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Handbuch Nachhaltige Energiesysteme im Quartier

Modelle und Strategien zwischen lokalen und globalen Herausforderungen

  • 2025
  • Buch
Herausgegeben von
Christa Reicher
Canan Çelik
Eva Christine Hahn
Antonia Rubarth
Verlag
Springer Fachmedien Wiesbaden
Enthalten in
Springer Professional "Wirtschaft+Technik"
Springer Professional "Technik"
Springer Professional "Wirtschaft"
insite
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Über dieses Buch

Die NRW Forschungskollegs sind mit anwendungsbezogener Forschung auf Themenfeldern von hoher gesellschaftspolitischer Relevanz befasst. Kennzeichnend für ihre Forschungsansätze ist eine hohe Komplexität. Durch die Anwendung von inter- und transdisziplinären Forschungsmethoden werden ausgewogene und umsetzbare Lösungsansätze erwartet. In den Kollegs sollen entsprechende Forschungsmethoden vermittelt und weiterentwickelt werden.

Das Forschungskolleg NRW „Nachhaltige Energiesysteme im Quartier“ hat zum Ziel, technische, wirtschaftliche und soziale Steuerungsmodelle zur Steigerung der Energieeffizienz im Quartier zu entwickeln. Damit leistet das Forschungskolleg mit seiner breiten interdisziplinären Zusammensetzung und Einbettung in die Praxis (transdisziplinär) einen wichtigen Beitrag, um integrierte Konzepte zu entwickeln und die notwendige Verständigung zwischen den Disziplinen sowie zwischen zukünftigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern mit Praktikerinnen und Praktikern zu fördern. Konkrete Handlungsmöglichkeiten und Optionen sollen die handelnden Parteien, allen voran Stadtwerke, Kommunen, Politik und Bürger darin unterstützen, die Energiewende im Quartier voranzutreiben.

Das komplexe Thema der nachhaltigen Energiesysteme ist gekoppelt mit den Herausforderungen Klimawandel, demografische Entwicklung, Transformation der Energieversorgung sowie der Wärme- und Mobilitätswende. Hierzu reicht es nicht aus den Stromsektor zu betrachten, da auch der Wärmesektor und die Mobilität ein großes Potenzial zur Minderung von CO2-Emissionen aufweisen. Für diese drei wichtigen Sektoren einerseits und für die Betrachtung der handelnden und konsumierenden Akteure andererseits ist das Quartier eine geeignete räumliche Bezugsgröße. Der räumliche Fokus der Forschungsarbeiten liegt neben dem Ruhrgebiet und dort ausgewählten Quartieren auch auf dem Rheinischen Revier.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Perspektiven des inter- und transdisziplinären Forschens

Frontmatter
1. Transformationsforschung – forschen, verstehen, gestalten
Zusammenfassung
Was ist Transformationsforschung? Britta Acksel und Manfred Fischedick geben einige mögliche Antworten auf diese Frage. Dies tun sie aus den Perspektiven zweier Wissenschaftler*innen, tätig an einem umsetzungsorientierten Institut für Nachhaltigkeits- und Transformationsforschung in NRW. Hier wird dazu gearbeitet, wie eine auch in Zukunft für möglichst viele Lebewesen gut bewohnbare Welt gestaltet werden kann. Im Zentrum des Beitrags stehen dabei drei zentrale Praktiken, die sowohl unterschiedliche Disziplinen als auch Themen überspannen: forschen, verstehen und gestalten. Ganz im Sinne des inter-und transdisziplinären Forschungskollegs wird keine dezidiert disziplinäre Perspektive eingenommen und auch der thematische Fokus weit gelassen. Nach einer kurzen Diskussion von Transformationsbegriffen und Schlaglichtern auf Entwicklungen von Transformationsforschung seit den 1990er-Jahren, wird beleuchtet, wie unter der Überschrift Transformationsforschung geforscht wird, wie Transformationen verstanden und gestaltet werden bzw. darauf hingearbeitet wird. Ausgehend vom räumlichen Fokus des Forschungskollegs Nachhaltige Energiesysteme im Quartier, konzentriert sich die Auseinandersetzung mit Transformationsforschung in diesem Beitrag auf Deutschland.
Britta Acksel, Manfred Fischedick
2. Synergien durch inter-& transdisziplinäres Arbeiten
Zusammenfassung
Im Quartier können die technischen und nicht-technischen Schwerpunkte der Energiewende gut betrachtet werden. Dies umfasst alle Teile eines Transparenz-, Partizipations- und Diffusionsprozesses der Energiewende von der Zieldefinition bis zur Umsetzung und Erfolgskontrolle. Transdisziplinäre Forschung kann insbesondere analysieren, wie Verbraucher motiviert werden können, nachhaltige Energieentscheidungen zu treffen.
Reinhard Loch
3. Nachhaltige, partizipative Quartiersentwicklung mithilfe transformativer Forschungsmethoden
Zusammenfassung
Eine Reihe ambitionierter Städte wie u. a. Dresden, Frankfurt, Freiburg, Mannheim, München, Münster oder Paderborn verfolgen das Ziel einer bilanziellen Klimaneutralität bereits bis zum Jahr 2035 oder früher. Im Unterschied zum „klassischen“ kommunalen Klimaschutz und seinen bereits etablierten Handlungsfeldern stellt das gesetzte Ziel der Klimaneutralität allerdings neue und komplexe Anforderungen, insbesondere an die Steuerung kommunaler Energie- und Mobilitätssysteme. Das Ziel des Beitrags besteht darin zu sondieren, wie ambitionierte Klimaschutzkommunen mithilfe integrierter digitaler Tools sich zusätzliche Analyse-, Steuerungs- und Handlungskapazitäten erschließen. Illustriert wird dies anhand dreier kommunaler Fallbeispiele in den Handlungsfeldern Energetische Gebäudesanierung (Regensburg), Stromnetze (Haßfurt), und Mobilität (Mannheim). Als ein Ergebnis lässt sich festhalten, dass in der fachbereichs- bzw. akteursübergreifenden Weiterentwicklung bzw. Integration lokaler digitaler (Energie-)Dateninfrastrukturen ein kritischer Erfolgsfaktor für ambitionierte Klimaschutzstrategien liegt.
Petra Schweizer-Ries
4. Klimaschutzmanagement durch digitale Dateninfrastrukturen
Ambitionierte kommunale Klimaschutzstrategien verändern die Anforderungen an digitale Infrastrukturen
Zusammenfassung
Eine Reihe ambitionierter Städte wie u. a. Dresden, Frankfurt, Freiburg, Mannheim, München, Münster oder Paderborn verfolgen das Ziel einer bilanziellen Klimaneutralität bereits bis zum Jahr 2035 oder früher. Im Unterschied zum „klassischen“ kommunalen Klimaschutz und seinen bereits etablierten Handlungsfeldern stellt das gesetzte Ziel der Klimaneutralität allerdings neue und komplexe Anforderungen, insbesondere an die Steuerung kommunaler Energie- und Mobilitätssysteme. Das Ziel des Beitrags besteht darin zu sondieren, wie ambitionierte Klimaschutzkommunen mithilfe integrierter digitaler Werkzeuge sich zusätzliche Analyse-, Steuerungs- und Handlungskapazitäten erschließen. Illustriert wird dies anhand dreier kommunaler Fallbeispiele in den Handlungsfeldern Energetische Gebäudesanierung (Regensburg), Stromnetze (Haßfurt), und Mobilität (Mannheim). Als ein Ergebnis lässt sich festhalten, dass in der fachbereichs- bzw. akteursübergreifenden Weiterentwicklung bzw. Integration lokaler digitaler (Energie-)Dateninfrastrukturen ein kritischer Erfolgsfaktor für ambitionierte Klimaschutzstrategien liegt.
Ralf Schüle, Anja Bierwirth

Was sind nachhaltige Energiesysteme im Quartier?

Frontmatter
5. Stadtquartiere als Inkubatoren für eine Energie- und Mobilitätswende
Zusammenfassung
Der politisch forcierte Klimaschutz erfordert eine Dekarbonisierung und massive Reduktion des Endenergieverbrauchs. Um dies zu erreichen, müssen in einem umfassenden Transformationsprozess die Rahmenbedingungen für die Modernisierung der bestehenden Stadt- und Mobilitätssysteme verändert werden. Die Elektrifizierung des Autoverkehrs ist aus Klima- und Energieperspektive unumgänglich. Es wird aber keine Energiewende ohne eine Verkehrs- und Mobilitätswende geben. Der Umbau bestehender Organisations- und Mobilitätsformen ist wie jeder Strukturwandel mit Konflikten verbunden. Das Quartier nimmt eine besondere Stellung ein, da es als Ausgangspunkt individueller Mobilität, kultureller Verbundenheit dient. Zudem besteht die Möglichkeit, neue Stadt- und Infrastrukturen sowie neue Mobilitätsangebote kleinräumig zu installieren. Einerseits bietet die Elektromobilität große Einsparpotenziale gegenüber fossilen Antriebsarten, auf der anderen Seite wächst die Bedeutung der Digitalisierung als Treiber für Inter- und Multimodalität in der Mobilität. In der Realität stockt der Transformationsprozess aus systemtechnischen, organisationskulturellen und ordnungspolitischen Gründen, sodass die Erfolge meist hinter den Erwartungen zurückbleiben. Trotz aller Probleme und Konflikte müssen jedoch weiterhin innovative Wege beschritten und bisherige Ansätze stärker miteinander verknüpft werden, um ein zukunftsfähiges Stadt- und Verkehrssystem zu schaffen.
Johannes Aertker, Dirk Wittowsky
6. Energiesysteme
Zusammenfassung
Für das Gesamtsystem der Energieversorgung stellt das Quartier eine wichtige Organisationseinheit dar. Die Quartiere besitzen aufgrund ihrer Eigenschaften und strukturellen Rahmenbedingungen individuelle Chancen bei der Transformation des Energiesystems. Über die Übertragungsnetze interagieren sie auch mit dem gemeinsamen Strommarkt. Zukunftsfähige Quartiersenergiesysteme zeichnen sich durch eine effektive und undogmatische Kombination einzelner Erzeugungsanlagen, Nutzung lokaler Infrastrukturen und Einbindung von Speichern und Flexibilitätsoptionen aus. Die von der Bundesregierung angestrebte Klimaneutralität erzwingt eine emissionsfreie Strom- und Wärmeversorgung. Größter Anteil erneuerbarer Energien werden die volatilen Erzeugungen aus Solar- und Windenergie haben. Auch im Quartier stellt sich die Frage, welche Alternativen in der sogenannten Dunkelflaute die Versorgungssicherheit herstellen können. Wegen der Wechselwirkung von Energieversorgung und Gebäudetechnik sind ein Architekturkonzept und eine frühzeitige Einbindung der TGA wichtig. Kernelemente der Versorgung sind Wärmepumpen, KWK-Anlagen, Wärme- und eventuell auch Wasserstoffnetze. Die CO2-Emissionen können durch ein intelligentes Konzept deutlich reduziert werden.
Christian Rehtanz, Jürgen Roes, Othmar Verheyen
7. Bauen für Klimawandel und Ressourcenschonung
Zusammenfassung
Das Bauwesen ist in Deutschland und darüber hinaus für einen großen Teil des Ressourcenverbrauchs verantwortlich. Gerade im Bauwesen kann aber der Rohstoffeinsatz deutlich optimiert werden, weshalb er eine wichtige Rolle bei der Umsetzung der Ressourceneffizienz spielt. – Zusätzlich trägt das Handlungsfeld Gebäude in Deutschland mit insgesamt etwa 40 % der CO₂-Emissionen sehr stark zu den Treibhausgasemissionen bei. Damit sind Gebäude für mehr als ein Drittel der direkten und indirekten Treibhausgasemissionen verantwortlich und deshalb kommt dem Baubereich auch eine wichtige Rolle bei der Erreichung der Ziele für Klimaschutz und Ressourcenschonung zu. Die Anforderungen an Klimaschutz und Energieeffizienz, sowie Ressourcenschonung und zirkuläres Wirtschaften müssen vor dem Hintergrund der gesellschaftlichen Transformationsprozesse verstärkt, gleichzeitig und auch in Vernetzung umgesetzt werden. Dieser Beitrag soll die einzelnen Handlungsmöglichkeiten aufzeigen, die sich ganz konkret auf Gebäude und die dabei möglichen Herangehensweisen beziehen.
Annette Hafner
8. Wirtschaftliche Perspektive aus Sicht der Gebäudeeigentümer*innen
Zusammenfassung
Dieser Beitrag beleuchtet das Entscheidungsverhalten der zentralen Akteure bei der Wärmeversorgung von Haushalten, nämlich den Gebäudeeigentümer*innen, aus betriebswirtschaftlicher Sicht. Zum einen betrachten wir die Entscheidungen aus klassischer betriebswirtschaftlicher Perspektive, basierend auf ökonomischen Prinzipien, und untersuchen den Einfluss harter Fakten auf die Entscheidungsfindung, wie zum Beispiel Kosten, Marktpreise sowie Zinsen. Zum anderen folgen wir einem verhaltenswissenschaftlichen Ansatz in der Betriebswirtschaftslehre, der weiche Faktoren des individuellen Entscheidungsverhaltens, wie zum Beispiel Informiertheit, Interesse, Handlungsmotive sowie Einstellungen in den Vordergrund stellt.
Christoph Weber, Karen Wesely, Hartmut Holzmüller

Cluster-Aufteilung

Frontmatter
9. Energieinfrastrukturen umbauen – Zusammenspiel Gebäude, Energiesystem, Nutzer
Zusammenfassung
Die Umstellung der Quartiersversorgung auf erneuerbare Energien liefert einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der klimapolitischen Ziele Deutschlands. In der zukünftigen Energieversorgung müssen die Wechselwirkungen zwischen Gebäuden, Energieversorgungssystemen und Nutzerverhalten berücksichtigt werden. Moderne Gebäudekonzepte und innovative Gebäudetechnik bieten Flexibilität für die vorgelagerten Infrastrukturen. Plusenergiegebäude können ein wichtiger Bestandteil in energetischen Quartiersnetzwerken werden und netzdienlich Energiebedarf sowie Energieangebot abstimmen. Die Investitionsbereitschaft seitens Haus- und Wohnungseigentümer im Quartier ist erforderlich, um nachhaltige Energiesysteme und energieeffizienzfördernde Maßnahmen zu realisieren. Durch die technische Bereitstellung von Systemflexibilität können die Herausforderungen der Quartiersversorgung erfolgreich bewältigt werden.
Angelika Heinzel, Christian Rehtanz, Christian Thommessen, Christoph Weber, Lisa Sieger, Annette Hafner, Simon Slabik, David Kröger
10. Akteur*innen/Nutzer*innen/Eigentümer*innen aktivieren
Zusammenfassung
Die erfolgreiche Umsetzung gemeinschaftlicher Nutzungsmodelle in energiebezogenen Quartierskonzepten erfordert die gezielte Identifikation, Aktivierung und Einbindung verschiedener Akteursgruppen. Der Fokus des Clusters „Akteure, Nutzer, Eigentümer aktivieren“ liegt in diesem Zuge auf der Untersuchung gemeinschaftlicher, oftmals neuartiger Nutzungs- und Organisationsformen, neuer Institutionalisierungen sowie der Exploration von Partizipations- und Kooperationsansätzen. Diese sind entscheidend für eine nachhaltige Quartiersentwicklung. Im Rahmen der in diesem Cluster verorteten Promotionsprojekte werden zum einen die Treiber und Hemmnisse sowie die Akzeptanz gegenüber partizipativen und kooperativen Transformationsprozessen tiefer gehend beleuchtet. Zum anderen wird sich der „Aktivierung von Akteursgruppen“ im Rahmen eines bereits seit fünf Jahren umgesetzten Reallabors genähert. Dabei wird eine ganzheitliche Perspektive eingenommen, die die Perspektiven der Nachhaltigkeitswissenschaft, der Verwaltung und der Bürgerschaft integriert.
Karen Wesely, Hartmut Holzmüller, Lisa Kränke, Petra Schweizer-Ries
11. Neue Handlungsweisen etablieren für Nachhaltigkeit auf Quartiersebene
Zusammenfassung
Wissenschaftliche Theorien postulieren eine untrennbare Verbindung zwischen baulich-physischen und gesellschaftlichen Aspekten in Quartieren. Quartiere werden hierbei als physische Manifestation von Lebens- und Wirtschaftsräumen betrachtet, die sich dynamisch an veränderte Anforderungen anpassen oder angepasst werden müssen.
So stehen auch Quartiere durch Umweltkrisen und gesellschaftliche Veränderungen vor komplexen Herausforderungen, die neue Herangehensweisen und Antworten auf diese Fragen erfordern. Dabei wird die Notwendigkeit und Dringlichkeit deutlich, innovative Ansätze zur Förderung der Nachhaltigkeit in urbanen Quartieren zu entwickeln und zu fördern. Da sowohl technologische als auch soziale Aspekte zu berücksichtigen sind, ist die Aktivierung von Akteurinnen und Akteuren unerlässlich. Die in diesem Kapitel enthaltenen Beiträge beleuchten eine Vielzahl von Aspekten, die diese Herausforderungen verdeutlichen und gleichzeitig potenzielle Lösungen aufzeigen. Zu den diskutierten Aspekten gehören die Nutzung urbaner Reallabore als Experimentierfeld, die Förderung umweltfreundlicher Verkehrsmittel, die flexible Anpassung städtebaulicher Maßnahmen an dynamische Entwicklungen sowie das Konzept der Smart City.
Sina Diersch, Anne Graf, Antonia Rubarth, Mona Treude, Eva Christine Hahn
Backmatter
Titel
Handbuch Nachhaltige Energiesysteme im Quartier
Herausgegeben von
Christa Reicher
Canan Çelik
Eva Christine Hahn
Antonia Rubarth
Copyright-Jahr
2025
Electronic ISBN
978-3-658-45871-3
Print ISBN
978-3-658-45870-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-45871-3

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