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YADOS Fachartikel Nahwärmenetz Teningen - EuroHeat&Power 2017/10

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 Energie. 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.

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 Energie. 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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OKT <strong>2017</strong> <strong>10</strong><br />

ISSN 0949-166X – D 9790 F<br />

EURO Heat&<br />

<strong>Power</strong><br />

KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG j NAH-/FERNWÄRME j CONTRACTING<br />

eNeRGIeWIRtSchaFt<br />

Wärme-Hotspots im<br />

Münsterland – auf<br />

dem Weg zur Wärmeleitplanung?<br />

cONtRactING<br />

Energieeffi zienz durch<br />

intelligente Fernüberwachung<br />

eRNeUeRBaRe eNeRGIeN<br />

Die tiefenerdwärme<br />

unter München und<br />

ihre Nutzung<br />

WÄRmeVeRteILUNG<br />

Netzerweiterung im<br />

laufenden Betrieb jetzt<br />

auch für Pe-Xa-mediumrohre<br />

möglich<br />

magnet-membrandosier<br />

pumpen im<br />

Fernwärmeeinsatz<br />

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©minzpeter - stock.adobe.com<br />

<strong>Nahwärmenetz</strong>e integrieren<br />

erneuerbare<br />

Energien und Effi zienztechnologien<br />

www.ehp-magazin.de<br />

Auflösung auf Seite 3 >>><br />

... für Sicherheit über den Tag hinaus


Fachthema<br />

FachThema<br />

XXX Wärmeverteilung<br />

Intelligentes Leit- und Kommunikationssystem<br />

<strong>Nahwärmenetz</strong>e integrieren<br />

erneuerbare Energien<br />

und Effizienztechnologien<br />

Der Ausbau intelligenter <strong>Nahwärmenetz</strong>e ermöglicht Kommunen<br />

– vor allem auch in ländlichen Regionen mit geringerer<br />

Bebauungs- und Wärmebedarfsdichte – eine klimaschonende<br />

Wärmeversorgung mit regenerativer Energien. Um energetische<br />

Effizienzpotenziale maximal erschließen zu können, bedarf es einer<br />

hohen Planungsqualität und der Einbindung weit entwickelter<br />

Technologien in das Versorgungssystem. Das erfolgreiche Nahwärmekonzept<br />

einer baden-württembergischen Gemeinde zeigt, wie<br />

eine nachhaltige und ökonomisch sinnvolle Wärmewende vor Ort<br />

gelingen kann.<br />

Effiziente Wärmeversorgungsstrukturen<br />

gelten als ein zentraler<br />

Hebel der Energiewende.<br />

Heute verbraucht der Wärmemarkt<br />

mit rd. 50 % deutschlandweit noch<br />

den größten Anteil an Energie. 40 %<br />

der CO 2 -Emissionen gehen zu seinen<br />

Lasten. Netzgebundene Fernund<br />

Nahwärmeversorgungslösungen<br />

treten damit verstärkt in den<br />

Fokus von Kommunen und werden<br />

künftig eine wichtigere Rolle einnehmen.<br />

Ein großer Vorteil von Nahwärmekonzepten<br />

liegt darin, Wärmeerzeuger<br />

mit unterschiedlichen Energieträgern<br />

unabhängig voneinander<br />

oder gekoppelt in den Netzbetrieb<br />

integrieren zu können. Der regenerativen<br />

Energieerzeugung und<br />

-nutzung bietet sich damit ein weitreichendes,<br />

bislang jedoch vielfach<br />

unerschlossenes Einsatzfeld.<br />

Wie der Auf- und Ausbau einer<br />

dezentralen Nahwärmeversorgung<br />

erfolgreich geplant und umgesetzt<br />

werden kann, zeigt die 11 700-Einwohner-Gemeinde<br />

<strong>Teningen</strong> nördlich<br />

von Freiburg. Nach abgeschlossener<br />

Machbarkeitsprüfung im<br />

Jahr 2012 startete die Gemeinde<br />

den Netzausbau für ihren Ortsteil<br />

Oberdorf mit zwei schon bestehenden<br />

Wärmeerzeugern auf Basis<br />

regenerativer Energieträger: einer<br />

Holzhackschnitzelheizung sowie<br />

einer landwirtschaftlich betriebenen<br />

Biogasanlage am Ortsrand. Im<br />

Oktober 2015 waren die eingeplanten<br />

Verbraucher bereits an das neue<br />

Leitungsnetz angeschlossen.<br />

Die Entscheidung, in ein <strong>Nahwärmenetz</strong><br />

zu investieren, hat sich für<br />

die Gemeinde gelohnt. Das bestätigt<br />

neben den Auszeichnungen<br />

des Fachverbands Biogas und des<br />

Umweltministeriums Baden-Württemberg<br />

im Rahmen des Förderprogramms<br />

»Klimaschutz mit System«<br />

vor allem eine deutlich verbesserte<br />

Verbrauchs- und Emissionsbilanz:<br />

Allein im Jahr 2016 konnten in <strong>Teningen</strong><br />

durch den Netzbetrieb<br />

351 000 l Heizöl sowie 1 <strong>10</strong>0 t CO 2<br />

eingespart werden.<br />

Derzeit befindet sich die Netzerweiterung<br />

in der zweiten Bauphase.<br />

Rund 200 weitere Haushalte,<br />

ein Schul- und Sportzentrum, zwei<br />

Kindergärten sowie das örtliche<br />

Freibad werden dabei an die neue<br />

kommunale Wärmeinfrastruktur<br />

angebunden.<br />

Wirtschaftliche Wärmewende mit<br />

regenerativem Energiemix<br />

Die auf erneuerbaren Energieträgern<br />

basierenden Erzeugungskapazitäten<br />

der Gemeinde <strong>Teningen</strong><br />

bieten gute Voraussetzungen für<br />

eine zukunftsfähige, energieeffiziente<br />

und stabile Wärmegrundlastversorgung<br />

über ein <strong>Nahwärmenetz</strong>.<br />

Größter Wärmelieferant ist die Holzhackschnitzelheizung<br />

im Schul- und<br />

Sportzentrum mit einer thermischen<br />

Leistung von 600 kW (Bild 1).<br />

Die benötigte Heizmasse stammt bis<br />

zu 95 % aus einem naheliegenden<br />

Sägewerk. Noch nicht ausgeschöpf-<br />

Karl Gentner,<br />

Yados Vertriebs GmbH,<br />

Hoyerswerda<br />

Bild 1. Der größte regenerative Energieerzeuger in <strong>Teningen</strong> ist die Holzhackschnitzelheizung<br />

an der örtlichen Schule. Die verwertbare Biomasse<br />

wird von einem regionalen Sägewerk bezogen und in einem 120 m 3 großen<br />

Speicher gelagert. Sein Fassungsvermögen reicht im Winter für zwei Wochen<br />

Volllastbetrieb<br />

1 PDF 7461 aus EuroHeat&<strong>Power</strong> 46. Jg (<strong>2017</strong>), Heft <strong>10</strong>, S. 36-39


te Leistungskapazitäten der Anlage<br />

stehen für die Versorgung weiterer<br />

Wärmeabnehmer frei.<br />

Ebenfalls ungenutzt blieben bis<br />

dato rd. 90 % der erzeugten Abwärme<br />

einer nahegelegenen Biogasanlage<br />

(Bild 2). Das entspricht einer<br />

Wärmeenergie von jährlich mehreren<br />

Gigawattstunden.<br />

Ergänzt werden die beiden Primär-<br />

Einspeiser durch eine Solarthermieanlage<br />

und einen fossil befeuerten<br />

Gaskessel mit 600 kW(th), der zu<br />

Spitzenlastzeiten zugeschaltet werden<br />

kann. Überschüssige Wärme<br />

wird in drei Pufferspeichern mit insgesamt<br />

54 m 3 zwischengespeichert<br />

und den angeschlossenen Haushalten<br />

im Bedarfsfall zugeführt.<br />

Eine ökonomisch sichere Umstellung<br />

auf eine dezentrale Wärmeversorgung<br />

erfordert ausreichend viele<br />

Abnehmer, denn nur dann können<br />

die Investitionskosten so umgelegt<br />

werden, dass die Wärmepreise langfristig<br />

konkurrenzfähig bleiben. Da<br />

der Hauptbetreiber des <strong>Nahwärmenetz</strong>es,<br />

die Gemeinde, über mehrere<br />

kommunale Einrichtungen mit modernisierungsbedürftigen<br />

Heizsystemen<br />

verfügte und der Stadtteil Oberdorf<br />

einen großen Gebäudebestand<br />

mit ebenfalls sanierungsbedürftigen<br />

strom-, gas- oder erdölbetriebenen<br />

Heizungsanlagen aufwies, konnte<br />

der Wirtschaftlichkeitsberechnung<br />

eine hinreichend hohe Anschlussnehmerzahl<br />

zugrunde gelegt werden.<br />

Präzise Netzplanung und<br />

innovative Systemkomponenten<br />

Konzeption und Umsetzung einer effizienten<br />

lokalen Wärmeversorgung,<br />

bei der die spezifischen örtlichen<br />

Anforderungen und Rahmenbedingungen<br />

adäquat berücksichtigt und<br />

genutzt werden, sind komplex und<br />

bedürfen der besonderen Expertise<br />

erfahrener Planungspartner. Im Projekt<br />

<strong>Teningen</strong> übernahm deshalb die<br />

auf regenerative Energielösungen<br />

spezialisierte dme Consult GmbH<br />

die technische Gesamtplanung sowie<br />

die Steuerung des Wärmenetzaufbaus<br />

und der Integration der<br />

Anlagentechnik in allen Teilschritten<br />

bis zur Inbetriebnahme. Mit<br />

Planungsbeginn stand im Fokus,<br />

das vom Unternehmen entworfene,<br />

rd. 6 000 m umfassende Netz so zu<br />

konzipieren, dass eine maximale<br />

Bild 2. Am Standort der Biogasanlage baute Yados eine Hydraulikstation mit<br />

Wärmeauskopplungsmodul und integrierten Netzpumpen zur Einspeisung<br />

in das Wärmenetz in Containerausführung. Das Containersystem ist ortsbeweglich<br />

und kann bei Bedarf flexibel umgesetzt werden<br />

Senkung des Primärenergieeinsatzes<br />

erzielt werden kann.<br />

Dieses gelingt, wenn sich die<br />

Netzvorlauf- und Rücklauftemperaturen<br />

durch eine möglichst hohe<br />

Spreizung dauerhaft auf einem<br />

optimalen Niveau halten lassen.<br />

Pumpenleistungen und Rohrdimensionierungen<br />

können dadurch verringert<br />

werden. Das spart nicht nur<br />

Kosten bei Material und Anlagentechnik,<br />

sondern minimiert gleichzeitig<br />

wirtschaftlich und ökologisch<br />

belastende Wärmeverluste im Netz.<br />

Maßgeblich für die Effizienz eines<br />

<strong>Nahwärmenetz</strong>es ist neben der Planung<br />

der Leitungen die Anlagentechnik.<br />

Diese bestimmt den Prozess<br />

und die Details der Wärmespeicherung,<br />

-verteilung und -übergabe<br />

(Bild 3) sowie der Bereitstellung von<br />

Warmwasser an die angeschlossenen<br />

Gebäude. Anhand der von dme<br />

Consult erstellten Planungsgrundlage<br />

fertigte der Anlagenbauer Yados<br />

exakt abgestimmte Anlagen zur Erzeugung,<br />

Verteilung und Übergabe,<br />

die es technisch ermöglichen, die<br />

Netzvorlauf- sowie -rücklauftemperaturen<br />

durch eine möglichst hohe<br />

Spreizung dauerhaft auf einem optimalen<br />

Niveau zu halten. Dies schafft<br />

die Voraussetzung dafür, Pumpenleistungen<br />

und Rohrdimensionierungen<br />

zu reduzieren und damit<br />

Investitionskosten in Material und<br />

Anlagentechnik einzusparen sowie<br />

Wärmeverluste im Netz zu minimieren.<br />

Anlagenkomponenten und<br />

vorhandene Energieerzeuger wurden<br />

schließlich gemeinsam in das<br />

übergeordnete Leit- und Kommunikationssystem<br />

Yado-Link (Bild 4)<br />

integriert.<br />

Aus der Möglichkeit, unterschiedliche<br />

Wärmequellen in ein <strong>Nahwärmenetz</strong><br />

einbinden zu können, resultierten<br />

gleichzeitig besondere<br />

Herausforderungen für den Netzbetrieb.<br />

Unabhängig vom Energieträger<br />

(Holz, Biogas, Solarenergie<br />

usw.) und der Leistungskapazität des<br />

jeweiligen Wärmeerzeugers müssen<br />

sämtliche Einspeiser kompatibel<br />

und stabil miteinander arbeiten<br />

können.<br />

Das auf dem Datenübertragungsprotokoll<br />

LON-Bus (LON =<br />

local operation network) basierte<br />

Netzwerksystem ermöglicht es, das<br />

Gesamtnetz – einschließlich Energieerzeuger<br />

und Einspeisepumpen<br />

– nach dem Prinzip verteilter<br />

Intelligenz kontinuierlich zu steuern<br />

und zu überwachen. Die Regelungseinheit<br />

des Leit- und Kommunikationssystems<br />

erfasst, analysiert<br />

und visualisiert in Echtzeit die Informationen<br />

an den integrierten<br />

Knotenpunkten des Wärmenetzes<br />

und steuert dabei die Verarbeitungsprozesse<br />

zwischen den unterschiedlichen<br />

Energiequellen und den Wärmeverbrauchern.<br />

Anlagenrelevante<br />

EuroHeat&<strong>Power</strong> 46. Jg (<strong>2017</strong>), Heft <strong>10</strong> 2


Fachthema<br />

Wärmeverteilung<br />

Bild 3. Die Wärmeübergabestation ist das Bindeglied zwischen Wärmeanschlussleitung<br />

und Gebäudeheizungsanlage. Sie reguliert Druck- und Temperatureigenschaften<br />

des Heizwassers und berechnet die notwendige Vorlauftemperatur<br />

nach individuellen Vorgaben und abhängig von den jeweils<br />

vorherrschenden Außenbedingungen<br />

Daten werden an das Leitsystem<br />

übermittelt.<br />

Hier können Abweichungen oder<br />

Störungen in den Erzeugungs- und<br />

Verteilprozessen unmittelbar erkannt<br />

und direkt behoben werden.<br />

Schutz vor unerlaubten externen<br />

Systemeingriffen gewährt ein spezielles<br />

Verschlüsselungsverfahren,<br />

das nach heutigem Stand höchste<br />

Datensicherheit und damit auch die<br />

gebotene Versorgungssicherheit der<br />

Anschlussnutzer gewährleistet.<br />

Intelligente Wärmenetze 4.0 −<br />

gefordert und gefördert<br />

Die deutschen Kommunen verfügen<br />

über einen Gebäudebestand von rd.<br />

300 000 Immobilien, ein großer Teil<br />

davon Nichtwohngebäude wie Bildungseinrichtungen<br />

und Schulen.<br />

Für die Strom- und Wärmeversorgung<br />

der Liegenschaften bringen die<br />

Kommunen jährlich rd. 3,4 Mrd. E<br />

auf. Energieeffizienz-, Energiesparund<br />

Klimaschutzmaßnahmen haben<br />

somit höchste Priorität.<br />

Stehen geeignete regenerative<br />

Energiequellen zur Verfügung, und<br />

werden Planung, Umsetzung und<br />

Betrieb unter Einhaltung wesentlicher<br />

Effizienzkriterien mit zukunftsfähigen<br />

Technologien vorgenommen,<br />

dann bietet der Auf- und<br />

Ausbau lokaler Wärmenetze – wie<br />

das Beispiel <strong>Teningen</strong> zeigt – weitreichende<br />

Einsparpotenziale und verbessert<br />

nicht zuletzt die kommunale<br />

Ökobilanz.<br />

Diesen Ansatz unterstützt auch<br />

das neue Förderprogramm »Modellvorhaben<br />

Wärmenetze 4.0«, das<br />

seit Juli <strong>2017</strong> erstmals eine systemische<br />

Förderung im Bereich der Wärmeinfrastruktur<br />

vorsieht. In Zukunft<br />

können in diesem Rahmen Gesamtsysteme<br />

und nicht nur (wie bislang)<br />

Einzeltechnologien und -komponenten<br />

gefördert werden.<br />

Förderungsfähige Wärmenetze<br />

der 4. Generation nutzen hohe Anteile<br />

erneuerbarer Energien und anfallender<br />

Abwärme und können auf<br />

einem drastisch niedrigeren Temperaturniveau<br />

als die klassischen<br />

Wärmenetze betrieben werden.<br />

Intelligente Leit- und Kommunikationssysteme<br />

gelten dabei als Förderungsvoraussetzung.<br />

j<br />

karl.gentner@yados.de<br />

www.yados.de<br />

Bild 4. Die Oberfläche des Leit- und Kommunikationssystems: Der energetische<br />

Soll- und Istzustand jedes einzelnen Wärmenetzkunden wird in Echtzeit<br />

visualisiert. Heizzeiten, Temperaturen und Einstellungen können per Fernwartung<br />

überwacht und gesteuert werden. Darüber hinaus zeigt das System<br />

den Wärmeverbrauch des Abnehmers in Tages-, Wochen- und Monatsbalkendiagrammen<br />

an<br />

3 EuroHeat&<strong>Power</strong> 46. Jg (<strong>2017</strong>), Heft <strong>10</strong>

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