Local Energy Systems: Konzepte und Technologien für die Transformation der Energieversorgung von Quartieren und Industrie

Ein Local Energy System ist ein lokal oder regional organisiertes Energiesystem, das Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Nutzung von Energie an einem konkreten Standort oder in einem Wohn- oder Gewerbequartier betrachtet. Dazu gehören zum Beispiel Strom, Wärme, Kälte, Gas, Dampf oder Druckluft. Ziel ist es, Energieversorgung, Energieeffizienz, Klimaschutz und Versorgungssicherheit ganzheitlich zusammenzudenken.

Die richtige Auswahl, Dimensionierung und Zusammenstellung der Bausteine eines lokalen Energiesystems sind der Schlüssel, um Energiekosten und CO₂-Emissionen zu senken und eine stabile und zukunftssichere Energieversorgung als Wettbewerbsvorteil zu haben.

Besonders sinnvoll ist es, wenn bestehende Systeme modernisiert, erneuerbare Energien integriert, Energiekosten reduziert oder Klimaneutralitätsziele erreicht werden sollen. Unternehmen mit hohem Energiebedarf, Wohnungsunternehmen, Quartiersentwickler, Betreiber von Industrie- und Gewerbegebieten sowie Stadtwerke und Kommunen sind relevante Partner und Profiteure eines zukunftsfähigen lokalen Energiesystems.

Zu den größten Herausforderungen zählen die intelligente Integration erneuerbarer Energien, die Anpassung bestehender Infrastrukturen sowie die Auswahl und Einbindung geeigneter Speicher- und Verteilungslösungen. Hinzu kommen standortspezifische Rahmenbedingungen, regulatorische Anforderungen und die Einbindung relevanter Stakeholder wie Unternehmen, Kommunen, Mitarbeitende, Mieter*innen oder Anwohner*innen.

Fraunhofer UMSICHT unterstützt bei der Analyse, Modellierung, Bewertung und Umsetzung lokaler Energiesysteme. Dazu gehören die herstellerunabhängige und auf Basis neuester wissenschaftlicher Erkenntnisse durchgeführte Erarbeitung von Energiekonzepten für Industrie- und Gewerbestandorte, Wohnquartiere und Wärmenetze ebenso wie die Durchführung von geförderten Transformationsplänen, Machbarkeitsstudien, Simulationen, Technologieanalysen, die neutrale Moderation und Gestaltung von Stakeholderprozessen und wissenschaftliches Monitoring.

Am Anfang steht die Analyse des bestehenden Energiesystems: Welche Energiebedarfe gibt es? Welche Anlagen sind vorhanden? Welche erneuerbaren Potenziale können genutzt werden? Darauf aufbauend werden technische Optionen, wirtschaftliche Effekte und CO₂-Minderungspotenziale bewertet. Ergebnis ist ein standortspezifisches Transformationskonzept mit konkreten Maßnahmen und Entscheidungsgrundlagen.

Simulationen und Optimierungsmodelle helfen dabei, verschiedene Versorgungskonzepte technisch und wirtschaftlich zu vergleichen. Sie zeigen, wie Erzeugungsanlagen, Speicher, Netze und Verbraucher optimal zusammenspielen können. So lassen sich Investitionsentscheidungen fundierter treffen, Betriebskosten senken und Risiken bei der Umsetzung reduzieren.

Indem sie ihren aktuellen Energiebedarf analysieren, Effizienzpotenziale erschließen und erneuerbare Energieträger sowie Speicher- und Flexibilitätsoptionen integrieren. Fraunhofer UMSICHT entwickelt dafür standortbezogene Transformationspläne, bewertet Maßnahmen technisch, thermodynamisch und ökonomisch und unterstützt so faktenbasiert bei der Entscheidungsfindung.

Industrielle Energiesysteme umfassen häufig deutlich mehr als nur Strom und Wärme. Je nach Standort betrachtet Fraunhofer UMSICHT auch Kälte, Dampf, Druckluft, Gas, Prozesswärme und weitere Medien. Entscheidend ist, alle relevanten Energieflüsse gemeinsam zu bewerten, um effiziente und wirtschaftliche Lösungen zu entwickeln.

Die Integration erneuerbarer Energien erfordert eine genaue Analyse der vorhandenen Infrastruktur, der Lastgänge und der lokalen Potenziale. Je nach Standort können Photovoltaik, Biomasse, Abwärme, Kälte- und Wärmespeicher sowie Stromspeichertechnologien, der Einsatz von Hoch- und Niedertemperatur-Wärmepumpen oder auch ganz neue Netzkonzepte eine Rolle spielen. Wichtig ist, Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Verbrauch gemeinsam zu optimieren und auch elektrische Verkehrsträger mitzudenken.

Für lokale Energiesysteme kommen je nach Optimierungsziel unterschiedliche stationäre Speichertechnologien infrage – zum Beispiel Batteriespeicher, Latentwärmespeicher oder auch Kältespeicher. Sie können helfen, Lastspitzen zu reduzieren, erneuerbare Energien besser zu integrieren und Energieangebot und -nachfrage flexibler aufeinander abzustimmen. Auch elektrische Fahrzeuge wie Baumaschinen, LKW und PKW sowie Flurförderfahrzeuge können als mobile Speicher eine substanzielle Rolle spielen und ökonomisch sinnvoll integrierbar sein.

Bioenergie kann lokale Energiesysteme ergänzen, wenn Biomasse oder biogene Reststoffe verfügbar sind. Dazu zählen etwa Holz, Grünschnitt, Ernterückstände, land- und forstwirtschaftliche Reststoffe oder Bioabfälle. Fraunhofer UMSICHT entwickelt und bewertet Prozessketten zur Aufbereitung, Konversion und energetischen oder stofflichen Nutzung solcher Biomassen.

Für klimaneutrale Wohnquartiere braucht es ein integrales Energiekonzept, das Gebäude, Energiebedarfe, erneuerbare Potenziale, Kosten, Fördermittel und Umsetzungspfade gemeinsam betrachtet. Fraunhofer UMSICHT begleitet von der Analyse über die Konzeptentwicklung und Simulation bis zur Umsetzung und zum Monitoring des Betriebs.

Feuchte und dezentral anfallende Biomassen sind wegen ihres geringen Heizwerts, des Transportaufwands, der Lagerkosten und ihrer Inhomogenität anspruchsvoll. Fraunhofer UMSICHT arbeitet deshalb an Verfahren zur Aufbereitung und Umwandlung in energiedichte Zwischen- und Endprodukte – etwa durch Trocknung, Entwässerung, Zerkleinerung, Pelletierung, Vergärung, Vergasung, Pyrolyse oder hydrothermale Karbonisierung.

Ein Energiekonzept für Wohnquartiere umfasst typischerweise vier Schritte: Analyse und Handlungsempfehlungen, Entwicklung integraler Konzepte, simulative Bewertung und Dimensionierung sowie Umsetzung und Monitoring. Dabei werden Energiebedarfe, erneuerbare Potenziale, Investitions- und Betriebskosten, Emissionen und weitere Kennzahlen bewertet.

Fraunhofer UMSICHT unterstützt Stadtwerke und Energieversorger bei der Strategieentwicklung, Konzeptbewertung und Entwicklung neuer Geschäftsmodelle. Dazu gehören Themen wie Quartiersentwicklung, grüne Fernwärme, Flexibilitätsoptionen, Mobilität, Wasserstoff und Sektorkopplung. Eine Toolbox aus Prognose-, Simulations- und Optimierungsmodellen hilft, fundierte Entscheidungen zu treffen.

Wärmenetze können durch die Integration erneuerbarer Energien, Abwärme, Speichertechnologien, Wärmepumpen und optimierte Betriebsstrategien schrittweise dekarbonisiert werden. Fraunhofer UMSICHT erstellt dafür Machbarkeitsstudien und Transformationspläne, entwickelt Technologie- und Ausbaupfade und bewertet diese technisch, wirtschaftlich und regulatorisch.

Für Unternehmen können Transformationspläne zur Energie- und Ressourceneffizienz im Rahmen der Bundesförderung für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft relevant sein. Für Wärmenetze kommen unter anderem Machbarkeitsstudien und Transformationspläne nach der Bundesförderung für effiziente Wärmenetze infrage. Fraunhofer UMSICHT unterstützt bei der fachlichen Ausarbeitung förderfähiger Konzepte und Entscheidungsgrundlagen.

Die Transformation lokaler Energiesysteme betrifft viele Akteure – etwa Unternehmen, Kommunen, Stadtwerke, Bürger*innen, Mitarbeitende oder Mieter*innen. Frühzeitige Beteiligung schafft Transparenz, erhöht die Akzeptanz und kann Zielkonflikte frühzeitig sichtbar machen, aktiv adressieren und auflösen. Fraunhofer UMSICHT begleitet solche Prozesse mit wissenschaftlich basierten, neutralen und herstellerunabhängigen Formaten wie Workshops, Fokusgruppen, Co-Creation, Dialogformaten, Befragungen oder partizipativen Konzeptentwicklungen.