige Wärme aus industriellen Prozessen in das gemeinsame Netz eingespeist werden. Ein Beispiel ist das SamEnergi-Programm von Vattenfall, bei dem überschüssige Wärme von Unternehmen wie Rechenzentren und Kaffeeröstereien gekauft wird. Die Wärme wird über die bestehende Fernwärme-Infrastruktur übertragen, was ein kreislauffähigeres Energiesystem ermöglicht. Darüber hinaus kann mit einem digitalisierten System der Wärmebedarf besser nachverfolgt und verwaltet werden, um die Effizienz weiter zu steigern.
2,2 Milliarden Menschen fehlt der Zugang zu sauberer und effizienter Kühlung. Angetrieben durch den steigenden Lebensstandard und die steigenden Temperaturen wird die weltweite Nachfrage nach Raumkühlung in nie dagewesenem Maße wachsen. Laut IEA wird die Zahl der installierten Klimageräte bis 2030 um zwei Drittel der heute installierten zwei Milliarden Geräte steigen. Ohne größere Effizienzverbesserungen bei Kühlgeräten könnte der Strombedarf für die Kühlung von Gebäuden bis 2030 weltweit um bis zu 50 Prozent ansteigen, was zu Spitzenzeiten zu einer Belastung der Stromnetze führen würde.
Heizung und Kühlung
Die Kombination aus Effizienz, sauberer Elektrifizierung des Endverbrauchs, aktivem Energiemanagement, integriertem Design und digitalen Technologien kann den Energieverbrauch und die Emissionen von Gebäuden erheblich reduzieren. Dies kann durch neue kooperative Ansätze in der Stadtplanung und -politik erreicht werden, kombiniert mit der Anwendung intelligenter Technologien und innovativem Design, alles unterstützt durch eine effektive Finanzierung.
Es ist wichtig, zwischen neuen Null-Emisson-Entwicklungen und der Nachrüstung bestehender Gebäude zu unterscheiden, die unterschiedliche Herausforderungen für Schwellen- und Industrieländer darstellen. Für einen Großteil des Globalen Südens wird die Emissionsreduzierung aus neuen Entwicklungen stammen, die ein Gleichgewicht zwischen Erschwinglichkeit und Effizienz herstellen müssen. In den Industrieländern sind sowohl Investitionen in den Neubau als auch in die Nachrüstung unerlässlich, wobei die Nachrüstung eine größere Herausforderung darstellt, insbesondere im wirtschaftlich angespannten Wohnungssektor.
Nachrüstungen sind der Schlüssel zum Erreichen der Netto-Null-Kohlenstoff-Ziele. Zum Beispiel würde die Umstellung von 30 Prozent des Gebäudebestands bis 2030 (d. h. 3 Prozent pro Jahr) auf eine vollständig elektrifizierte Heizung mit Wärmepumpen und eine Digitalisierung mit 50 Prozent Energieeffizienzsteigerung führen:
- 20 Prozent Reduzierung des Energiebedarfs
- 35-prozentige Reduzierung der Emissionen (unter der Annahme einer 40-prozentigen Dekarbonisierung des Strommixes)
Integration von Technologien
Gebäude können Dienstleistungen für andere Sektoren wie Mobilität und Energie erbringen oder von ihnen profitieren, was zu einer schnelleren Dekarbonisierung führt. Zu den Möglichkeiten gehören:
Das Aufladen von Elektrofahrzeugen in Gebäuden kann die Optimierung von Energie ermöglichen, die über dezentrale Energieressourcen wie Solardächer erzeugt wird. Dies ermöglicht eine schnellere und wettbewerbsfähigere Durchdringung mit erneuerbarer Energie. Intelligente Zähler und dynamische Preisgestaltung werden ebenfalls eine wichtige Rolle spielen.
Gebäude können durch Gebäudemanagementsysteme und Nachfrageaggregatoren Netzflexibilität und andere Dienste bereitstellen. Zu den Vorteilen gehören die Reduzierung der vorgelagerten Kosten, wie z. B. die Entlastung von Engpässen und die Verschiebung von Investitionen.
Gebäude können ihren Strom auch mit lokalen Gemeinschaften für erneuerbare Energien teilen, wodurch sich neue, effiziente und belastbare Sharing-Modelle entwickeln können.
Intelligente Energie-Infrastruktur
Intelligente Energieinfrastruktur – Stromerzeugung, verteilte Energiequellen, Leitungen, Heiz- und Kühlnetze, intelligente Zähler, intelligentes Laden und alles, was das der Begriff „Netz“ umfasst – ist das, was Städte zum Laufen bringt. Energie ist grundlegend für die sozioökonomische Entwicklung und bildet die Grundlage für alle anderen Dienstleistungen. Ohne Energieinfrastruktur gibt es keinen Strom, keine Telekommunikation, keine Abwasseraufbereitung und keinen elektrischen Transport. Die Beschleunigung in Richtung einer Netto-Null-Kohlenstoff-Zukunft erfordert den Ausbau und die Modernisierung der Infrastruktur, insbesondere in den Städten.
Die Herausforderung besteht darin, dass die Infrastruktur und die damit verbundenen Richtlinien und Vorschriften für ein anderes System konzipiert wurden. Die Energieinfrastruktur wurde vor Jahrzehnten für ein zentralisiertes Stromsystem entwickelt, nicht für ein zunehmend dezentralisiertes und digitalisiertes System, das auf großen Mengen erneuerbarer Energien basiert. Inzwischen haben auch Politik und Regulierung Schwierigkeiten, mit dem Fortschritt in der Technologie mitzukommen.
Die Chance besteht darin, ein integriertes Netto-Null-Energiesystem in Städten zu schaffen. Dieses System kann nahtlos eine nahezu konstante Interaktion zwischen Energieinfrastruktur, Gebäuden und Elektrofahrzeugen ermöglichen. Eine moderne Energieinfrastruktur wird das Rückgrat dieses integrierten städtischen Energiesystems bilden.
Politik und Regulierung können diese Integration beschleunigen und die notwendigen Voraussetzungen für digitale Technologien schaffen, um mehr Effizienz, höhere Mengen an erneuerbaren Energien und neue Geschäftsmodelle in Verbindung mit der Optimierung von Angebot und Nachfrage zu fördern.
Politik und Regulierung müssen auch Anreize für die richtigen Infrastrukturinvestitionen zur richtigen Zeit schaffen, so die Studie.
Integriertes Energiesystem
Ein zukünftiges integriertes Energiesystem wird auf einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien und robusteren, digitalisierten und widerstandsfähigeren Netzen beruhen. Neue Infrastrukturinvestitionen werden erforderlich sein.
Um ein integriertes Energiesystem in Europa zu erreichen, schätzte das Europäische Parlament beispielsweise kürzlich, dass zwischen 2021 und 2050 jährlich etwa 40 bis 62 Milliarden Euro in Übertragungs- und Verteilungsnetze investiert werden müssen. Gleichzeitig werden aber auch Technologien eine wichtige Rolle spielen; so können beispielsweise Fortschritte bei der Leistungsflusssteuerung dazu beitragen, die in den heutigen Netzen vorhandenen Reservekapazitäten besser zu nutzen und gleichzeitig Engpässe zu beseitigen.
Eine fortschrittliche Messinfrastruktur wird im gesamten öffentlichen Dienst erforderlich sein, um die Optimierung der Nachfrage und Effizienzsteigerungen zu erleichtern. Datenplattformen werden benötigt, um die Zählerstände von Strom-, Gas- und Wasserzählern zu integrieren, kombiniert mit Daten der Straßenbeleuchtung, der Abfallwirtschaft und des Parkens, neben anderen Internet-of-Things (IoT)-Anwendungen.
Interoperabilität über alle Technologien und Kommunikationsprotokolle hinweg wird unerlässlich sein. Eine der wichtigsten Herausforderungen für diese städtischen Datenplattformen wird die Echtzeit-Transformation von Daten in nützliche Informationen für eine Reihe von Interessengruppen sein. Diese Informationen können dann genutzt werden, um besser informierte Entscheidungen zu treffen, z. B. wo in neue Energieinfrastruktur investiert werden soll oder wann intelligente Geräte geladen werden sollen.
Darüber hinaus werden mit der Zeit Gebäudemanagementsysteme die angeschlossenen Geräte in die Lage versetzen, auf Input von außen zu reagieren, wie z. B. Energie- und sogar Wasserpreise. Schließlich wird mehr Ladeinfrastruktur benötigt, da sich immer mehr Fahrer für Elektrofahrzeuge entscheiden.
Die Ladeinfrastruktur in Städten sollte in Kombination mit Technologien wie dezentralen Energieressourcen und Gebäudemanagementsystemen eingesetzt werden. Außerdem muss die Ladeinfrastruktur durchdacht in die Stromnetze integriert werden, um die Flexibilität der E-Fahrzeuge voll auszuschöpfen und gleichzeitig die Stabilität des Energiesystems zu gewährleisten.
Die Digitalisierung und die Zusammenarbeit der Stakeholder spielen eine grundlegende Rolle bei der Modernisierung der bestehenden und der Entwicklung neuer Energieinfrastrukturen sowie bei der Skalierung und dem Einsatz neuer Technologien.
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