Open Access

Stefan Winkelmüller

• In der vorliegenden Arbeit werden Möglichkeiten und Grenzen einer systemanalytischen Betrachtung kommunaler Energiesysteme am Beispiel der Stadt Wien diskutiert. Die dargestellten Methoden wurden im Zusammenhang mit der Erstellung des Wiener Energieeffizienzprogramms SEP entwickelt, an dem der Autor im Auftrag des Wiener Magistrates mitarbeitete. Das Energieeffizienzprogramm wurde im Juni 2006 vom Wiener Stadtrat beschlossen. Die Untersuchungen wurden anhand eines systemanalytischen Optimierungsmodells mit Hilfe des Modellgenerators iPLAN der IRM AG aus Wien durchgeführt. Außerdem wurde für die Anwendung auf die Nachfrageseite das Programm DemOPT als intelligente Datenbankanwendung programmiert. Den größten Teil der Arbeit macht eine Fallstudie zur Wiener Nachfrageseite aus. Es wurde eine Gebäudetypologie für Wien verwendet, die auf der Grundlage der vorliegenden Statistiken und Volkszählungen den Gebäudebestand, Sanierungsvarianten und Heizungssysteme beschreibt. Im Bereich desIn der vorliegenden Arbeit werden Möglichkeiten und Grenzen einer systemanalytischen Betrachtung kommunaler Energiesysteme am Beispiel der Stadt Wien diskutiert. Die dargestellten Methoden wurden im Zusammenhang mit der Erstellung des Wiener Energieeffizienzprogramms SEP entwickelt, an dem der Autor im Auftrag des Wiener Magistrates mitarbeitete. Das Energieeffizienzprogramm wurde im Juni 2006 vom Wiener Stadtrat beschlossen. Die Untersuchungen wurden anhand eines systemanalytischen Optimierungsmodells mit Hilfe des Modellgenerators iPLAN der IRM AG aus Wien durchgeführt. Außerdem wurde für die Anwendung auf die Nachfrageseite das Programm DemOPT als intelligente Datenbankanwendung programmiert. Den größten Teil der Arbeit macht eine Fallstudie zur Wiener Nachfrageseite aus. Es wurde eine Gebäudetypologie für Wien verwendet, die auf der Grundlage der vorliegenden Statistiken und Volkszählungen den Gebäudebestand, Sanierungsvarianten und Heizungssysteme beschreibt. Im Bereich des Neubaus werden verschiedene Wärmeschutzstandards und elektrische Geräte abgebildet. Das Modell berechnet mögliche Entwicklungen in der Form, dass es entscheidet, wie viel "Kapazität" von welcher Technik wann zugebaut wird, um die vorgegebene Nachfrage nach Energiedienstleistungen zu befriedigen. Zunächst wurden die Entwicklung des Endenergieverbrauchs einer vorgegebenen Referenzentwicklung und die resultierenden Kosten berechnet. Danach wurden für zahlreiche vorgegebene Energieeinsparungen gegenüber dieser Referenzentwicklung der kostenoptimale Entwicklungspfad und die günstigste Mischung der Einsparmaßnahmen berechnet und im Detail analysiert. In umfangreichen Sensitivitätsanalysen wurde die Stabilität der Ergebnisse bei einer Variation von Eingangsparametern des Modells wie der Endenergiepreise, der Bevölkerungsentwicklung und einer Marktdurchdringungsrate für Niedrigenergiegeräte geprüft. In einer zweiten Fallstudie wurde betrachtet, welche Rahmenbedingungen die Entscheidungen von Energieversorgungsunternehmen auf der Erzeugungsseite beeinflussen. Es werden Ergebnisse für ein "Modell-EVU" vorgestellt. Es wird dargestellt, welchen Mechanismen der Betrieb des Kraftwerksparks allgemein gehorcht und wie diese in einem Modell berücksichtigt werden können. Danach wird der kostenoptimale Ausbau und Betrieb des Kraftwerksparks bei Variation der Marktpreise für Emissionszertifikate, Brennstoffe und Stromhandelsprodukte sowie unterschiedlicher Zuteilungspraxis für Emissionszertifikate berechnet und diskutiert. In Sensitivitätsanalysen wurden 36 Szenarien gerechnet, die mögliche Kombinationen der Eingangsparameter darstellen. Es zeigt sich eine hohe Schwankungsbreite der Ergebnisse, welche aber in der Analyse erklärt werden kann. Die hohe Schwankungsbreite der Ergebnisse macht es schwerer, Investitionsentscheidungen zu finden, welche unter allen möglichen Entwicklungen der Randbedingungen erfolgreich sind. Diese mögliche Bandbreite ist aber faktisch vorgegeben, und die Liberalisierung des Strommarktes hat das Risiko für Energieversorgungsunternehmen deutlich erhöht. Analysen der hier dargestellten Form können Unternehmen wichtige Anhaltspunkte geben, um solche Entscheidungen vorzubereiten und abzusichern. Hierzu kann das Modell erweitert und zu einem Werkzeug der Risikoanalyse ausgebaut werden, indem Szenarien nach ihrer Wahrscheinlichkeit gewichtet werden. Die Arbeit endet mit einer Schlussbetrachtung, in der weitere Möglichkeiten zur praktischen Anwendung und zum möglichen Ausbau der Modelle gegeben werden. Dabei wird zum einen die Möglichkeit skizziert, ein Modell der Nachfrageseite über einen langen Zeitraum zur Begleitung eines beschlossenen Einsparprozesses einzusetzen. Zum anderen wird der Ansatz diskutiert, ein gekoppeltes Modell von Nachfrage- und Erzeugungsseite zur Erforschung der Möglichkeiten eines so genannten "Emissionscontracting" einzusetzen. Ein Energieversorgungsunternehmen würde sich damit ein sehr neuartiges Geschäftsfeld erschließen, indem es die Reduktion von Emissionen eines Gesamtsystems als Dienstleistung anbietet.…
• The options and limits of an examination of urban energy systems by means of system analysis are discussed using the example of the city of Vienna in Austria. The methods described have been developed during the work on the energy efficiency programm SEP. The implementation of the programm was decided in June 2006. The modelling is based on linear optimisation and makes use of the model generator iPLAN and the intelligent database DemOPT. The main part of the work is a system study on cost optimal implementation of end use efficiency measures on the demand side. The model includes the existing building stock, several building classes, variants of refurbishment and heating systems. Furthermore several standards of heat insulation for new buildings and efficiency classes for electrical equipment have been implemented. First the development of final energy consumption and the resulting system costs have been calculated for a given business as usual development. Then the cost optimalThe options and limits of an examination of urban energy systems by means of system analysis are discussed using the example of the city of Vienna in Austria. The methods described have been developed during the work on the energy efficiency programm SEP. The implementation of the programm was decided in June 2006. The modelling is based on linear optimisation and makes use of the model generator iPLAN and the intelligent database DemOPT. The main part of the work is a system study on cost optimal implementation of end use efficiency measures on the demand side. The model includes the existing building stock, several building classes, variants of refurbishment and heating systems. Furthermore several standards of heat insulation for new buildings and efficiency classes for electrical equipment have been implemented. First the development of final energy consumption and the resulting system costs have been calculated for a given business as usual development. Then the cost optimal pathes of development for several forced reductions of final energy consumption have been determined and analyzed in detail. Moreover, the stability of the results regarding changes in several input parameters like energy prices and development of population have been discussed. Another study deals with the influence of general conditions on the decisions of power authorities. The results are presented for a fictional energy supply company. The cost optimal development of capacity and operation for heat and power plants is discussed, subject to variation of market parameters like prices and allocation of emissions, energy prices and power trade prices. A general discussion on further options of extending and practical use of urban energy models concludes the thesis.…