Projekt

In diesem Projekt wird ein Digitaler Zwilling für den Anwendungsfall „Energie als Simulationstool für energetische Sanierungen“ im Stadtgebiet aufgebaut. Das Projekt wird auf Basis der Erkenntnisse des Vorprojekts Digitaler Energie-Zwilling weiterentwickelt: Der Prototyp bildet Gebäude mit ihren statischen Daten (z.B. Flächen, Volumen) in einem digitalen, dreidimensionalen Modell nach. Der Energiebedarf kann bei Eingabe weiterer Informationen gebäudespezifisch abgebildet oder auf Blöcke, Blockgruppen, Bezirke und Stadtteile aggregiert werden. Für den Energiebedarf ermitteln Algorithmen, auf Basis der Gebäudedaten und der statistischen Daten, den Energiebedarf sowie Einsparpotentiale, um die Effekte einzelner Sanierungsmaßnahmen individuell für einzelne Untersuchungsgebäude zu simulieren. Zur Verifizierung dieser Algorithmen wurden wiederum sehr genaue, sensorbasierte Messdaten im Quartier Margaretenau erhoben, aufbereitet und mit den Berechnungen abgeglichen.

Aufbauend auf den bisherigen Entwicklungen sowie den erarbeiteten Erkenntnissen und Standards zu Funktionalität und datenschutzrechtlichen Rahmenbedingungen soll nun der Prototyp in cross-innovativer Methodik (weiter-)entwickelt werden. Dabei unterstützen die etablierten Cluster und Netzwerke der Stadt Regensburg.
Der Digitale Energie-Zwilling hilft somit Entscheidungsgrundlagen zu visualisieren und zu simulieren, die auf einer soliden Datenbasis und einem umfangreichen Verständnis des Energiesystems basieren.

Herausforderung

Eine sozialgerechte energetische Sanierung ist im gesamten Stadtgebiet notwendig, um die im Regensburg-Plan 2040 und dem Green Deal Regensburg gesetzten Klimaziele zu erreichen. Demnach ist das Projekt ein wichtiger Baustein für die energetische Transformation und eine effektive und grüne Energieversorgung. Als bedeutender Industriestandort weist die Stadt Regensburg einen überproportional hohen Energieverbrauch (> 4 GWh im Jahr 2019) auf und muss im Sinne der Klimaziele den gesamten Energieverbrauch im Stadtgebiet reduzieren und die Effizienz des Energiesystems steigern. Zusätzlich ist Regensburg eine stetig wachsende Stadt und bekennt sich im Regensburg-Plan 2040 zu weiterem Wachstum. Ein damit linear einhergehender Ressourcenverbrauch kann nur durch eine Effizienzsteigerung und Dekarbonisierung des Energiesystems abgeschwächt werden.

Lösung

Unter Einbezug städtischer Rahmenbedingungen und verschiedener Stakeholder bietet der digitale Energie-Zwilling grundsätzlich breites Anwendungspotential für Stadtverwaltung sowie verschiedene Stakeholder im Energiesektor. Das Informations- und Simulationstool soll kurzfristig Informationen zu Sanierungen niederschwellig und attraktiv aufbereiten und eine erste Sanierungsbewertung ermöglichen.

Der bislang verstreute Datenbestand soll als zentrale digitale Datenbasis für die ressourcenschonende und bedarfsgerechte Planung der nachhaltigen energetischen Versorgung von Quartieren (datenbasierte Planungs- und Entscheidungsgrundlage) nutzbar gemacht werden. Das Tool und die dahinterliegende Infrastruktur erleichtern den Informations- und Datenaustausch zwischen verschiedenen Stakeholdern (Bürgerinnen und Bürger, verwaltungsinternen und -externen Akteurinnen und Akteure des Energiebereichs, etc.), u.a. durch eine Upload-Funktion von gebäudespezifischen Informationen in Kombination mit Berechnungen.

Als quartiers- und stadtweites Energie-Monitoring unterstützt der Energie-Zwilling durch detailliertere Berechnungen und Simulationen ressourcenschonendere und effizientere Energieversorgungs- und Sanierungsprojekte. Die Handlungsbereitschaft zu Sanierungsmaßnahmen kann durch niedrigschwellige Berechnung von Einsparpotentialen und Entwicklung von Empfehlungen attraktiver gemacht und erhöht werden.

Vorgehen

Aufbauend auf der in Phase A etablierten Struktur für die digitale Datengrundlage (statische Gebäudedaten, vereinzelte Verbrauchsdaten) und dem prototypisierten digitalen 3D-Modell inkl. funktionierenden Algorithmen und Simulationen soll das Tool nun konzeptionell geschärft, technisch weiterentwickelt und räumlich-funktional skaliert werden:

In cross-innovativen Workshops werden vorhandene technische Systeme, Arbeitsprozesse, und Daten(-quellen) verschiedener Akteursgruppen aus dem Bereich Energie (z.B. verschiedene verwaltungsinterne Bereiche, Energieversorger, Netzbetreiber, Energieagentur, Hochschule) zusammengebracht. So sollen weitere Anwendungsfälle, Datenquellen und –eigner und optimierbare Prozesse für den Energie-Zwilling als technische Unterstützung identifiziert und angegangen sowie Kooperationen gebildet werden.

Der Ausbau der Datengrundlage (z.B. durch Bedarfsausweis, Verbrauchsdaten, Bauplan, bereits durchgeführte bauliche Sanierungen) soll die Qualität der Simulation sukzessive verbessern. So soll das Rechenmodell beispielsweise potentielle bauliche Sanierungen an der Gebäudehülle (Fenster, Dach, Kellerdecke, Wände, etc.) oder am Energiesystem des Gebäudes (Photovoltaik, Geothermie, Energiespeicher, etc.) zur Verbesserung der Energiebilanz simulieren. Durch weitere Datenquellen und -verarbeitungswege zu Gebäuden / Quartieren mit unterschiedlichen repräsentativen Nutzungen können die Funktionen des Energie-Zwillings auf Misch-, Industrie- und Gewerbegebiete übertragen werden.