Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk e.V.


Bei einem Wärmenetz handelt es sich um Rohrleitungen, durch die Wärme Verbrauchern zur Verfügung gestellt wird. Die Wärme wird beispielsweise in einem Heizwerk, in einem Heizkraftwerk oder in einer Biogasanlage erzeugt und durch das Wärmenetz an Schulen, Krankenhäuser, Hotels und Wohngebäude geliefert. Sofern in räumlicher Nähe verfügbar, empfiehlt es sich so genannte Abwärme in das Netz einzuspeisen und den Nutzern zur Verfügung zu stellen. Als Abwärme bezeichnet man Wärme, die zum Beispiel in der Industrie oder bei einem Stromerzeugungsprozess zunächst ohne Verwertung als Beiprodukt anfällt. Abgestimmt auf die lokalen Gegebenheiten kann u. U. eine Kombination verschiedener Wärmequellen wie auch die Einbindung thermischer Solarenergie in Erwägung gezogen werden. Die Kunden nutzen die Wärme zur Raumbeheizung, zur Trinkwassererwärmung oder als Prozesswärme in industriellen Anlagen.

Typische Wärmekunden sind beispielsweise Privatleute, die ein Wohnhaus beheizen wollen, aber auch Gewerbe, Industrie und Landwirtschaft, die Wärme für die Beheizung von Produktionsprozessen, Gewächshäusern und Gebäuden benötigen, außerdem kommunale und kirchliche Träger, die beispielsweise ein Rathaus, ein Schwimmbad, einen Kindergarten oder ein Krankenhaus mit Wärme versorgen wollen. Bei der Quartiersversorgung ist in der Regel die Interessenlage mehrerer Gebäudeeigentümer zu berücksichtigen, Kommunen bieten sich hier als Koordinatoren an. Auch auch eine reine Eigenversorgung ist möglich. Je nach Ausdehnung des Netzes unterscheidet man Nah- und Fernwärmenetze.

 

Nahwaermeverbund

Die im Biomasseheiz(kraft)werk oder in der Biogasanlage erzeugte Wärme wird durch das Wärmenetz zu den Verbrauchern geleitet. Als Wärmeträger dient meist Wasser. Das Wasser wird z.B. vom Holzheizkessel des Holzheizwerks oder vom Motor und vom Abgas der Biogasanlage erwärmt und durch eine Rohrleitung zum Wärmekunden gepumpt. Dort wird die Wärme in einem Wärmetauscher auf ein zweites Wärmeträgermedium übertragen und zu verschiedenen Heizzwecken genutzt. Das Wasser des Wärmenetzes kühlt sich dabei ab; es wird durch eine zweite Rohrleitung zurück zum Heizwerk oder zur Biogasanlage geleitet, wo es wieder aufgeheizt wird, und der Kreislauf beginnt von vorn. Je nach Anzahl der Verbraucher und nach ihrer Entfernung vom Erzeuger kann das Wärmenetz mehr oder weniger aufwändig sein - von der einzelnen kurzen Rohrleitung bis hin zum weit verzweigten Nah- oder Fernwärmenetz ist vieles machbar. Die Rohrleitungen liegen meist unter der Erde.

Nicht nur die Nutzung der bereitgestellten Energie als Wärme ist möglich, auch Kälte für Kühlprozesse wird aus Wärme erzeugt. Beim Kühlen mit Kälte aus Wärme nutzt man anstelle der sonst üblichen elektrisch betriebenen Kompressionskältemaschinen eine so genannte Absorptionskältemaschine (AKM). Zwei Varianten sind möglich: Entweder die AKM wird beim Wärmekunden aufgestellt; die Versorgung des Wärmekunden erfolgt dann über ein übliches Wärmenetz, und die AKM nutzt die Wärme aus dem Wärmenetz zur Kälteerzeugung, verbessert damit unter Umständen die Auslastung des Netzes. Die Variante kann ab einer Kälteleistung von 200 kW wirtschaftlich interessant sein. Bei entsprechendem Bedarf kann aber auch statt eines Wärmenetzes ein Kältenetz aufgebaut werden; die Versorgung des Kunden erfolgt dann mit Kälte aus dem Netz, die AKM steht nicht beim Kunden sondern z.B. in einem Heizkraftwerk.

Bei so genannten kalten Wärmenetzen handelt es sich um Wärmenetze mit einem sehr niedrigen Temperaturniveau. Die bei den Verbrauchern installierten Wärmepumpen transportieren die Wärme auf ein höheresTemperaturniveau und machen sie insbesonder für Niedertemperaturanwendungen, z.B. für eine Fußbodenheizung, nutzbar. Im Sommer bietet sich das Netz zur Kühlung der Gebäude an.

Welche Art der Versorgung sinnvoll ist, wird beispielsweise in Machbarkeitsstudien erhoben. Die Erstellung einer solchen Machbarkeitsstudie kann bei Projekten in Bayern finanziell gefördert werden. Die Umsetzung der Projekte erfolgt beispielsweise im Rahmen von Quartierskonzepten. Herausragendes Merkmal der Biomasse ist ihre Speicherfähigkeit, dieses Potenzial gilt es verstärkt zu nutzen. In Zukunft werden Wärmeversorgungskonzepte von Gebäuden und Quartieren wohl nicht mehr ausschließlich mit Biomasse realisiert werden sondern im Verbund mit anderen Erneuerbaren Energien, bei welchen der nur begrenzt zur Verfügung stehenden Biomasse die Funktion eines Back-Up zukommen wird. Biomasse bietet darüber hinaus Lösungsmöglichkeiten zur Bereitstellung von Prozesswärme und zur Wärmeversorgung im energetisch schwer zu sanierenden Denkmalbestand.

Problematisch an solchen Zukunftskonzepten, die Biomasse lediglich noch zur Abdeckung von "Restlasten" sehen, ist allerdings, dass sie im Gegensatz zur herkömmlichen, passgenau geplanten Grundlastabdeckung nur eine geringe Auslastung der Biomasseanlage erwarten lassen und dass niedrige Auslastungen verbunden wären mit wirtschaftlichen und technischen Nachteilen, Effizienzverlusten und erhöhten Schadstoffemissionen. Weitere technologische Anstrengungen sind also erforderlich, um auch mit einfachen Biomassebrennstoffqualitäten eine flexible aber dennoch hocheffiziente Energiebereitstellung im Mittel- und Spitzenlastbereich sicherstellen zu können. Der falsche Weg wäre es, mehr Wärmenetze auf Kosten von Effizienz und Wirtschaftlichkeit zu fordern.

Generell machen Wärmenetze nur Sinn, wenn sie als hocheffiziente Lösungen realisiert werden. Die Wärmeverluste der Wärmeverteilung müssen so gering wie möglich gehalten werden, und auch die Kosten gilt es im Auge zu behalten. Wärmenetze können überall dort eine Option sein, wo die Wärme nicht lokal genutzt werden kann oder wo sie auf mehrere Nutzer verteilt werden muss, um überhaupt genutzt werden zu können.

 

Warum Wärmenetze?

Wärmenetze bieten dem Verbraucher eine komfortable Wärmebereitstellung. Er muss sich weder für eine bestimmte Heiztechnik entscheiden, noch muss er Brennstoffe einkaufen, lagern, Reststoffe entsorgen oder sich um einen Anlagenservice kümmern. Es genügen eine relativ kleine, automatisch arbeitende Anlage zur Übergabe der Wärme, eine so genannte Übergabestation, zum Beispiel an der Wand in einem Kellerraum, und erforderlichenfalls Platz für einen Wärmespeicher. Der Verbraucher bezahlt die Wärme, die ihm der Versorger liefert, und er entrichtet eine Grundgebühr, eventuell auch eine einmalige Anschlussgebühr. Der Versorger betreibt die Wärmeerzeugung und die Wärmeverteilung und ist um deren Optimierung bemüht. Weil mehrere Kunden beliefert werden, kann mit größeren Anlagen als bei einer Einzelversorgung gearbeitet werden, dadurch kann eine größere Effizienz der Wärmebereitstellung erzielt werden, und die Kosten pro bereitgestellter Energiemenge können sinken. Die geschickte Kombination mehrerer Wärmeerzeuger und die Nutzung von so genannter Abwärme sind möglich.

Von Nachteil gegenüber einer dezentralen Wärmeversorgung sind die relativ hohen Investitionen insbesondere in die Wärmeverteilung, relativ lange Abschreibungszeiten und die mit dem Wärmenetz verbundenen Wärmeverluste. Sie machen eine fundierte, auf den Bedarf ausgerichtete Auslegung der Wärmeerzeuger- und Wärmeverteilungsanlage erforderlich und begrenzen das sinnvolle Anwendungsgebiet von Wärmenetzen.

 

Von der Idee zum Projekt

Wann sind die Voraussetzungen gut, über den Bau eines Wärmenetzes nachzudenken? Grundsätzlich müssen die Lage, der Energiebedarf und die Eigentümerstruktur der zu versorgenden Objekte bestimmten Voraussetzungen entsprechen. Gut geeignet für ein konventionelles Wärmenetz können Gebäude sein, die einen gleichmäßig hohen Wärmebedarf haben, beispielsweise Hotels, Pflegeheime und Bäder. Die Gebäude sollten möglichst dicht beieinander liegen, damit die Leitungslänge des Wärmenetzes möglichst kurz bleibt. Wichtig ist natürlich auch die Bereitschaft der Gebäudeeigentümer, sich mit dem Thema zu befassen und an ein Wärmenetz anzuschließen. Mehrfamilienhäuser, die sich im Eigentum eines Unternehmens befinden, und kommunale Gebäude wie Schulen, Schwimm- und Mehrzweckhallen erleichtern den Einstieg in das Projekt, denn dort hat man es üblicherweise mit wenigen Ansprechpartnern und mit einem relativ hohen Wärmebedarf zu tun. Stehen ein Austausch alter Heizanlagen und eventuell eine energetische Sanierung an, ist eine Konkurrenz durch z.B. einen Erdgasanschluss nicht gegeben, sind vielleicht ohnehin Erdarbeiten im Bereich der zu versorgenden Objekte geplant, dann sollte man sich über die Realisierung eines Wärmenetzes zur Versorgung dieser Objekte Gedanken machen. Die Entwicklung einer solchen Wärmeverbundlösung ist im Kapitel Biomasseheizwerke für Wärmenetze mit Biomasseheizwerk Schritt für Schritt beschrieben.

 

Kommunen als Koordinatoren

Wärmenetze können eine Interessante Option bei der Nutzung von Erneuerbaren Energien sein. Sie können dazu beitragen, Erneuerbare Energien in den Wärmemarkt zu integrieren sowie Kraft-Wärme-Kopplung und Abwärme sinnvoll zu nutzen. Neue Wärmenetze setzen jedoch stets voraus, dass wichtige Entscheidungen gemeinsam getroffen und umgesetzt werden. Kommunen und deren Gremien eignen sich besonders als Träger für Ideen und als Akteuere. Die Fragen, die sich hierbei ergeben, sind in allen Kommunen ähnlich, die Lösungsmöglichkeiten jedoch sind so vielfältig wie die Kommunen selbst. Hilfestellung leistet hier beispielsweise das Beratungs- und Informationsangebot von C.A.R.M.E.N. e.V.

 

Energieeinsparverordnung und Wärmenetz

Am 1. Januar 2016 ist eine Verschärfung der Energieeinsparverordnung (EnEV) in Kraft getreten. Bei Neubauten sinkt der maximal zulässige Energiebedarf um 25 %. Für Bauherrn ergibt sich dadurch in der Regel die Notwendigkeit, bei der Wärmeversorgung mit Erneuerbaren Energien zu arbeiten, beispielsweise durch Anbindung des Gebäudes an ein mit Erneuerbaren Energien gespeistes Wärmenetz. Die Versorgung von Neubaugebieten über ein Wärmenetz mit einem Holzheizwerk ist allerdings nicht ganz unproblematisch; es müssen diverse Rahmenbedingungen beachtet werden, die sich auf die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Wärmeverbundes auswirken können.

 

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Prozesswärme

Eine interessante, häufig aber mit besonderen Hürden behaftete Option für eine Nahwärmeversorgung können Objekte sein, die so genannte Prozesswärme benötigen. Etwa 20 % der in Deutschland benötigten Endenergie ist Prozessenergie, also Energie beispielsweise für den Betrieb von Wäschereien, Brauereien oder Papierfabriken, für die Erzeugung chemischer Waren oder für die Metallerzeugung. Rund drei Viertel der in der Industrie benötigten Energie ist Wärmeenergie, der Rest entfällt auf mechanische Energie und etwas Beleuchtung.

Entscheidend für die Art und Weise, mit der Prozesswärme bereitgestellt werden kann, sind u.a. das Temperaturniveau und der Wärmebedarf. Rund ein Drittel des industriellen Wärmebedarfs geht mit Temperaturen von weniger als 250°C einher; in diesem Bereich könnte zukünftig insbesondere solare Prozesswärmebereitstellung von Bedeutung sein. Höhere Temperaturen kann die Biomasse bereitstellen.

  • Niedertemperaturbereich bis 100°C (inkl. Raumbeheizung und Warmwasserbereitung): z.B. Ernährungsgewerbe, Textilgewerbe, chemische Industrie, Metallerzeugung und -bearbeitung, Maschinenbau, Herstellung von KfZ und KfZ-Teilen.
  • Mittlerer Temperaturbereich 100 bis 500°C: z.B. Ernährungsgewerbe, Papiergewerbe, chemische Industrie.
  • Hochtemperaturbereich ab 500°C: chemische Industrie, Metallerzeugung und -bearbeitung, Glas/Keramik/Steine/Erden.

Bislang decken Erneuerbaren Energien in Deutschland erst 5 % des industriellen Prozesswärmebedarfs, rund 75 % machen fossile Energieträger aus, den Rest liefern elektrischer Strom und Fernwärme. In der Industrie gelten für Investitionen strenge wirtschaftliche Kriterien; die relativ langfristigen Biomasseprojekte mit ihren relativ hohen Investitionen haben es in diesem Sektor besonders schwer, mit fossilen Lösungen mitzuhalten. Hinzu kommt, dass der Lastgang der in der Industrie benötigten Wärme häufig extreme Lastspitzen aufweist, wohingegen Biomassekessel am besten kontinuierlich mit Bandlast betrieben werden sollten. Dennoch kann es sich lohnen, für die Deckung eines Prozesswärmebedarfs beispielsweise über eine solare Wärmebereitstellung oder über eine Biomasselösung nachzudenken, um den relativ hohen Bedarf an fossilen Energieträgern in diesem Bereich weiter zu vermindern.

 

Abwärme

So genannte Abwärme fällt beispielsweise in der Industrie oder bei Stromerzeugungsprozessen als Beiprodukt an und ist zunächst ohne Verwertung. Ihre Nutzung ist sinnvoll, soweit sich eine geeignete Verwertung dafür findet. Priorität haben die Vermeidung und die betriebsinterne Verwendung. Die Einspeisung der Abwärme in ein Wärmenetz kann sich zwar als interessante Option darbieten, hemmend wirkt sich dabei jedoch häufig aus, dass eine geeignete vertragliche Regelung zwischen Industriebetrieb und externem Wärmenutzer getroffen werden muss (langfristige Bindung, hohe Investitionen, nicht das Kerngeschäft des Abwärmelieferanten) und dass die Abwärmeeinspeisung mitunter nur als zusätzliche, nicht immer und eventuell nicht auf Dauer verfügbare Option betrachtet werden kann.

Abhängig vom Temperaturbereich, in dem die Abwärme anfällt, können die folgenden Technologien zur Abwärmenutzung in Frage kommen:

  • Hochtemperaturbereich (> 350°C): Dampfturbine, Stirlingmotore, thermoelektrische Systeme, Wärmespeichersysteme.
  • Mitteltemperaturbereich (80 bis 350°C): Organic Rankine Cycle (ORC), Absorptionskälteanlage, Nah- und Fernwärme, thermoelektrische Systeme, Wärmespeichersysteme.
  • Niedertemperaturbereich (< 80°C): Wärmepumpen, Adsorptionskälteanlage, Raumbeheizung, Trinkwassererwärmung, Vorwärmung, Rücklauftemperaturanhebung, Wärmespeichersysteme.

Zur Entkopplung von Angebot und Nachfrage können unter Umständen größere Wärmespeicherkapazitäten erforderlich sein.

 

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Betreiberformen

Eigenversorgung? Betreibergesellschaft? Wärmelieferung / Contracting? Wer soll der das Biomasseheizwerk bauen und wer soll es zukünftig betreiben? Welche Rechtsform soll gewählt werden? Antworten auf diese und ähnliche Fragen finden Sie hier.

 

Förderung

Machbarkeitsstudien können unter Umständen gefördert werden. Nähere Informationen zu einer entsprechenden Fördermöglichkeit in Bayern gibt es beim Bayer. StMWi.

Der Freistaat Bayern fördert Biomasseheizwerke mit und ohne Wärmenetz. Nähere Informationen dazu gibt es beim Technologie- und Förderzentrum.

Weitere Fördermöglichkeiten gibt es für Wärmenetze, Wärmespeicher, Abwärmenutzung, Einspeisung solarthermischer Energie in Wärmenetze und vieles andere mehr. Eine Übersicht zu den Fördermöglichkeiten finden Sie in der Infothek.

 

 

Literatur und weiterführende Informationen

Open-Source-Software SOPHENA zur überschlägigen Auslegung von Wärmenetzen mit Holzheizanlage

Schriftenreihe QM Holzheizwerke: Handbücher zu den Grundlagen von Wärmenetzen mit Holzheizwerk

EnergieSchweiz (Hrsg.): Planungshandbuch Fernwärme; Bern 2017

BMU (Hrsg.): Energetische Stadtsanierung in der Praxis III. Umsetzungserfolge und Herausforderungen für die Zukunft; Berlin 2017

ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (Hrsg.): Erneuerbare Energien im Wärmesektor - Aufgaben, Empfehlungen und Perspektiven; Berlin 2015

Quaschnig, Volker: Sektorkopplung durch die Energiewende; Berlin 2016

Dötsch, C. ; Taschenberger, J. ; Schönberg, I.: Leitfaden Nahwärme. Umsicht Schriftenreihe 6; Stuttgart 1998

Czech, S.; Antonow, K.: Rechtliche Grundlagen für die Verlegung von Fernwärmeleitungen; in: Biogas-Journal 1/2014

Klimaschutz- und Energieagentur (Hrsg.): Bedeutung von Wärmenetzen für die Energiewende. Positionspapier; Stuttgart 2014

Kompetenzzentrum Wärmenetze bei der KEA Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg GmbH

Hochschule Luzern (Hrsg.): Kalte Fernwärme (Anergienetze). Grundlagen- und Thesenpapier; Luzern 2014

Land Steiermark (Hrsg.): Leitfaden zur Optimierung von Fernwärmenetzen. Verbesserung und Modernisierung bestehender Fernwärmeversorgungsanlagen; Graz 2015

Otto, Alexander: Wärme und Effizienz für die Industrie; Berlin 2015

Energetische Stadtsanierung - Zuschüsse für Quartierskonzepte und Sanierungsmanager

Darlegung der Wirtschaftlichkeit nach KWKG (Arbeitsblatt AGFW FW 704)

Rechtsformen und Betreibermodelle

Vertragsregelungen


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