Schlussbericht zum Teilvorhaben "Gesamtkoordination und Systemkonzeption/-optimierung auf Quartiersebene"; Verbundvorhaben EnStadt_EsWest: Klimaneutrales Stadtquartier Neue Weststadt Esslingen

Abstract

Das Verbundvorhaben „EnStadt:EsWest – Klimaneutrales Stadtquartier Neue Weststadt Esslingen“ wurde im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung gefördert. Ziel des Projekts war es, ein innerstädtisches Stadtquartier als Modellstandort für eine nahezu klimaneutrale Energieversorgung zu entwickeln, umzusetzen und wissenschaftlich zu begleiten. Das Projekt diente als Reallabor, um die technische, organisatorische und gesellschaftliche Machbarkeit integrierter Energiekonzepte im urbanen Kontext zu demonstrieren. Das Steinbeis-Innovationszentrum energieplus (siz) übernahm im Verbund die Gesamtkoordination, Systemkonzeption und -optimierung. Es entwickelte das technische Quartierskonzept, begleitete die Genehmigungsprozesse, koordinierte die wissenschaftliche Evaluation und führte das technische Monitoring durch. Im Mittelpunkt des Vorhabens stand die Sektorkopplung von Strom-, Wärme- und Mobilitätssystemen. Kernkomponente ist eine Quartiers-Energiezentrale mit einem 1 MWel alkalischen Elektrolyseur, der erneuerbaren Strom in grünen Wasserstoff umwandelt. Der Elektrolyseur soll jährlich rund 85 Tonnen Wasserstoff erzeugen und wird dabei energiewendedienlich betrieben – d. h. mit flexibler Fahrweise nach Verfügbarkeit erneuerbarer Energien und Strompreissignalen. Die im Elektrolyseprozess anfallende Abwärme auf einem Temperaturniveau von 60–65 °C wird nahezu vollständig über ein niedertemperaturfähiges Wärmenetz zur Beheizung und Warmwasserbereitung der angrenzenden Wohn- und Hochschulgebäude genutzt. Ergänzend sichern eine Wärmepumpe, Biomethan-Blockheizkraftwerke und ein Wärmespeicher die Versorgungssicherheit und gewährleisten eine Gesamteffizienz von bis zu 80 %. Die Abwärme aus der Elektrolyse ersetzt fossile Energiequellen und reduziert den Primärenergiebedarf der Gebäude signifikant. Der erzeugte grüne Wasserstoff soll im Konzept „Power-to-Gas & Heat“ (P2G&H) möglichst mit hoher Klimaschutzwirkung verwertet werden. Er dient aktuell der Einspeisung in das städtische Gasnetz zur schrittweisen Dekarbonisierung der lokalen Gasversorgung (beimischfähig bis ca. 2,5 Vol.-%). Perspektivisch ist zudem eine Nutzung im Mobilitätssektor und in der Industrie angestrebt. Auf diese Weise wird eine hohe Sektorkopplungs- und Klimaschutzwirkung erzielt, da der Wasserstoff dort eingesetzt wird, wo direkte Elektrifizierung technisch oder wirtschaftlich nicht sinnvoll ist. Das technische Monitoring der Betriebsjahre 2022–2024 belegt die erfolgreiche Umsetzung und Effizienz des Systems. Der Gesamtnutzungsgrad der Energiezentrale beträgt rund 76 %, mit einem Wasserstoff-Wirkungsgrad von etwa 64 % (Brennwert). Die kombinierte Nutzung von Wasserstoff und Abwärme ermöglicht eine nahezu klimaneutrale Treibhausgasbilanz, insbesondere bei bilanziell grünem Strombezug über Direktstromlieferverträge (PPA). Das intelligente Energiemanagementsystem (EMS) gewährleistet eine netz- und marktdienliche Fahrweise und bildet die Grundlage für übertragbare Betriebsstrategien zukünftiger urbaner Wasserstoffsysteme. Ein weiteres Element des Projekts war der Aufbau eines digitalen Quartiers-Informations-Systems (QIS). Dieses ermöglicht die Visualisierung und Analyse von Energieflüssen, Betriebsdaten und CO₂-Bilanzen nahezu mit aktuellen Daten. Damit werden Transparenz, Wissenstransfer und Nachvollziehbarkeit für Forschung, Kommune, Energieversorger und Öffentlichkeit geschaffen. Besonderer Wert wurde auf Bürgerbeteiligung und Öffentlichkeitsarbeit gelegt. Durch Informationsveranstaltungen, Führungen und digitale Kommunikationsformate wurden Bewohner von Esslingen und die Fachöffentlichkeit aktiv einbezogen. Das Projekt hat einen Beitrag zur Sensibilisierung für die Energiewende auf Quartiersebene geleistet und neue Wege der Vermittlung komplexer Energiethemen aufgezeigt. Die Ergebnisse und Werkzeuge des Projekts, insbesondere die methodischen Grundlagen zur Systemintegration, das QIS-Tool und die Erfahrungen aus dem Reallaborbetrieb, bieten hohe Übertragbarkeit auf andere urbane Gebiete. EnStadt:EsWest zeigt, dass durch die Verbindung von technischer Innovation, städtebaulicher Integration und aktiver Bürgerbeteiligung ein wesentlicher Beitrag zur Umsetzung der Energiewende im urbanen Raum geleistet werden kann. Das Projekt besitzt Modellcharakter für zukünftige klimaneutrale Stadtquartiere in Deutschland und international.