Erneuerbare Energien und Speichertechnologien sind entscheidend für nachhaltige Energiesysteme. 

Die optimale Anordnung von Strom- und Wärmespeichern ist dabei wichtig für eine effiziente Integration erneuerbarer Energien. Gleichzeitig ist die Entwicklung passender Geschäftsmodelle für Quartiersenergiespeicher notwendig. 

Die umfassende Darstellung möglicher zukünftiger Energiesysteme umfasst Szenarioanalysen bis 2050 und darüber hinaus, unter Berücksichtigung gesellschaftlicher Akzeptanz und Technologieauswirkungen. Techno-ökonomische Machbarkeit wird durch große Energiesystem- und Energiemarktmodelle, die sektoren- und energieträgerübergreifende Aspekte berücksichtigen, bewertet. Eine Basis für ganzheitliche Analysen der Energiesystemintegration bilden Nachhaltigkeits- und Resilienzbewertungen. Hierbei werden verschiedene Skalierungen, Standorte und Netzanbindungen von Energietechnologien unter Berücksichtigung technischer und sozio-ökonomischer Faktoren bewertet und verglichen.

Die Betrachtung der techno-ökonomischen Machbarkeit der Netzentwicklung geht Hand in Hand mit der Sicherstellung der Versorgung, der Resilienz von Energiesystemen auf allen Netzebenen und der nahtlosen Integration über sämtliche Netzebenen hinweg. Insbesondere die Analyse potenzieller neuer Verletzbarkeiten des Energiesystems durch Digitalisierung (Smart Grids) sowie die Untersuchung der gesellschaftlichen Auswirkungen von Energieausfällen bilden wesentliche Grundlagen für eine optimierte Netzplanung und -führung. Im Rahmen dieser Forschung werden komplexe Optimierungsprobleme sowohl auf der Ebene der Netzplanung als auch der Betriebsführung beleuchtet, um nachhaltige und widerstandsfähige Energiesystemdesigns zu identifizieren.

Mit der Entwicklung intelligenter Netze stehen u. A. Informations- und Kommunikationstechnologieplattformen sowie Services für smarte Quartiere mehr und mehr im Fokus. Eine zentrale Frage lautet: Wie können bestehende und neu gewonnene Informationen zur Energieerzeugung und -nutzung effektiv genutzt werden, um den Betrieb, insbesondere von Energienetzen, sicher zu gestalten? Der Begriff „Sicherheit“ bezieht sich sowohl auf Natur- als auch auf technisch bedingte Ausfälle (Safety) sowie auf gezielte Angriffe von außen (Security). Zudem ermöglicht die Erfassung von Prosumer-Daten neue innovative Verteilmanagementkonzepte, welche in Zeiten von Netzengpässen dazu beitragen können, großflächige Blackouts zu verhindern.

Gebäude und insbesondere Quartiere bieten große Potenziale für den Klima- und Umweltschutz – sei es durch den Einsatz nachhaltiger Baustoffe oder eine ressourcenschonende Energie- und Wärmeversorgung. 

Im Vergleich zu Einzelgebäuden versprechen Quartierslösungen zusätzlich höhere Synergieeffekte. Gerade im Quartier lassen sich klimafreundliche und energieeffiziente Maßnahmen besonders effektiv umsetzen – und das nicht nur im Neubau sondern auch im Bestand. Moderne Technologien wie smarte Sensorik helfen dabei, den ressourceneffizienten Betrieb von Gebäuden spürbar zu optimieren. Die wechselseitige Abstimmung mit verschiedenen Infrastrukturen ermöglicht effiziente und innovative Systemlösungen.

Betreiberpflichten im Gebäudemanagement des KIT

In den vergangenen vier Jahren ist im Rahmen eines angewandten Forschungsprojekt in Kooperation mit der Dienstleistungseinheit Facility Management des KIT unter Leitung von Herrn Reinhard Subbert ein Prozess entwickelt worden, der die Wahrnehmung der gebäudebezogenen Betreiberpflichten im Gebäudemanagement des KIT sicherstellt und dokumentiert.

Eine nachhaltige Entwicklung im Verkehr und Transport kann nur durch eine systemische Perspektive, die Berücksichtigung von Interdependenzen und Wechselwirkungen mit anderen Infrastruktursystemen, die Förderung von innovativen Antriebstechnologien und KI-basierten Verkehrsmanagement sowie die Durchführung von Ökobilanzen und Lebenszyklusanalysen erreicht werden. 

Dabei ist wichtig, dass die Entwicklung und Umsetzung von Lösungen im Bereich Verkehr und Transport auf eine interdisziplinäre Zusammenarbeit setzt und sowohl technologische, ökologische, ökonomische als auch gesellschaftliche Aspekte berücksichtigt werden. Dies kann durch die Einbindung von Sozialwissenschaftlern, Ökonomen und Experten aus anderen relevanten Fachgebieten erreicht werden.

Entwicklung eines indikatorgestützten Lebenszyklusmanagements für Bauwerke der Verkehrsinfrastruktursysteme:

Die zentralen Anforderungen an die Verkehrsinfrastruktursysteme sind eine möglichst uneingeschränkte Funktion und Verfügbarkeit, ein hohes Maß an Sicherheit sowie eine geringe Beeinträchtigung für Anrainer und Umwelt.

Viele Bauwerke der Verkehrsinfrastruktursysteme sind durch ein hohes Alter gekennzeichnet und haben zum Teil ihre geplante Nutzungsdauer überschritten. Aufgrund der Alterungs- und Schädigungsmechanismen sowie veränderten Nutzungsintensitäten hat sich zudem der Zustand eines signifikanten Anteils der Infrastrukturbauwerke in den letzten Jahren deutlich verschlechtert.

Durch ein systematisches Inspektionsregime wurde ein erheblicher Handlungsbedarf hinsichtlich Instandhaltung und Erneuerung erkennbar, was aufgrund von zunehmend beschränkten Ressourcen eine Priorisierung von Investitionen erforderlich macht.

Die Anwendung von Konzepten der Kreislaufwirtschaft in Infrastruktursystemen und im Energiesystem kann dazu beitragen, die Ressourceneffizienz zu steigern, die Umweltbelastung zu reduzieren und die Nachhaltigkeit zu fördern. Durch die nachhaltige Schließung des Kohlenstoff- und mineralischen Kreislaufs kann dazu beigetragen werden, den Treibhauseffekt zu reduzieren und die Verfügbarkeit von kritischen Ressourcen für die Energieerzeugung und -speicherung sicherzustellen. Es ist wichtig, diese Konzepte in die Planung und den Betrieb von Infrastruktursystemen und Energiesystemen auf allen Ebenen zu integrieren. Die Bedeutung der Forschung in diesem Bereich liegt darin, die Effizienz der verschiedenen Technologien und Methoden zur Umsetzung von Kreislaufwirtschaft zu verbessern, sowie neue Lösungen zu entwickeln, die die Nachhaltigkeit fördern.