Title: Integrated strategic heating and cooling planning on different spatial levels and political framework conditions
Other Titles: Integrierte Strategische Wärme- und Kälteplanung auf verschiedenen räumlichen Ebenen und politische Rahmenbedingungen
Language: English
Authors: Büchele, Richard 
Qualification level: Doctoral
Advisor: Haas, Reinhard 
Issue Date: 2019
Number of Pages: 108
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Um die globalen Klimaschutzziele zu erreichen, müssen in allen Wirtschaftssektoren einschließlich des Wärmesektors enorme Anstrengungen unternommen werden. Für die Dekarbonisierung des Wärmesektors ergeben sich dabei spezielle Anforderungen, da thermische Energiesysteme besonders infrastrukturund daher kapitalintensiv sind, eine lange Lebensdauer haben, eine sehr große Anzahl von Akteuren betreffen, und Wärme aufgrund von Verlusten nicht über sehr lange Strecken transportiert werden kann und daher ein Thema mit räumlich expliziten Herausforderungen darstellt. Um all diese Probleme anzugehen und eine rasche Dekarbonisierung des Wärmesektors zu ermöglichen, sind fortgeschrittene Planungsansätze erforderlich. Dazu definiert diese Arbeit das Konzept der „Integrierten Strategischen Wärmeund Kälteplanung“ und zeigt Methoden auf, wie Wärmeund Kältesysteme einerseits auf nationaler Ebene und andererseits auf lokaler Ebene integrativ geplant werden können und wie ein solcher Planungsprozess den politischen Entscheidungsträgern die notwendigen Informationen liefern kann, um langfristig einen nachhaltigen und kostengünstigen Mix an Optionen zur Energieversorgung und Nachfragereduktion zu erreichen. Basierend auf den präsentierten Planungsansätzen werden Erkenntnisse zu folgenden Forschungsfragen erarbeitet: (i) Wie können verschiedene Methoden und Modelle kombiniert werden, um die Ziele einer „Integrierten Strategischen Wärmeund Kälteplanung“ auf nationaler und lokaler Ebene zu erreichen? (ii) Welche Implikationen, Stärken und Grenzen weisen diese Planungsansätze auf nationaler und lokaler Ebene auf? (iii) Welche politischen Schlussfolgerungen und Empfehlungen lassen sich aus einer „Integrierten Strategischen Wärmeund Kälteplanung“ ableiten? Zur Beantwortung dieser Forschungsfragen werden in den beiden vorgestellten Planungsansätzen Methoden und Modelle so kombiniert, dass die in dieser Arbeit definierten Anforderungen an eine „Integrierte Strategische Wärmeund Kälteplanung“ erfüllt werden. Auf nationaler Ebene wird eine umfassende Bewertung des Fernwärmepotenzials für Österreich präsentiert, in welcher der simulierte zukünftige Wärmebedarf räumlich verortet und als Input für eine Kosten-Nutzen-Analyse verwendet wird. Auf lokaler Ebene wird - exemplarisch für die Stadt Braşov in Rumänien die günstigste Kombination von kostenoptimalen Sanierungspaketen mit optimierter Fernwärmeversorgung für verschiedene Gebäudetypen in unterschiedlichen Gebieten im Vergleich zum bestehenden Wärmenetz berechnet. Die Ergebnisse der nationalen Analyse für Österreich zeigen, dass bei sehr hohen Anschlussraten von 90% des Wärmebedarfes in Fernwärmeversorgten Gebieten, ein sehr hohes wirtschaftliches Fernwärmepotenzial von 67% des Raumwärmebedarfes besteht, während bei einer Anschlussrate von 45% das Potenzial um fast zwei Drittel abnimmt. Für den Fall Braşov zeigt die Analyse, dass Fernwärme dort künftig nur bei Implementierung einer Kombination von wirksamen politischen Maßnahmen oder durch einen strengen Zonierungsansatz eine relevante Rolle spielen kann, um so einen „Lock-In“ einer ausschließlichen Erdgasversorgung zu verhindern. Beide Analysen zeigen jedoch auch, dass die kostenoptimale Kombination aus Wärmeeinsparung und der jeweiligen Versorgungsoption nicht unbedingt die ökologischste oder „erwünschte“ Lösung ist und dazu führen kann, dass wichtige Klimaschutzziele verfehlt werden. Aus diesem Grund muss „Integrierte Strategische Wärmeund Kälteplanung“ die politischen Rahmenbedingungen berücksichtigen und in die politische Diskussion einfließen, um Strategien entwickeln zu können, die günstige Rahmenbedingungen für Wärmeeinsparungen und den Einsatz erneuerbarer Wärmeversorgungstechnologien schaffen.

To reach the global climate protection goals a huge effort has to be taken in all economic sectors including the heating sector. However, decarbonising the heating sector is an especially challenging task because thermal energy systems are infrastructure intensive and therefore capital intensive, have long lifetimes and involve a very high number of affected actors. Furthermore, decarbonising the heating sector is a spatially explicit issue because heat cannot be transported over too long distances due to thermal losses. To overcome all these issues advanced planning approaches are needed to guide and facilitate the decarbonisation of this sector. As a core objective, this thesis defines the concept of „Integrated Strategic Heating and Cooling Planning“ as a recommended planning approach and presents two methodologies on how heating and cooling systems can be planned in an integrative way on the national level on the one hand and on a local level on the other hand. The concept includes a process on how policy makers can be provided with relevant and necessary information to implement a sustainable and cost-effective mix of energy supply and demand policies and options in the long term. Based on this objective insights to following research questions are given: (i) How can different methods and tools be combined to fulfil the objectives of Integrated Strategic Heating and Cooling Planning on national and on local level? (ii) Which implications and strengths or limitations do these planning approaches have on the national and on the local level? (iii) Which political conclusions and recommendations can be derived from Integrated Strategic Heating and Cooling Planning? To answer these questions different chains of tools and methods are presented to effectively consider the requirements of Integrated Strategic Heating and Cooling Planning defined within this work. On the national level a comprehensive assessment of the potential for district heating for Austria is presented where the spatial disaggregated output of a heat demand simulation tool is used as an input for a cost-benefit analysis. On the local level, the least cost combination of cost-optimal building renovation packages with optimised district heating supply is calculated for different building types located in different areas with respect to the existing district heating network for the case study city of Braşov in Romania. The results of the national assessment for Austria show that with high connection rates of 90% (share of heat demand connected to network in the respective district heating areas), there is a very high potential of 67% of the Austrian heating demand suitable for district heating, whereas with a connection rate of 45% the potential decreases by almost two-thirds. For the case of Braşov the analysis shows that district heating only can play a relevant role if a combination of effective policy measures is implemented or alternatively by a strict zoning approach with obligatory connection to district heating. District heating, however, may be necessary to prevent lock-in effects due to high shares of natural gas in the heat supply. Both assessments showed that the cost-optimal combination of the future heat demand based on cost-effective heat saving levels and the respective supply option is not necessarily the most ecological or desired solution and may result in missing important climate protection targets. This is why Integrated Strategic Heating and Cooling Planning Processes have to consider political framework conditions and should feed into the political discussion to develop policies to foster favourable conditions for the implementation of heat savings and the deployment of renewable heating and cooling technologies. Therefore, Integrated Strategic Heating and Cooling Planning with its policy discussion process is essential to reach a sustainable, decarbonised and cost-effective mix of energy supply and energy efficiency options in the long term.
Keywords: Fernwärme; Energieraumplanung; Sanierung; Optimierung
District Heating; Energy Planning; Heat Savings; Building Renovation; Optimisation
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-128334
http://hdl.handle.net/20.500.12708/11430
Library ID: AC15455642
Organisation: E370 - Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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