Erneuerbare Energien

Die Stadt Leipzig hat sich ein ambitioniertes Klimaschutzziel gesetzt, das im Energie- und Klimaschutzprogramm 2030 beschrieben wird. Es sieht vor, bis zum Jahr 2040 Klimaneutralität bezüglich des gesamten Energieverbrauchs innerhalb Leipzigs zu erreichen, wobei Maßnahmen ergriffen werden, um dieses Ziel bereits im Jahr 2030 zu erreichen.

Dem Ausbau der erneuerbaren Energien kommt dabei eine Schlüsselfunktion zu, denn nur
so kann die Dekarbonisierung der gesamten Strom- und Wärmeversorgung erreicht werden. Zu diesem Zweck ist die Einrichtung von Photovoltaik- und Solarthermieanlagen
größenmäßig abgestimmt auf Neubauten, Bestandsgebäude und Freiflächen vorgesehen bzw. erfolgt. (EKSP, Erfolgsfaktor 2).

Diese Quellen der erneuerbaren Energien sind zwangsläufig dezentral über die Stadt verteilt und müssen koordiniert werden, da die Energiemenge, die durch erneuerbare Energien erzeugt wird, viel schlechter steuerbar ist als die Stromgewinnung aus herkömmlichen Quellen wie z. B. die Kohleverstromung.

Um Lösungen für diese Aufgaben zu erproben und umzusetzen, wurden im Zuge von SPARCS verschiedene Anlagen in Modellquartieren der Stadt erbaut und über digitale Anwendungen Energieerzeugung und -bedarfe beobachtet, ausgewertet und intelligent gesteuert. Diese Quartiere sind zu Reallaboren bei der Erprobung einer energiepositiven Stadt Leipzig geworden.

SPARCS-Maßnahmen

Solarthermieanlage Leipzig-West und Speicher

Das kommunale Energieversorgungssystem der Zukunft soll den höchsten Grad an Versorgungssicherheit gewährleisten, Ressourcen, Klima und Umwelt schonen und dabei preiswert bleiben. Dafür setzt die Stadt u. a. auf ihr Fernwärmenetz, das bereits seit 110 Jahren für Verlässlichkeit und Bezahlbarkeit steht – und ausbaufähig ist.

Das Leipziger Fernwärmenetz kann verschiedene erneuerbare Technologien einspeisen und so entscheidend zur Verbesserung der CO2-Bilanz beitragen.

Die Solarthermie gilt als besonders klimaschonend, kann aber aufgrund der natürlicherweise schwankenden Sonneneinstrahlung (Tag/Nacht, Jahreszeiten) Energie nicht gleichmäßig zur Verfügung stellen. Deshalb ist zur effektiven Nutzung von Solarthermie die Kombination aus Energieproduktion und Energiespeicherung essenziell.

Die Solarthermieanlage Leipzig-West wird für die Stadtwerke die erste Quelle erneuerbarer Energien und die größte deutschlandweit sein. An einem Sommertag kann die Solarthermieanlage 20 % der Fernwärme bereitstellen (2 % im Jahresdurchschnitt).

Der Speicher in Leipzig-West wird den Betrieb des Fernwärmenetzes im Heißwasserverbund der Leipziger Stadtwerke flexibilisieren und die Einbindung von unstetigen erneuerbaren Wärmequellen ermöglichen.

Der Bau der Solarthermieanlage Leipzig-West hat im März 2024 begonnen und sieht eine Inbetriebnahme Ende 2025 vor. Effiziente Hochtemperaturkollektoren sorgen dafür, dass auf hohem Temperaturniveau direkt in den Vorlauf eingespeist werden kann. Der bereits bestehende 2-Zonen-Wärmespeicher ermöglicht hohe
Speichertemperaturen von über 100°C ohne zusätzliche Druckhaltung.

Erneuerbare Wärmequellen, die nicht immer gleichmäßig zur Verfügung stehen, stellen unsere bisherigen Fernwärmenetze vor große Herausforderungen. Langfristig werden Ausbau und Flexibilisierung der Netze sowie die Weiterentwicklung von Speicherkapazitäten notwendig sein. Für den Erfolg der Solarthermie bleiben Flächensuche und Flächenmanagement auf kommunaler und regionaler Ebene entscheidende Faktoren. Die hier vorgestellten Anlagen sind nur ein erster Schritt in diese Richtung.

Speicher der künftigen Solarthermieanlage Leipzig West
Wärmespeicher Heizkraftwerk Süd
(Quelle: Leipziger Stadtwerke)
Die geplante Solarthermieanlage
Leipzig-West (Quelle: Leipziger Stadtwerke)

Solarthermieanlage

Fläche
Rd. 65 000 m2

Bruttokollektorfläche
auf rd. 10 ha.

Treibhausgas-Einsparung
Rd. 7 000 Tonnen vermiedene CO2-Äq.
(Quelle: UBA, Emissionsbilanz EE 2021)

Produzierte Wärme
Rd. 26 GWh/Jahr

Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Anlagenbauer: Ritter-XL-Solar (Marke der Ritter Energie- u. Umwelttechnik GmbH & Co. KG),
Leipziger Stadtwerke, Netz Leipzig, Stadt Leipzig (Genehmigung), regionale Planungsbüros & Gutachter

Ort
Leipzig, Stadtteil Lausen Grünau

Wärmespeicher
für Solarthermie

Speichervolumen
Rd. 43000 m3 nutzbares Volumen
& rd. 20000 m3 Auflastvolumen
(2-Zonen-Speicher)

Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Anlagenbauer: Bilfinger, Leipziger Stadtwerke, Netz Leipzig, Stadt Leipzig (Genehmigung), regionale Planungsbüros, Gutachterinnen und Gutachter

Ort
Leipzig, Stadtteil Lößnig

Weiterführende Informationen
www.zukunft-fernwaerme.de

Photovoltaikanlagen und Stromspeicher
im Dunckerviertel

Auf Dächern im Dunckerviertel wurden drei Photovoltaikanlagen eingerichtet, von denen die beiden in der Beckerstraße 26–34 als Volleinspeiser insgesamt eine Leistung von 45 kWp erbringen und pro Jahr ca. 42 000 kWh Strom erzeugen.

Die dritte Anlage (Beckerstraße 36–42) ist zum Eigenverbrauch mit Speicher konzipiert. Sie erbringt eine Leistung von 30 kWp. Ist der Speicher (12 kWh; 4,6 kW) gefüllt, wird der Überschuss ins allgemeine Netz eingespeist.

Der für den Eigenverbrauch erzeugte Strom wird für Bereiche der Allgemeinheit verwendet, z. B. für Heizung, Treppenhausbeleuchtung und Kellerlicht. Die gesamte Energieerzeugung dieser dritten Anlage beläuft sich
auf 27 000 kWh pro Jahr. Zwei Ziele können mit dieser Leistung erreicht werden: Zum einen ist der Eigenverbrauch abgedeckt und zum anderen erhöht sich die Autarkie des Viertels aufgrund der Speichermöglichkeit.

In zwei Ausbaustufen nähert sich das Projekt diesem Ziel an:

  • In Ausbaustufe 1 wird in der Beckerstr. 38 der erzeugte Strom der Photovoltaikanlage für die Treppenhausbeleuchtung und den Betriebsstrom der Heizungsanlage (bisheriger Verbrauch ca. 1 650 kWh pro Jahr) genutzt.
  • In Ausbaustufe 2 sollen der Treppenhausstrom der Häuser Beckerstr. 36–42 und deren Heizungsanlage betrieben werden (bisheriger Verbrauch ca. 2 600 kWh pro Jahr).


Alles deutet darauf hin, dass annähernd der gesamte Stromverbrauch durch die Photovoltaikanlage und den Speicher abgedeckt werden kann. Das würde bedeuten, dass der Allgemeinstrom zu 100 % aus erneuerbarer Energie und CO2-frei (betriebsbezogen) erzeugt werden kann. Da die Einsparungen auf alle Mieterinnen und Mieter im Objekt umgelegt werden, ist diese Variante der Stromversorgung außerdem kostengünstig.

Stromspeicher
(Quelle: WSL Wohnen & Service Leipzig GmbH)
Photovoltaikanlagen auf den SPARCS-Gebäuden im Dunckerviertel
(Quelle: WSL Wohnen & Service Leipzig GmbH, Martin Klingenmeier)

Fläche
3 Photovoltaikanlagen und
ein Batteriespeicher

Treibhausgas-Einsparung
30 Tonnen pro Jahr
(zum deutschen Strommix 2021)

Gesamtstromerzeugung
der drei Anlagen
69 000 kWh pro Jahr

Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
WSL Wohnen & Service Leipzig

Ort
Leipzig, Dunckerviertel

Photovoltaikanlagen und Stromspeicher
auf der Leipziger Baumwollspinnerei

Die großflächigen Dächer der ehemaligen Industriehallen auf dem Gelände bieten ein großes Potenzial für die Erzeugung von Solarstrom mittels Photovoltaikmodulen.

Der Grundstein für die Erschließung dieses Potenzials wurde im Rahmen des SPARCS- Projektes mit einer 71 kWp-Anlage gelegt. Die Leistung der Photovoltaikanlage variiert je nach Sonnenstand.

Da die örtliche Stromnachfrage und die Solarstromerzeugung nicht immer deckungsgleich sind, wurde das System um
einen 50 kW-Stromspeicher mit Lithium-Ionen- Batterien ergänzt. Dadurch kann überschüssiger Strom gespeichert werden. Zudem kann der Solarstrom über ein digitales Lastmanagement zielgerichtet auf dem Gelände verteilt werden – bspw. zur Betankung von E-Autos auf dem Spinnereigelände.

Auch wenn Photovoltaikanlagen an sich nichts Neues sind, ist die digitale Vernetzung in Echtzeit mit Speicher- und Verbrauchskapazitäten und dem Verteilnetz der Stadt ein innovativer Ansatz, der repräsentativ für die Energiewende im Gebäudebestand ist.

Des Weiteren ist über SPARCS hinaus ein konsequenter Ausbau der Solarstromerzeugung auf dem Gelände der Spinnerei geplant. Eine Simulation des möglichen Energieertrags aller Dachflächen wurde durchgeführt, die Umsetzung der Arbeiten muss aber sowohl mit notwendigen Sanierungsarbeiten der Dachflächen als auch mit anspruchsvollen Denkmalschutzkriterien zusammengeführt werden.

Photovoltaikanlage auf dem Dach der Halle 10 (Quelle: Cenero Energy GmbH)

Fläche der
Photovoltaikanlage
339,3 m2

Leistung der
Photovoltaikanlage
71 kWp

Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Cenero GmbH

Ort
Halle 10, Baumwollspinnerei
Leipzig

Szenarien für eine klimaneutrale Fernwärme

Durch Fernwärme werden aktuell knapp 30 % des Wärmebedarfs Leipzigs gedeckt – Tendenz
steigend. Im Rahmen von SPARCS hat das Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement ein Optimierungsmodell entwickelt, um die strategische Planung von Fernwärmesystemen zu unterstützen. Die Ergebnisse geben einen Ausblick auf Optionen für eine nachhaltige, kostengünstige und sichere Versorgung mit Fernwärme im Jahr 2038. Die technischen Daten für die Zukunftsszenarien fließen dabei in das am Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement entwickelte Energiesystemmodell Integrierte Ressourcen Planung und Optimierung (IRPopt) ein. Darin werden unterschiedliche Preise der Energieträger und Variationen der künftigen Wärmenachfrage berücksichtigt. Zur Auswertung der Ergebnisse wird ein eigens entwickeltes Analysetool genutzt. Diese Kombination lässt eine ökonomische und technische Bewertung der verschiedenen Portfolios bezüglich Kosten sowie Versorgungssicherheit für die Endkundschaft des Fernwärmesystems und die Erzeugerinnen und Erzeuger zu.

Die untersuchten Varianten werden in Erzeugungstechnologien und Energieträger unterschieden:

  • Verfügbarkeit von Wasserstoff über internationale und lokale Märkte,
  • diversifizierte Nutzung von Biomasse, industrieller Abwärme und Solarthermie,
  • Elektrifizierung der Wärmeversorgung sowie
  • Verfügbarkeit von Erdgas zu wettbewerbsfähigen Preisen mit einer Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff nach der Verbrennung (Carbon Capture and Storage).


Aus dem Modell wird ersichtlich, welche Energieträger und Erzeugungstechnologien zu welchen Gesamtkosten der Wärmeerzeugung führen. Die Untersuchungen zeigen, dass die Nutzung verschiedener Technologien und Brennstoffe zu einer geringeren Anfälligkeit gegenüber Preisänderungen bei Brennstoffen führt.

Energiesystemmodell Integrierte Ressourcen Planung und Optimierung
(Quelle: Universität Leipzig - Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)

Ziel
Modellierung eines klimaneutralen Fernwärmesystems

Erkenntnis
Szenarien für die Gesamtkosten der Wärmeerzeugung sowie Auslegung der Technologieoptionen

Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Leipziger Stadtwerke, Universität Leipzig

Ort
Leipzig, Stadtteil Lausen Grünau

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