Urbane digitale Zwillinge in der Wärmeplanung

Ausgangslage

Um die nationalen Klimaschutzziele des Bundes aus dem Klimaschutzgesetz (KSG) zu erreichen, hat die Bundesregierung das Gebäudeenergiegesetz (GEG) mit der Pflicht gekoppelt, eine Wärmeplanung einzurichten. Das „Gesetz für die Wärmeplanung und zur Dekarbonisierung der Wärmenetze“ (WPG) sieht vor, dass in Großstädten spätestens bis zum 30. Juni 2026 ein Wärmeplan vorliegen muss, in Städten mit weniger als 100.000 Einwohnenden bis zum 30. Juni 2028. Damit werden die Länder verpflichtet, die Erstellung von Wärmeplänen in ihrem Hoheitsgebiet flächendeckend zu gewährleisten.

Für die Wärmeplanung kann die Verwendung digitaler Modelle von Energieversorgungsinfrastrukturen und -bedarfen einen wichtigen Mehrwert bieten. So ermöglicht zum Beispiel ein urbaner digitaler Zwilling (UDZ) eine Echtzeitdatenintegration von Verbräuchen, eine strukturierte Datenverarbeitung sowie eine Simulation möglicher Nachhaltigkeitsszenarien. Ein solcher urbaner digitaler Zwilling erfasst im besten Falle Gebäude, Anlagen der Energieversorgung und Versorgungsnetze auf Quartiers- beziehungsweise Stadtebene. 

Im Rahmen der Modellprojekte Smart Cities (MPSC) wird die kommunale Wärmeplanung beziehungsweise das Handlungsfeld „Klimaschutz“ teilweise bereits aufgegriffen (zum Beispiel Regensburg, Kiel, Leipzig und München). Regensburg hat zum Beispiel einen sogenannten Sanierungs-Zwilling zur Berechnung von Sanierungsoptionen entwickelt. Darüber hinaus sind auch jenseits der geförderten Modellprojekte bereits Anwendungsbeispiele für digitale Zwillinge im Kontext der Wärmewende erkennbar, zum Beispiel in Hagen, Apolda, Heidelberg, Augsburg, Mannheim, Aurich, Iserlohn, Kamp-Lintfort, Freiburg oder Bad Krozingen.

Über den unmittelbaren kommunalen Kontext hinaus könnten UDZ perspektivisch auch einen Beitrag zur Harmonisierung der Wärmeplanungen und zur Erschließung von Synergien zwischen Bund, Ländern und Kommunen leisten. Insgesamt kann somit von einem hohen Potenzial der Nutzung digitaler Zwillinge für die Wärmeplanung ausgegangen werden. 

Ziel

Das vorliegende Vorhaben zielt daher darauf ab, zunächst die Voraussetzungen des Einsatzes von UDZ in der kommunalen Wärmeplanung zu beschreiben. Im Kern werden die mit dem Einsatz von UDZ verbundenen Potenziale entlang der Prozessschritte der kommunalen Wärmeplanung herausgearbeitet. Folglich gilt es zunächst, einen Überblick über den aktuellen Stand der Praxis bei der Verwendung digitaler Hilfsmittel im Rahmen der kommunalen Wärmeplanung zu erstellen. Auf dieser Grundlage werden Kommunen identifiziert, bei denen UDZ zur Wärmeplanung bereits eingesetzt werden. Daran anschließend werden führende Kommunen für eine vergleichende Fallstudie herangezogen, um den aktuellen Stand der Technik und Praxis zu analysieren. Aufbauend darauf werden zukünftige Potenziale der Verwendung von UDZ in der Wärmeplanung ermittelt und die damit verbundenen technischen Implikationen bewertet.

Konzept 

Das Projekt adressiert folgende Forschungsfragen: 

• Was ist aktueller Stand der Praxis bezüglich der Verwendung urbaner digitaler Zwillinge und deren Vorstufen wie urbanen Datenplattformen in der kommunalen Wärmeplanung?
• Welche Potenziale haben urbane digitale Zwillinge in den unterschiedlichen Prozessschritten der kommunalen Wärmeplanung?
• Welche technischen und organisatorischen Voraussetzungen sind zu erfüllen, um urbane digitale Zwillinge für die kommunale Wärmeplanung nutzbar zu machen?

Im Ergebnis werden die Potenziale urbaner digitaler Zwillinge in einzelnen Aufgabenbereichen der Wärmeplanung praxisnah dargestellt. Best-Practice-Beispiele werden derart aufbereitet, dass sie mittels verallgemeinerter Anwendungshinweise auf andere Kommunen übertragbar sind. Zudem werden idealtypische Umsetzungsschritte für die Nutzung urbaner digitaler Zwillinge in der Wärmplanung vorgelegt.

Auftragnehmer des Forschungsprojekts sind das Deutsche Institut für Urbanistik (difu) und das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE (Kaiserslautern) als Teil des Forschungsclusters der Koordinierungs- und Transferstelle Modellprojekte Smart Cities (KTS).