Entwicklung und Untersuchung von Pfadszenarien für die Transformation dezentraler Quartiersversorgungskonzepte

In der Entwicklung und Untersuchung von Energieversorgungskonzepten ist in den letzten
Jahren zunehmend das Quartier als Bilanzraum herangezogen worden. Dabei liegt in vielen
Studien der Fokus auf m¨oglichen Endkonzepten, wobei schrittweise Transformationen
nicht beachtet werden. Daher werden in dieser Arbeit notwendige Transformationen des
deutschen Geb¨audesektors zu Erreichung der im Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG) festgeschriebenen
Emissionsziele identifiziert. Dieses Ziel wird durch eine Meta-Analye sechs
nationaler Transformationsstudien erreicht. Darauf aufbauend werden die identifizierten
Maßnahmen zun¨achst einzeln und dann kombiniert in Form von Pfadszenarien f¨ur ein
beispielhaftes Wohnquartier simulativ bewertet. In der Meta-Analyse der Transformationsstudien
wird gezeigt, dass im deutschen Geb¨audebestand bis 2045 ¨ Olkessel vollst¨andig
und Gaskessel weitestgehend durch W¨armenetze und dezentrale W¨armepumpen verdr¨angt
werden. Eine h¨ohere Verf¨ugbarkeit von Wasserstoff oder erneuerbarem Methan kann dazu
f¨uhren, dass mehr Gaskessel im Geb¨audebestand verbleiben. Ferner m¨ussen Photovoltaik-
Anlagen auf einem Großteil der Dachfl¨achen installiert und die Geb¨audeh¨ulle von rund
drei Viertel der Geb¨aude gem¨aß KfW 70 bis KfW 55 Standard ged¨ammt werden. Die
simulative Bewertung der dezentralen Einzelmaßnahmen verdeutlicht, dass PV-Anlagen
im Vergleich zu W¨armepumpen und Sanierungen zu einer Reduktion der j¨ahrlichen Kosten
f¨uhren k¨onnen. Die Einsparung von Endenergie und Treibhausgas-Emissionen liegen dabei
jedoch unter denen der anderen Maßnahmen. Bei der Analyse der Pfadszenarien wird
gezeigt, dass die kumulierten Emissionen des Gesamtsystems vor allem abh¨angig vom
den Umsetzungszeitpunkten der Sanierungen und W¨armepumpen sind. Dabei werden im
Pfadszenario mit tendenziell sp¨ater umgesetzten Sanierungen und W¨armepumpen ¨ahnliche
kumulierte Emissionen erzeugt, wie in einem Pfadszenario, in welchem bei sukzessive
ansteigender Verf¨ugbarkeit erneuerbarer Gase weiterhin auf Gaskessel gesetzt wird. Aufgrund
hoher variabler Betriebskosten werden in letzterem Pfadszenario jedoch rund 25 %
Mehrkosten als in alternativen Pfadszenarien mit W¨armepumpen erreicht.

In the development and investigation of energy supply concepts, the quarter has increasingly
been used as an area of scope in the recent years. However, in many studies the focus is on
possible final concepts, whereby stepwise transformations are not considered. Therefore,
this work first identifies necessary transformation measures of the German building sector
to achieve the emission targets of the Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG). This is achieved
by a meta-analysis of six national transformation studies. Based on this, the identified
measures are simulatively evaluated first individually and then in combination in the form
of path scenarios for an exemplary residential quarter. In the meta-analysis of the national
transformation studies, it is shown that oil boilers will be completely displaced and gas
boilers largely replaced by heat grids and decentralized heat pumps in the German building
stock by 2045. Higher availability of hydrogen or renewable methane may lead to more
gas boilers remaining in the building stock. Furthermore, photovoltaic systems need to
be installed on a large part of the roof surfaces and about 77 % of the buildings need to
be refurbished reaching KfW 70 or even KfW 55 standards. The simulative evaluation
of the decentralized individual measures shows that PV systems are the economic most
favourable measure compared to heat pumps and refurbishments. However, the savings of
final energy and greenhouse gas emissions are lower than those of the other measures. The
analysis of the path scenarios shows that the cumulative emissions are mainly dependent
on the implementation dates of the refurbishments and heat pumps. A path with a late
implementation of those measures shows similar emissions to a path with gas boilers and
successively increasing availability of renewable gases. However, due to high variable
operating costs, the latter path scenario leads to 25 % additional costs compared to path
scenarios with heat pumps.