TransUrban.NRW zeigt Lösungswege auf, um die bestehende Hochtemperatur-Energieinfrastruktur in Niedertemperatur-Energiesysteme zu transformieren und damit die Marktrolle von Fernwärmenetzbetreibern und Stadtwerken zu Energieplattformanbietern zu wandeln.

Die Planung und Optimierung von Wärmenetzen der 5. Generation und Quartiersenergiesystemen erfordern ganzheitliche digitale Ansätze, die neben den thermischen Systemkomponenten auch die Sektoren Strom und Elektromobilität berücksichtigen. In TransUrban.NRW arbeiten die Lehrstühle der RWTH Aachen Institute for Automation of Complex Power Systems (ACS) und der Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik (EBC) an der Entwicklung neuer digitaler Methoden für die Planung und den Betrieb von Quartiersenergiesystemen. Zudem wird durch die Juniorprofessur für Energieressourcen- und Innovationsökonomik (Jeri) die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle sowie deren Skalierbarkeit betrachtet.

Für die Wärmenetze 5. Generation gewinnen neue, dynamische Verfahren an Bedeutung. Die integrale Betrachtung der Quartiere unter Verwendung unterschiedlicher Zielfunktionen wie z. B. Kosten- oder CO₂– Minimierung in der frühen Projektphase bildet die Voraussetzung für einen ressourcen-schonenden und wirtschaftlichen Betrieb der Quartierslösungen. Dazu werden zwei wesentliche Methoden eingesetzt und weiterentwickelt: mathematische Optimierung und dynamische Simulation. In der frühen Planungsphase werden mathematische Optimierungsmodelle genutzt, um Auslegungsentscheidungen zu unterstützen. Die Anlagen werden so ausgewählt und dimensioniert, dass für eine gesamtheitliche Betrachtung aller Betriebspunkte minimale Kosten und CO₂-Emissionen erzielt werden. Dynamische Simulationsmodelle bieten im Vergleich zu mathematischen Optimierungsmodellen den Vorteil, dass sie thermo-hydraulische Vorgänge und Dynamik der Wärmenetze detailliert abbilden. Simulationsmodelle bieten die Möglichkeit, dynamische Effekte wie die Umkehr der Strömungsrichtung und die Speicherfähigkeit des Netzes zu berücksichtigen. Simulationsmodelle werden genutzt, um Betriebsparameter und deren Einfluss auf die Systemeffizienz zu untersuchen.

Neben der technischen Ausgestaltung von Energiesystemen der 5. Generation soll auch die wirtschaftlichste Betriebsweise identifiziert werden. Dazu werden auf Mikroebene Geschäftsmodelle systematisch entwickelt und bewertet, die für jede der vier Quartierslösungen einen wirtschaftlich nachhaltigen Betrieb ermöglichen und die örtlichen Akteure sowie die bestehende Infrastruktur miteinbeziehen. Auf der Makroebene werden systemische Rückkopplungen analysiert, die die Skalierbarkeit der untersuchten Energiesysteme der 5. Generation und der damit zusammenhängenden Geschäftsmodelle beeinflussen. Hier wird untersucht, in welchem Maß der positive Effekt von Energiesystemen der 5. Generation auf Quartiersebene auf das gesamte Energiesystem Deutschlands übertragbar ist.