ISSN 0949-166X – D 9790 F
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Heat& Power
EURO K R A F T- WÄ R M E - KO P P L U N G
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N A H - / F E R N WÄ R M E
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Wärme-Hotspots im Münsterland – auf dem Weg zur Wärmeleitplanung?
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Energieeffizienz durch intelligente Fernüberwachung eRNeUeRBaRe eNeRGIeN
Die tiefenerdwärme unter München und ihre Nutzung WÄRmeVeRteILUNG
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FachThema Fachthema XXX Wärmeverteilung
Intelligentes Leit- und Kommunikationssystem
Nahwärmenetze integrieren erneuerbare Energien und Effizienztechnologien Der Ausbau intelligenter Nahwärmenetze ermöglicht Kommunen – vor allem auch in ländlichen Regionen mit geringerer Bebauungs- und Wärmebedarfsdichte – eine klimaschonende Wärmeversorgung mit regenerativer Energien. Um energetische Effizienzpotenziale maximal erschließen zu können, bedarf es einer hohen Planungsqualität und der Einbindung weit entwickelter Technologien in das Versorgungssystem. Das erfolgreiche Nahwärmekonzept einer baden-württembergischen Gemeinde zeigt, wie eine nachhaltige und ökonomisch sinnvolle Wärmewende vor Ort gelingen kann.
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ffiziente Wärmeversorgungsstrukturen gelten als ein zentraler Hebel der Energiewende. Heute verbraucht der Wärmemarkt mit rd. 50 % deutschlandweit noch den größten Anteil an Energie. 40 % der CO2-Emissionen gehen zu seinen Lasten. Netzgebundene Fernund Nahwärmeversorgungslösungen treten damit verstärkt in den Fokus von Kommunen und werden künftig eine wichtigere Rolle einnehmen. Ein großer Vorteil von Nahwärmekonzepten liegt darin, Wärmeerzeuger mit unterschiedlichen Energieträgern unabhängig voneinander oder gekoppelt in den Netzbetrieb integrieren zu können. Der regenerativen Energieerzeugung und -nutzung bietet sich damit ein weitreichendes, bislang jedoch vielfach unerschlossenes Einsatzfeld. Wie der Auf- und Ausbau einer dezentralen Nahwärmeversorgung erfolgreich geplant und umgesetzt werden kann, zeigt die 11 700-Einwohner-Gemeinde Teningen nördlich von Freiburg. Nach abgeschlos-
Karl Gentner, Yados Vertriebs GmbH, Hoyerswerda
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sener Machbarkeitsprüfung im Jahr 2012 startete die Gemeinde den Netzausbau für ihren Ortsteil Oberdorf mit zwei schon bestehenden Wärmeerzeugern auf Basis regenerativer Energieträger: einer Holzhackschnitzelheizung sowie einer landwirtschaftlich betriebenen Biogasanlage am Ortsrand. Im Oktober 2015 waren die eingeplanten Verbraucher bereits an das neue Leitungsnetz angeschlossen. Die Entscheidung, in ein Nahwärmenetz zu investieren, hat sich für die Gemeinde gelohnt. Das bestä-
tigt neben den Auszeichnungen des Fachverbands Biogas und des Umweltministeriums Baden-Württemberg im Rahmen des Förderprogramms »Klimaschutz mit System« vor allem eine deutlich verbesserte Verbrauchs- und Emissionsbilanz: Allein im Jahr 2016 konnten in Teningen durch den Netzbetrieb 351 000 l Heizöl sowie 1 100 t CO2 eingespart werden. Derzeit befindet sich die Netz erweiterung in der zweiten Bauphase. Rund 200 weitere Haushalte, ein Schul- und Sportzentrum, zwei Kindergärten sowie das örtliche Freibad werden dabei an die neue kommunale Wärmeinfrastruktur angebunden.
Wirtschaftliche Wärmewende mit regenerativem Energiemix Die auf erneuerbaren Energieträgern basierenden Erzeugungskapazitäten der Gemeinde Teningen bieten gute Voraussetzungen für eine zukunftsfähige, energieeffiziente und stabile Wärmegrundlastversorgung über ein Nahwärmenetz. Größter Wärmelieferant ist die Holzhackschnitzelheizung im Schul- und Sportzentrum mit einer thermischen Leistung von 600 kW (Bild 1). Die benötigte Heizmasse stammt bis zu 95 % aus einem naheliegenden Sägewerk. Noch nicht ausgeschöpf-
Bild 1. Der größte regenerative Energieerzeuger in Teningen ist die Holzhackschnitzelheizung an der örtlichen Schule. Die verwertbare Biomasse wird von einem regionalen Sägewerk bezogen und in einem 120 m3 großen Speicher gelagert. Sein Fassungsvermögen reicht im Winter für zwei Wochen Volllastbetrieb PDF 7461 aus EuroHeat&Power 46. Jg (2017), Heft 10, S. 36-39
te Leistungskapazitäten der Anlage stehen für die Versorgung weiterer Wärmeabnehmer frei. Ebenfalls ungenutzt blieben bis dato rd. 90 % der erzeugten Abwärme einer nahegelegenen Biogasanlage (Bild 2). Das entspricht einer Wärmeenergie von jährlich mehreren Gigawattstunden. Ergänzt werden die beiden PrimärEinspeiser durch eine Solarthermieanlage und einen fossil befeuerten Gaskessel mit 600 kW(th), der zu Spitzenlastzeiten zugeschaltet werden kann. Überschüssige Wärme wird in drei Pufferspeichern mit insgesamt 54 m3 zwischengespeichert und den angeschlossenen Haushalten im Bedarfsfall zugeführt. Eine ökonomisch sichere Umstellung auf eine dezentrale Wärmeversorgung erfordert ausreichend viele Abnehmer, denn nur dann können die Investitionskosten so umgelegt werden, dass die Wärmepreise langfristig konkurrenzfähig bleiben. Da der Hauptbetreiber des Nahwärmenetzes, die Gemeinde, über mehrere kommunale Einrichtungen mit modernisierungsbedürftigen Heizsystemen verfügte und der Stadtteil Oberdorf einen großen Gebäudebestand mit ebenfalls sanierungsbedürftigen strom-, gas- oder erdölbetriebenen Heizungsanlagen aufwies, konnte der Wirtschaftlichkeitsberechnung eine hinreichend hohe Anschlussnehmerzahl zugrunde gelegt werden.
Präzise Netzplanung und innovative Systemkomponenten Konzeption und Umsetzung einer effizienten lokalen Wärmeversorgung, bei der die spezifischen örtlichen Anforderungen und Rahmenbedingungen adäquat berücksichtigt und genutzt werden, sind komplex und bedürfen der besonderen Expertise erfahrener Planungspartner. Im Projekt Teningen übernahm deshalb die auf regenerative Energielösungen spezialisierte dme Consult GmbH die technische Gesamtplanung sowie die Steuerung des Wärmenetzaufbaus und der Integration der Anlagentechnik in allen Teilschritten bis zur Inbetriebnahme. Mit Planungsbeginn stand im Fokus, das vom Unternehmen entworfene, rd. 6 000 m umfassende Netz so zu konzipieren, dass eine maximale EuroHeat&Power 46. Jg (2017), Heft 10
Bild 2. Am Standort der Biogasanlage baute Yados eine Hydraulikstation mit Wärmeauskopplungsmodul und integrierten Netzpumpen zur Einspeisung in das Wärmenetz in Containerausführung. Das Containersystem ist ortsbeweglich und kann bei Bedarf flexibel umgesetzt werden
Senkung des Primärenergieeinsatzes erzielt werden kann. Dieses gelingt, wenn sich die Netzvorlauf- und Rücklauftemperaturen durch eine möglichst hohe Spreizung dauerhaft auf einem optimalen Niveau halten lassen. Pumpenleistungen und Rohrdimensionierungen können dadurch verringert werden. Das spart nicht nur Kosten bei Material und Anlagentechnik, sondern minimiert gleichzeitig wirtschaftlich und ökologisch belastende Wärmeverluste im Netz. Maßgeblich für die Effizienz eines Nahwärmenetzes ist neben der Planung der Leitungen die Anlagentechnik. Diese bestimmt den Prozess und die Details der Wärmespeicherung, -verteilung und -übergabe (Bild 3) sowie der Bereitstellung von Warmwasser an die angeschlossenen Gebäude. Anhand der von dme Consult erstellten Planungsgrundlage fertigte der Anlagenbauer Yados exakt abgestimmte Anlagen zur Erzeugung, Verteilung und Übergabe, die es technisch ermöglichen, die Netzvorlauf- sowie -rücklauftemperaturen durch eine möglichst hohe Spreizung dauerhaft auf einem optimalen Niveau zu halten. Dies schafft die Voraussetzung dafür, Pumpenleistungen und Rohrdimensionierungen zu reduzieren und damit Investitionskosten in Material und Anlagentechnik einzusparen sowie
Wärmeverluste im Netz zu minimieren. Anlagenkomponenten und vorhandene Energieerzeuger wurden schließlich gemeinsam in das übergeordnete Leit- und Kommunikationssystem Yado-Link (Bild 4) integriert. Aus der Möglichkeit, unterschiedliche Wärmequellen in ein Nahwärmenetz einbinden zu können, resultierten gleichzeitig besondere Herausforderungen für den Netzbetrieb. Unabhängig vom Energieträger (Holz, Biogas, Solarenergie usw.) und der Leistungskapazität des jeweiligen Wärmeerzeugers müssen sämtliche Einspeiser kompatibel und stabil miteinander arbeiten können. Das auf dem Datenübertragungsprotokoll LON-Bus (LON = local operation network) basierte Netzwerksystem ermöglicht es, das Gesamtnetz – einschließlich Energieerzeuger und Einspeisepumpen – nach dem Prinzip verteilter Intelligenz kontinuierlich zu steuern und zu überwachen. Die Regelungseinheit des Leit- und Kommunikationssystems erfasst, analysiert und visualisiert in Echtzeit die Informationen an den integrierten Knotenpunkten des Wärmenetzes und steuert dabei die Verarbeitungsprozesse zwischen den unterschiedlichen Energiequellen und den Wärmeverbrauchern. Anlagenrelevante
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Fachthema Wärmeverteilung
Bild 3. Die Wärmeübergabestation ist das Bindeglied zwischen Wärmeanschlussleitung und Gebäudeheizungsanlage. Sie reguliert Druck- und Temperatureigenschaften des Heizwassers und berechnet die notwendige Vorlauftemperatur nach individuellen Vorgaben und abhängig von den jeweils vorherrschenden Außenbedingungen Daten werden an das Leitsystem übermittelt. Hier können Abweichungen oder Störungen in den Erzeugungs- und Verteilprozessen unmittelbar erkannt und direkt behoben werden. Schutz vor unerlaubten externen Systemeingriffen gewährt ein spezielles Verschlüsselungsverfahren, das nach heutigem Stand höchste Datensicherheit und damit auch die
gebotene Versorgungssicherheit der Anschlussnutzer gewährleistet.
Intelligente Wärmenetze 4.0 − gefordert und gefördert Die deutschen Kommunen verfügen über einen Gebäudebestand von rd. 300 000 Immobilien, ein großer Teil davon Nichtwohngebäude wie Bildungseinrichtungen und Schulen.
Für die Strom- und Wärmeversorgung der Liegenschaften bringen die Kommunen jährlich rd. 3,4 Mrd. E auf. Energieeffizienz-, Energiesparund Klimaschutzmaßnahmen haben somit höchste Priorität. Stehen geeignete regenerative Energiequellen zur Verfügung, und werden Planung, Umsetzung und Betrieb unter Einhaltung wesentlicher Effizienzkriterien mit zukunftsfähigen Technologien vorgenommen, dann bietet der Auf- und Ausbau lokaler Wärmenetze – wie das Beispiel Teningen zeigt – weitreichende Einsparpotenziale und verbessert nicht zuletzt die kommunale Ökobilanz. Diesen Ansatz unterstützt auch das neue Förderprogramm »Modellvorhaben Wärmenetze 4.0«, das seit Juli 2017 erstmals eine systemische Förderung im Bereich der Wärmeinfrastruktur vorsieht. In Zukunft können in diesem Rahmen Gesamtsysteme und nicht nur (wie bislang) Einzeltechnologien und -komponenten gefördert werden. Förderungsfähige Wärmenetze der 4. Generation nutzen hohe Anteile erneuerbarer Energien und anfallender Abwärme und können auf einem drastisch niedrigeren Temperaturniveau als die klassischen Wärmenetze betrieben werden. Intelligente Leit- und Kommunikationssysteme gelten dabei als Förderungsvoraussetzung. j
karl.gentner@yados.de www.yados.de
Bild 4. Die Oberfläche des Leit- und Kommunikationssystems: Der energetische Soll- und Istzustand jedes einzelnen Wärmenetzkunden wird in Echtzeit visualisiert. Heizzeiten, Temperaturen und Einstellungen können per Fernwartung überwacht und gesteuert werden. Darüber hinaus zeigt das System den Wärmeverbrauch des Abnehmers in Tages-, Wochen- und Monats balkendiagrammen an
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