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01.06.2013 ETG-Mitgliederinformation Fachinformation 32 0

ETG/ITG Task Force Smart Cities

Ausarbeitung von Konzepten zur Entwicklung von Smart Cities

In dem Positionspapier wird ein Konzept zur Entwicklung von Smart Cities erarbeitet, basierend auf zwei Grundszenarien – der Ansatz „Grüne Wiese“ für neu entstehende Städte und Stadtteile und der Umbau bestehender Städte zu effizienteren und nachhaltigeren Strukturen, die mehr Lebensqualität bieten. Auch wenn sich der Ansatz mit den globalen Problemen der Urbanisierung beschäftigt, sollen die deutschen Gegebenheiten vorrangig berücksichtigt werden. Dabei liegt der Fokus auf den Interaktionen zwischen den städtischen Infrastrukturen und nicht auf weiteren Grundsatzuntersuchungen zu einzelnen Domänen. Synergieeffekte, die durch Kopplung verschiedener Versorgungssysteme (Energie, Wasser, Verkehr, etc.) entstehen, sollen durch ganzheitliche Steuerungssysteme, basierend auf einer modernen Informations- und Kommunikationsinfrastruktur, erschlossen werden, um Optimierungen hinsichtlich Kosten, Nachhaltigkeit, Energieeffizienz, Zeiteinsparungen, etc. zu ermöglichen. Das Ziel ist es, Handlungsrichtlinien zu geben, um Städte als effizientes Gesamtsystem zu entwerfen oder weiterzuentwickeln.

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I. Konzept

A. Ansatz

Es handelt sich um einen modularen Ansatz, bei dem unterschiedliche Aspekte, wie Planung und Betrieb der verschiedenen Infrastrukturen, berücksichtigt werden, um ein mehrschichtiges Konzept zu entwickeln, das eine Stadt in ihrer Vielfalt möglichst genau abbildet.

Durch die Studie soll den Entscheidungsträgern im Stadtentwicklungsprozess eine moderne und nachhaltige Stadt aufgezeigt werden und die Interaktionen zwischen Smart Homes, Smart Buildings, Smart Grids und Smart City aber auch Transport und Logistik definiert werden.

Im Fokus liegt eine Großstadt, die möglichst viele Bausteine und Funktionseinheiten enthält. Dadurch sind die entwickelte Methodik und die Ergebnisse auf kleinere Städte und Kommunen mit beliebigen Kombinationen von Bausteinen und Funktionseinheiten übertragbar. Im ersten Schritt werden alle Bausteine, die eine theoretische Stadt beinhalten könnte, definiert und modelliert. Daraus wird eine Einheit (eine Stadt oder ein Stadtteil) mit mehreren Bausteinen und Funktionseinheiten konstruiert, um die Anwendung des Konzeptes zu veranschaulichen und eine Alternative für die Organisation des Gesamtsystems aufzuzeigen. Als Modellstadt wird eine deutsche Millionenstadt dienen (Berlin, Hamburg, München, Köln).

Dadurch, dass die Voraussetzungen und Potentiale neu entstehender Städte von denen sich weiterentwickelnder, bereits bestehender Städte von Grund auf unterscheiden, ist eine differenzierende Betrachtung notwendig. Im Gegensatz zu der neu entstehenden ist die bestehende Stadt größtenteils historisch gewachsen und meist unzureichend geplant. Dementsprechend müssen bereits vorhandene Strukturen berücksichtigt und konzeptionell mit eingebunden werden, wie z. B. Gebäude unter Denkmalschutz oder ein Universitätsgelände. Andererseits kann für den Entwurf der neu entstehenden Stadt der potenzielle Stadtbewohner als Dienstnutzer gesehen werden, so dass seine Bedürfnisse aktiv in dem Planungsprozess miteinbezogen werden können. Darüber hinaus können Services, Infrastrukturen und Vorgänge schon während der Entwurfsphase optimal aufeinander abgestimmt werden.

Basierend auf dem vorgestellten Konzept wird es in Zukunft möglich sein, den aktuellen Stand einer Stadt in Hinsicht auf Effizienz und Koordination der einzelnen Instanzen zum Gesamtsystem zu erfassen und mit der Vision für die Zukunft zu vergleichen (Szenario 2050). Daraus können die notwendigen Entwicklungsschritte für das Erreichen des Ziels abgeleitet und in einem Roadmap skizziert werden.

II. Modellierung

Die Recherchen im Vorfeld haben gezeigt, dass ein wesentliches Hindernis für den Fortschritt von Smart Cities ein Mangel an geeigneten Gesamtmodellen ist. Um diese Lücke zu schließen werden in in der Studie Bausteine und Funktionseinheiten definiert, die als Basis für die Modellierung von Stadtkonstrukten verwendet werden können. Das können z. B. Gebäude oder Grünflachen sein, die Ströme wie Energie, Wasser oder Information aufnehmen oder zur Verfügung stellen. Darüber hinaus werden Dienste definiert, die in der gegebenen Struktur umgesetzt werden und damit eine Auslastung oder Beanspruchung erwirken. Dabei steht die effiziente Zusammenwirkung der Bausteine und Funktionseinheiten im Vordergrund, um Vorgänge zu optimieren und Ressourcennutzung so effizient wie möglich zu gestalten. Es sind mehrere Aggregationsebenen geplant, um den Umgang mit den zu erwartenden großen Datenmengen zu vereinfachen. So können die Datenmengen auf jeder Ebene begrenzt und bearbeitet werden, um zur nächst höheren Ebene nur die Daten weiterzugeben, die für diese relevant sind. Dadurch wäre eine bessere Modellbildung und effizientere Simulation erreicht, sowie die bereits beschriebene Entwicklung der Stadt zu einem hochentwickelten optimierten Gesamtsystem vorangetrieben.

Die erarbeiteten Modelle können u.a. den Planungsprozess unterstützen. So wären die definierten Bausteine und die dazugehörigen Funktionen, Ströme und Dienste vorteilhaft bei der Implementierung von Optimierungsfunktionen im Rahmen einer Simulation. In der Zielfunktion der Optimierung können mehrere Größen unterschiedlich gewichtet werden, wie z. B. Nachhaltigkeit oder Kosten, um daraus eine Lösung abzuleiten, die optimal auf die Eigenschaften und Bedürfnisse der jeweiligen Stadt oder Siedlung zugeschnitten ist.

III. Zielgruppen und Handlungsbedarf

Die Studie richtet sich an die Fachöffentlichkeit, wobei es voraussichtlich in zwei Versionen veröffentlicht wird. Die Originalversion wird für den deutschsprachigen Raum auf Deutsch verfasst. Später wird das Dokument ins Englische übersetzt, um es auf internationaler Ebene als Referenz zugänglich zu machen und auch nicht-deutschsprachige Interessenten anzusprechen.

Die Studie wird Empfehlungen für die Politik formulieren, aber auch andere Entscheidungsträger im Stadtentwicklungsprozess ansprechen, wie z. B. Stadtplaner und Bürgermeister. Durch eine differenzierte Aufteilung der Inhalte und eine durchdachte Struktur wird der Umgang mit dem Dokument vereinfacht, z. B. mithilfe von Querverweisen, und dadurch einem breiten Publikum zugänglich gemacht.

In dem Dokument werden offene Problemstellungen in dem Kontext von Smart Cities aufgezeigt und der entsprechende Forschungs- und Entwicklungsbedarf formuliert. Zusätzlich werden konkrete Handlungsempfehlungen für die Zielgruppen geäußert, die Entscheidungen und Planungsvorhaben unterstützen sollen.

IV. Struktur

Die Studie wird wie folgt in Kapiteln unterteilt:

Einführend werden Zielgruppe, Ziel und Umfang der Studie vorgestellt. In der Einleitung werden relevante Vorarbeiten aus dem Bereich „Smart Cities“ aufgeführt, wie z.B. Ergebnisse der ETG und ITG zum Thema Smart Grids, Ergebnisse von Studien in anderen Domänen (z.B. von BDEW) und erfolgreiche Smart Cities-Konzepte auf internationaler Ebene.

Im Kapitel „System Smart City“ wird der Begriff „smart“ definiert, indem charakteristische Eigenschaften festgehalten und zu erwartenden Herausforderungen präsentiert werden. Weiterhin werden die Ziele einer Stadt bei der Entwicklung zu Smart City und die entsprechenden Vorzüge vorgestellt. Das können z.B. die Erhöhung der Effizienz und die Berechenbarkeit der Nebenkosten sein. Dafür werden bereits entwickelte Methodiken und bekannte Kennzahlen eingesetzt.

Die beiden Ansätze für den Entwurf neu entstehender Städte und für den Umbau bestehender Städte werden jeweils in einem separaten Kapitel vorgestellt. Für die neu entstehende Stadt werden alle Ebenen (Strukturen, Services und Objekte) entsprechend dem modularen Ansatz definiert und entsprechende interdisziplinäre und erweiterbare Lösungen vorgestellt. Für den Umbau existierender Städte werden mehrdimensionale Fragestellungen behandelt, die den Widerspruch zwischen der Erhaltung und Evolution bestehender Strukturen und dem Rückbau zur Optimierung des Betriebs spiegeln. Es werden – basierend auf wissenschaftlichen Studien – Annahmen für das Verhältnis zwischen Evolution und Rückbau getroffen, die zu den gewünschten Ergebnissen in dem gegebenen Zeitraum führen werden.

V. Zeitplanung

Der Zeitplan stellt die Schritte zur Fertigstellung des Dokuments in zeitlichem Ablauf zueinander dar. Die Meilensteine markieren einen wichtigen Fortschritt und sind in kursiv hervorgehoben. (Tabelle 1).

03/2012: Kick-Off Meeting

05/2013: Modellerstellung, Festlegung der inhaltlichen Struktur

07/2013: Erster Entwurf der Kapitel

09/2013: Validierung, Anpassung und Verbesserung des Modells

10/2013: Kapitelkonsolidierung, Kreiserweiterung

01/2014: Einbauen der Kommentare

03/2014: Gesamttext im Entwurf

08/2014: Druckfertige Version

10/2014: Vorstellung des Positionspapiers auf dem VDE-Kongress

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