Niedrige Rücklauftemperatur im Wärmenetz | ehp 9/2020 Fachthema

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Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bietet enormes Potenzial, CO2-Einsparungen und Energieeffizienz
von Wärmenetzen zu maximieren. Ihr optimales Leistungsniveau erreichen die Anlagen
in einem intelligenten Zusammenspiel aller integrierten Komponenten. Das gelingt dann, wenn
Planungsprozess und Komponentenauswahl die spezifischen Anforderungen an das spätere
Versorgungssystem effektiv umsetzen.

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FACHTHEMA

ANSCHLUSS-/KUNDENANLAGEN

Die Systemplanung und Komponetenauswahl bestimmen die Effizienz und Wirtschaftlichkeit einer Anlage

Niedrige Rücklauftemperaturen

durch Planungs- und

Systemkompetenz in Wärmenetzen

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bietet enormes Potenzial, CO 2 -Einsparungen und Energieeffizienz

von Wärmenetzen zu maximieren. Ihr optimales Leistungsniveau erreichen die Anlagen

in einem intelligenten Zusammenspiel aller integrierten Komponenten. Das gelingt dann, wenn

Planungsprozess und Komponentenauswahl die spezifischen Anforderungen an das spätere

Versorgungssystem effektiv umsetzen.

Um die im Klimaschutzgesetz verankerten

Ziele zu erreichen, muss

die Wärmewende konsequent vorangetrieben

werden. Die zentrale

Wärmebereitstellung und -verteilung

über moderne Wärmenetze

kann hier aus ökologischer und

ökonomischer Sicht einen wertvollen

Beitrag leisten.

Energieversorger, Contracting-

Anbieter, Betreiber kommunaler

Wohn- und Verwaltungsgebäude

sowie Gewerbe und Industrie mit

einer hohen Wärmegrundlast profitieren

von den technischen und

wirtschaftlichen Vorteilen, etwa

den günstigeren Wärmegestehungskosten

in Heizzentralen. Zudem

können vorhandene, zentrale

(Ab-)Wärmequellen mit niedrigem

Temperaturniveau durch Großwärmepumpen

ins Wärmenetz eingebunden

werden. Gleiches gilt für

große saisonale Speicher mit entsprechend

hoher Kapazität, die nur

sehr geringe Wärmeverluste aufweisen

und Wärme aus Solarthermieanlagen

über mehrere Monate

bis in den Winter speichern können.

Auch hohe Wärmemengen, die beispielsweise

über die Tiefengeothermie

gefördert werden können, lassen

sich effizienter nutzen.

Der Einsatz moderner KWK-Technologie

hebt zusätzliche Potenziale.

In einem langfristig nachhaltigen

Energiesystem überzeugt die Leistung

der gekoppelten Strom- und

Wärmeerzeugung bei gleichzeitig

maximaler Flexibilität hinsichtlich

Anlagengröße und Einsatzart sowohl

in zentralen als auch dezen-

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tralen Lösungen. Neben der Steigerung

des Stromertrags wird die

Nutzung industrieller Abwärme

möglich. Ein kontinuierlich hoher

Wärme- und Strombedarf ist dabei

ideal für das Erreichen bestmöglicher

Nutzungsgrade der Anlagen.

Die außerordentlich gute Brennstoffeffizienz

sorgt für eine messbar

bessere CO 2 -Bilanz der gekoppelten

Erzeugung gegenüber einer getrennten

Erzeugung von Strom und

Wärme.

Planung und Auslegung

bestimmen die Anlagenwirtschaftlichkeit

Der Grundstein für den späteren

wirtschaftlichen und klimaschonenden

Betrieb einer KWK-Anlage

wird bereits bei der Planung gelegt.

Nur ein angemessen dimensioniertes

Blockheizkraftwerk (BHKW)

kann auch eine effiziente BHKW-

Anlage sein – und dafür muss ihr

Nutzungsgrad möglichst hoch

liegen. Eine BHKW-Anlage wird

daher über die Volllastbetriebszeit

ausgelegt. Diese liegt typischerweise

zwischen 4 000 und 5 000

Betriebsstunden im Jahr. Ist ein

BHKW auf eine zu hohe Leistung

ausgelegt, können die notwendigen

Volllaststunden nicht erreicht

werden. Bei zu geringen zugrundegelegten

Stundenlaufzeiten nehmen

in der Folge Verschleiß und

Wartungsbedarf der Anlage zu.

Strom und Wärme werden dann zu

teuer generiert.

Ein BHKW wärmegeführt auszulegen,

ist meist vorteilhaft. Zum

einen schwankt der Wärmebedarf

im Tagesverlauf nicht so stark wie

der Strombedarf. Zum anderen

kann produzierter, ungenutzter

Strom in das öffentliche Netz eingespeist

werden. Wärmegeführte

BHKW werden über die Spitzenlast

oder die Grundlast dimensioniert.

Ist die Grundlast maßgebend,

wird für Spitzenlastzeiten eine zusätzliche

Wärmequelle, etwa ein

Heizkessel, zugeschaltet.

Effizienz resultiert aus einer

belastbaren Datenbasis

Größere (auch kommunale) Unternehmen

sind zur Durchführung

und Umsetzung von Energieaudits

verpflichtet und verfügen folglich

über eine solide Datengrundlage, die

Aufschluss gibt über den realen

Wärmeverbrauch. Diese Informationen

bilden die Basis einer anforderungsgerechten

Anlagenplanung

und -auslegung. Liegt keine belastbare

vollständige Datenerfassung

zum elektrischen und thermischen

Bedarf im Einsatzbereich vor oder

fehlt diese gänzlich, stellt dies zuständige

Planer – vor allem bei

energetischer Modernisierung oder

Sanierung im Bestand – vor große

Probleme.

„Aus unserem Projektgeschäft

wissen wir nur zu genau, dass die

Effizienzprobleme einer Anlage

meist daraus resultieren, dass ohne

Datenbasis geplant werden musste,

und die Anlage den Anforderungen

daher häufig gar nicht entsprechen

kann. Was zu Projektbeginn fehlt,

kann später teuer werden“, erklärt

Sven Mahlitz, Vertriebsleiter Energiesysteme

der Yados GmbH. Dies

gilt sowohl für überdimensionierte

als auch für unterdimensionierte

Anlagen.

Yados unterstützt Planer und

Betreiber deshalb mit fundierten

Voranalysen zur Ableitung der

technischen Notwendigkeiten neuer

oder zu modernisierender Anlagen.

Ergänzende, anlagenoptimierende

Komponenten, z. B.

zusätzliche Wärmeübertrager für

weitere Auskopplungen bei der

Optimierung eines BHKW, können

so planungs- und betriebsseitig eindeutig

begründet werden. Spezifische

Bedarfsgrößen können durch

den Einbau und die Auswertung

von Wärmemengenzählern ermittelt

werden. Zur „technischen Fehlervorwegnahme“

wird zudem

Bild 1. Yados unterstützt Planer und Betreiber bei Neubau oder Modernisierung

von der fundierten Voranalyse bis zur maßgefertigten Energieeffizienzzentrale

eruiert, wo und wann welcher

Abnehmer wieviel thermische

Energie verbraucht. Für jeden

Heizkreis wird der Wärmelauf gesondert

analysiert, um diesen später

bedarfsspezifisch bedienen zu

können.

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ANSCHLUSS-/KUNDENANLAGEN

Eine systematische Analyse sollte

auch dann vorgenommen werden,

wenn nur einzelne Komponenten

einer Gesamtanlage erneuert

werden. „Wird beispielsweise ein

Heizkessel durch einen Brennwertkessel

ohne Kenntnis der bedarfsspezifischen

Anforderungen ersetzt,

verpufft im schlimmsten Fall

der Brennwertnutzen. Das ist aus

betriebswirtschaftlicher Sicht ärgerlich

und trägt nicht zur Umweltentlastung

bei“, so Mahlitz.

Für die Analyse selbst wird ein

projektspezifischer Zeitrahmen gewählt.

Optimal ist eine Datenerfassung

über eine Laufzeit von einem

Jahr, um sowohl die Lasten der

Sommer- als auch der Winterzeit

ableiten zu können. Ist dies nicht

möglich, sollten Grund- und Spitzenlast

zumindest über einen Zeitraum

von sechs Monaten erfasst

werden, vorzugsweise über die

Sommermonate.

Niedrige Rücklauftemperaturen

für noch mehr

Wirtschaftlichkeit

Yados begleitet Planer und Betreiber

bei der Konzeptionierung von

Energiezentralen (Bild 1) mit dem

Ziel, diese auf den Stand von zukunftsfähigen

Effizienzzentralen

zu heben. Die Anlagengesamtwirkung

steht dabei im Fokus. Dafür

wird in modernen Wärmenetzen

eine möglichst hohe Spreizung der

Vor- und Rücklauftemperaturen bei

möglichst niedriger Rücklauftemperatur

angestrebt. Sie sind entscheidend

für den wirtschaftlichen

Betrieb und den Nutzungsgrad des

Systems und beeinflussen maßgeblich

u. a. die thermische Übertragungskapazität,

den Volumenstrom,

vorhandene Strömungs- und

Wärmeverluste, den Wirkungsgrad

der KWK und den elektrischen

Pumpenaufwand.

„Eine wirksame Optimierung des

Rücklaufs setzt die genaue Kenntnis

der Verbraucher voraus. Das heißt,

wenn wir wissen, welches Temperaturniveau

von welchen Abnehmern,

etwa in einem Verwaltungs- oder

Industriegebäude, benötigt wird,

können wir feststellen, ob und wo es

‚Effizienzkiller‘ gibt, die im Betrieb

wenig Wärmeenergie fordern und

das niedrige Niveau der Rücklauftemperatur

dadurch gefährden“, erklärt

Mahlitz. Das Gesamtsystem

und seine Komponenten werden

entsprechend anforderungs- und

anwendungsabhängig geplant.

Systemkompetenz: Effizienz

ist mehr als die Summe der

Komponenten

Standardhydraulik gilt als einfach,

verlässlich und für den Regelbetrieb

ausreichend. Ein Irrtum der teuer

werden kann. Arbeiten die integrierten

Komponenten nicht optimal zusammen,

ist die Hydraulik nicht

ausbalanciert oder werden Rücklauftemperaturen

im Kreislauf „zerstört“,

kann auch die beste Technologie

nicht viel ausrichten, die

theoretisch hohen Effizienzpotenziale

lassen sich in der Praxis nicht

ausschöpfen. Vor diesem Hintergrund

gewinnt die objektbezogene

Anlagenplanung und -fertigung mit

hocheffizienten und gleichzeitig

komplexitätsredu zierten Lösungen

an Relevanz. Maßgeschneiderte

Systemlösungen ermöglichen es,

das Leistungsmaximum aus den

Einzeltechnologien im Verbund zu

erschließen. „Durch Kenntnis der

örtlichen, technischen und bedarfsabhängigen

Anforderungen können

wir passgenaue Anlagen fertigen

und liefern“, so Mahlitz. „Gleichzeitig

verzichten wir auf das marktübliche

Baukastenprinzip und bieten Planern

die Möglichkeit, Produkte individuell

nach den jeweiligen objektspezifischen

Anforderungen und

Gegebenheiten zu konfigurieren.“

Für den Energieeffizienzverteiler

Yado-Share beispielsweise sind sowohl

die Anschlussrichtung als

auch die Anzahl der Heizkreise frei

wählbar. Die mit zwei getrennten

Rücklaufsammlern ausgestattete

Maßanfertigung wird exakt nach

Planungsvorgaben mit vormontierten

Bauteilgruppen, z. B. Drei-Wege-

Ventil mit Stellantrieb, Hocheffizienzpumpen

und Wärmezähler,

just-in-time gefertigt und geliefert.

Während Rückläufe üblicherweise

an einem Punkt im System zusammengeführt

und vermischt werden,

lassen sich die getrennten Temperaturströme

hier auf zwei Wegen

verteilen und energetisch nutzen.

Ein niedertemperierter Rücklauf

steigert den Wirkungsgrad der

Brennwertanlage und ein höher

temperierter Rücklauf kann parallel

als Vorlauf ins Versorgungsnetz

eingebunden bzw. einem Pufferspeicher

zugeführt werden. Das

senkt die Betriebskosten und spart

CO 2 -Emissionen. Zusätzlich reduzieren

anschlussfertig vormontierte

Komponenten Montagezeit und

-aufwand; das Fehlerrisiko beim

Aufziehen von Kabeln und Elektrik

entfällt.

Intelligente Steuerung

erhöht Primärenergieeinsparung

Eine stabile und versorgungssichere

Wärmeversorgung, in der unterschiedliche

Erzeugungstechnologien,

Energieträger und Verbraucher

integriert sind, erfordert eine intelligente

Steuerung per Leit- und

Kommunikationssystem (Bild 2).

Übergeordnete Steuerungssysteme

vernetzen sämtliche Anlagenkomponenten

– etwa Energiezentrale

mit BHKW, Wärmeübergabestation,

Heizungsverteiler und Trinkwassersystem

– und ermöglichen es,

vorhandene ökonomische und ökologische

Einsparmöglichkeiten zu

identifizieren.

Eine hochentwickelte Leittechnik

ist zentraler Teil des „Alles-aus-ei-

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Bild 2. Kontrolle, Flexibilität, Wirtschaftlichkeit: Yado-Link ermöglicht eine intelligente

Anlagensteuerung von der Erzeugung bis zur Verteilung

Bild 3. Das leicht verständliche Yado-Link-Monitoring-Konzept unterstützt

Anwender über aussagekräftige Kennzahlen und gewährt Zugriff auf alle relevanten

Daten und Informationen

ner-Hand-Portfolios“ von Yados. angesteuerten Anlagenteile und

„Yado-Link steuert konstant die Anlagenparameter liefern wesentliche

Kennzahlen und bieten Zugriff

komplette Anlagentechnologie. Das

übergeordnete, Bus-basierte Regelsystem

überwacht, erfasst und Temperaturen oder Drücke (Bild 3).

auf wichtige Informationen wie

analysiert alle relevanten Daten in Anlagenbetreiber und Techniker

Echtzeit. Auf dieser Basis können haben die Möglichkeit, die für sie

dann weitere konkrete Optimierungsmaßnahmen

abgeleitet wer-

zu überwachen und zu steuern. Im

relevanten Betriebsprozesse mobil

den“, erörtert Mahlitz.

Falle eines Falles wird eine Alarm-/

Die erfassten Betriebsstunden, Störmeldung an ein vordefiniertes

Energieflüsse und Verbräuche werden

transparent aufbereitet und Laptop, übertragen. Gegebenenfalls

Endgerät, z. B. Smart Phone oder

nutzerfreundlich visualisiert. Die kann per Fernwartung in die laufenden

Erzeugungs- und Verteilprozesse

eingegriffen werden.

Auf der sicheren Seite trotz

CO 2 -Bepreisung

Aufgrund hochentwickelter (Automotive-)Technologie

erfüllen BHKW-

Motoren umfassend aktuelle und

geplante gesetzliche Emissionsvorgaben.

Grundsätzlich unterstützen

BHKW-Anlagen die dringend notwendige

CO 2 -Einsparung – wenn

auch noch nicht ganz klimaneutral.

Der vielfach eingesetzte Brennstoff

Erdgas produziert zwar messbar

weniger CO 2 als Öl und Kohle,

bleibt aber ein zum größten Teil

fossiler Energieträger. Es ist jedoch

davon auszugehen, dass Erdgas(netzen)

zukünftig mehr und

mehr Synthesegase und Wasserstoff

beigemischt werden. Die Klimabilanz

kann sich damit weiter

verbessern.

Dennoch wird die beschlossene

CO 2 -Bepreisung (CO 2 -Steuer) auch

die Betreiber von BHKW-Anlagen

betreffen. So soll eine Tonne ausgestoßenes

CO 2 ab dem Jahr 2021 bereits

25 € kosten. Bis 2026 soll der

Preis nach und nach auf 60 €/t

steigen. Anlagenbetreiber können

sich jedoch über die im Vergleich

zu konventionellen Energieträgern

deutlich geringeren CO 2 -Kosten

freuen. Da sich die Bepreisung auf

das Inverkehrbringen bezieht, tragen

die Betreiber diese Kosten zudem

nicht direkt. Lediglich der

Brennstoff wird sich verteuern. Damit

wird die CO 2 -Bepreisung eher

zum Vorteil für KWK-Technologien,

die gasförmige Primärenergie nutzen

– und Blockheizkraftwerke

bleiben weiterhin eine wirtschaftlich

und ökologisch lohnende Investition.

Yados GmbH, Hoyerswerda

sven.mahlitz@yados.de

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