Centralized energy systems have demonstrated vulnerabilities, particularly due to geopolitical influences such as the Ukraine war, which heavily impact the supply of thermal energy. Positive Energy Districts (PEDs) represent a promising solution, targeting CO2 neutrality with reduced grid dependency. This thesis addresses the educational challenge of conveying the complexities of PEDs and their energy interdependencies through a simulation-based learning tool, developed in collaboration with the city of Karlsruhe and the Karlsruhe Energy and Climate Protection Agency (KEK). The project developed a game in MATLAB that simulates real-world energy scenarios using data from Karlsruhe’s energy master plan. Players manage a district’s energy system by adjusting variables such as heating types, energy demand, and renewable installations. The game incorporates load profiles, PV yields, and CO2 emissions, balancing high abstraction for accessibility with accuracy to maintain realism. A study involving 41 students (ages 14–16) demonstrated a 21\% increase in PED-related knowledge, with participants positively rating the game’s audiovisual design, clarity of rules, and challenge. The findings underscore the potential of gamified education to enhance understanding of PEDs and their role in sustainable urban energy transitions. Future work could expand the game with additional features such as energy storage, vehicle charging, and geothermal integration. Standardizing data inputs would improve transferability to other cities, and larger-scale studies could provide deeper insights into the educational impact. This thesis bridges the gap between theoretical knowledge and practical application, contributing to energy literacy and sustainable development.

Zentralisierte Energiesysteme weisen Schwachstellen auf, insbesondere aufgrund geopolitischer Einflüsse wie dem Ukraine-Krieg, die die Versorgung mit Wärmeenergie stark beeinträchtigen. Positive Energy Districts (PEDs) stellen eine vielversprechende Lösung dar, die auf CO2-Neutralität bei geringerer Netzabhängigkeit abzielt. Diese Masterarbeit befasst sich mit der pädagogischen Herausforderung, die Komplexität von PEDs und ihren energetischen Interdependenzen durch ein simulationsbasiertes Lernwerkzeug zu vermitteln, das in Zusammenarbeit mit der Stadt Karlsruhe und der Karlsruher Energie- und Klimaschutzagentur (KEK) entwickelt wurde. Im Rahmen des Projekts wurde ein Spiel in MATLAB entwickelt, das reale Energieszenarien anhand von Daten aus dem Karlsruher Energiemasterplan simuliert. Die Spieler steuern das Energiesystem eines Stadtteils, indem sie Variablen wie Heizungsarten, Energiebedarf und Anlagen für erneuerbare Energien anpassen. Das Spiel berücksichtigt Lastprofile, PV-Erträge und CO2-Emissionen, wobei ein Gleichgewicht zwischen hoher Abstraktion für die Zugänglichkeit und Genauigkeit für die Realitätsnähe geschaffen wurde. Eine Studie mit 41 Schülern (im Alter von 14 bis 16 Jahren) zeigte einen Wissenszuwachs von 21 Prozent in Bezug auf die Energiewende, wobei die Teilnehmer das audiovisuelle Design des Spiels, die Klarheit der Regeln und die Herausforderung positiv bewerteten. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial einer spielerischen Ausbildung, um das Verständnis für PEDs und ihre Rolle bei der nachhaltigen Energiewende in Städten zu verbessern. Zukünftige Arbeiten könnten das Spiel um zusätzliche Funktionen wie Energiespeicherung, Aufladen von Fahrzeugen und Integration von Geothermie erweitern. Eine Standardisierung der Dateneingabe würde die Übertragbarkeit auf andere Städte verbessern, und Studien in größerem Maßstab könnten tiefere Einblicke in die pädagogischen Auswirkungen liefern. Diese Arbeit schließt die Lücke zwischen theoretischem Wissen und praktischer Anwendung und leistet einen Beitrag zur Energiekompetenz und nachhaltigen Entwicklung.