YADOS Fachartikel Nahwärmenetz Teningen - EuroHeat&Power 2017/10

OKT 2017 10
ISSN 0949-166X – D 9790 F
EURO Heat&
Power
KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG j NAH-/FERNWÄRME j CONTRACTING
eNeRGIeWIRtSchaFt
Wärme-Hotspots im
Münsterland – auf
dem Weg zur Wärmeleitplanung?
cONtRactING
Energieeffi zienz durch
intelligente Fernüberwachung
eRNeUeRBaRe eNeRGIeN
Die tiefenerdwärme
unter München und
ihre Nutzung
WÄRmeVeRteILUNG
Netzerweiterung im
laufenden Betrieb jetzt
auch für Pe-Xa-mediumrohre
möglich
magnet-membrandosier
pumpen im
Fernwärmeeinsatz
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Nahwärmenetze integrieren
erneuerbare
Energien und Effi zienztechnologien
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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.
Effiziente Wärmeversorgungsstrukturen
gelten als ein zentraler
Hebel der Energiewende.
Heute verbraucht der Wärmemarkt
mit rd. 50 % deutschlandweit noch
den größten Anteil an Energie. 40 %
der CO 2 -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 abgeschlossener
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 bestätigt
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 CO 2
eingespart werden.
Derzeit befindet sich die Netzerweiterung
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-
Karl Gentner,
Yados Vertriebs GmbH,
Hoyerswerda
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 m 3 großen
Speicher gelagert. Sein Fassungsvermögen reicht im Winter für zwei Wochen
Volllastbetrieb
1 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 Primär-
Einspeiser 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 m 3 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
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
EuroHeat&Power 46. Jg (2017), Heft 10 2

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 Monatsbalkendiagrammen
an
3 EuroHeat&Power 46. Jg (2017), Heft 10