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


In Bayern bestehen langjährige Erfahrungen mit Wärmenetzen im ländlichen Raum, gesammelt vorwiegend anhand von Biomasseheiz(kraft)werken und mit Bio- oder Holzgas betriebenen BHKW's. Versorgt werden Objekte in ländlichen und städtischen Räumen mit Wärme; die Anlagen können als Stand der Technik bezeichnet werden. Seit einigen Jahren steigt das Interesse an neuen, eventuell ergänzenden Lösungen insbesondere zur Versorgung von Bestandsgebäuden im ländlichen Raum sowie für Neubauquartiere in ländlichen und städtischen Regionen - für Gebiete also, bei welchen unter Umständen mit einer relativ geringen Wärmebelegungsdichte und mit einer offenen Entwicklung des Versorgungsgebietes gerechnet werden muss, und die bislang bei der Projektierung von Wärmenetzen häufig ausgespart wurden.

Warum dieser Trend hin zu unkonventionellen Verbundlösungen? Der Zusammenschluss vieler Wärmeverbraucher ermöglicht die Realisierung von Anlagen größerer Leistung; von den Wärmenetzen erwartet man sich demnach größere Kosten- und Energieeffizienz als sie bei Einzellösungen erzielt werden können. Zudem wird davon ausgegangen, dass urbanen Räumen der Zugang zu erneuerbaren Wärmequellen besonders gut durch Wärmenetze ermöglicht werden kann. Wärmenetze allerdings liefern nur dann optimale Ergebnisse, wenn sie gezielt auf die Verbraucherstruktur ausgelegt sind. Die Hoffnung, mit Wärmenetzen "offen für alles" zu sein, dürfte in den meisten Fällen durch Effizienzverluste getrübt werden. So wird es sicherlich auch bei zukünftigen Lösungen erforderlich sein, weiterhin der passgenauen Versorgungsvariante den Vorzug zu geben.

Neben konventionellen Biomasselösungen werden vor allem solar unterstützte Wärmenetze, die so genannte kalte Nahwärme sowie Kombinationen aus diesen und anderen Technologien als mögliche Zukunftsoptionen favorisiert. In der Diskussion sind Niedertemperatur-Wärmenetze mit Vorlauftemperaturen von beispielsweise bis zu 40°C, die eine optimierte Nutzung von Umweltwärme, Abwärme und solarer Wärme sowie die Bündelung lokaler Wärmequellen in Verbindung mit Langzeitwärmespeichern zur Versorgung von Objekten mit geringem Wärmebedarf ermöglichen (so genannte Wärmenetze 4.0). Langfristiges Ziel ist eine Kopplung der Wärmeversorgung mit dem Stromsektor.

 

Innovation: solar unterstützte Nahwärme

Solar unterstützte Wärmenetze wurden in Bayern bislang nur in Einzelfällen realisiert. Vorteile gegenüber herkömmlichen Wärmenetzen sind die Reduzierung des Brennstoffbedarfs durch den solaren Anteil und dessen Beitrag zur Stabilisierung der Wärmegestehungskosten. Die Technik ist marktverfügbar und bietet neue Chancen am Wärmemarkt. Im Rahmen der KfW-Solarförderung 271/281 werden bis zu 40 % der Investition großer Solarkollektoranlage gefördert, die in ein Wärmenetz einspeisen. Das Interesse an der Thematik in Städten und Gemeinden sowie bei Bauträgern nimmt zu. Allerdings bestehen deutliche Hemmnisse: dazu gehört die Frage um die Verfügbarkeit der nötigen Kollektorflächen, die Problematik relativ hoher Investition und langer Abschreibungszeiten, der teils unsicherer Rechtsrahmen, das noch nicht angepasste Planungs- und Genehmigungsverfahren, die geringe Bekanntheit der "innovativen" Technologien, das teilweise Fehlen von Akteuren, „Kümmerern“ und versierten Planern sowie die Erfordernis tiefer Rücklauftemperaturen. Nähere Informationen zu solar unterstützten Wärmenetzen gibt es hier.

 

Innovation: Kalte Nahwärme

Kaltwärmenetze arbeiten mit einem geringen Temperaturniveau (8 bis 20°C). Die Energiebereitstellung erfolgt in mehreren Einheiten, verschiedene Wärmequellen werden miteinander kombiniert. Die Energiequelle für den Betrieb von Wärmepumpen ist das Grundwasser oder das Erdreich. Vorteile der kalten Nahwärme gegenüber herkömmlichen Wärmenetzen sind ein eventuell geringerer Wärmeverlust der Wärmeverteilung, die Möglichkeit der Verwendung kostengünstiger Materialien, der mögliche Transport über größere Distanzen sowie ein eventuell besserer etappenweiser Ausbau. Wärmepumpen im Kaltnetz können unter Umständen mit einer größeren Jahresarbeitszahl betrieben werden als wenn mehrere Einzelwärmepumpen dezentral bei den Verbrauchern arbeiten würden. Nähere Informationen zur kalten Nahwärme gibt es hier.

 

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Beispiele für innovative Wärmenetze in Süddeutschland

Im Folgenden werden sechs Beispiele aus Süddeutschland für so genannte innovative Wärmenetze vorgestellt (ohne Wertung von Effizienz und Wirtschaftlichkeit).

Dollnstein: Das Wärmenetz versorgt Bestandsgebäude in Dollnstein mit Wärme: u.a. Wohngebäude, Rathaus, Schule. Vorgesehen waren zunächst insgesamt 42 Objekte, aktuell werden 27 Objekte versorgt (Stand 03/2018). Das Netz wird im Winter als konventionelles Wärmenetz mit einer Vorlauftemperatur von 80°C betrieben. Die Wärmebereitstellung erfolgt durch eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe (430 kWel, JAZ 3,3) und durch ein Flüssiggas-BHKW (190 kWth), bei Bedarf soll ein mit Flüssiggas betriebener Heizkessel (200 kWth) zugeschaltet werden können. In der Übergangszeit wird die Vorlauftemperatur entsprechend der Außentemperatur auf 70 bis 75°C angepasst, ggf. wird die Wärmeversorgung durch dezentrale Wärmepumpen bei den zu versorgenden Objekten unterstützt. Im Sommer wird das Netz mit einer Vorlauftemperatur von 25 bis 30°C betrieben, hauptsächlich durch die Solarthermieanlage (ca. 150 m2, installiert auf dem Dach der Heizzentrale und auf einer Sporthalle), und es arbeiten die in den Gebäuden installierten dezentralen Wärmepumpen. Das BHKW stellt den Strombedarf der zentralen Wärmepumpe zur Verfügung und wird dementsprechend stromgeführt gefahren. Ein Wärmespeicher mit einem Fassungsvermögen von 25 m3 dient im Sommer und in der Übergangszeit zum Ausgleich. Die zentrale Wärmepumpe arbeitet mit einem Quellspeicher, in den die Motorabwärme des BHKW und erforderlichenfalls solare Wärme eingespeist werden. Unterhalten wird das Wärmenetz vom Kommunalunternehmen Energie Dollnstein. Die Inbetriebnahme erfolgte in 2014, die Gesamtinvestition beläuft sich auf 1,6 Mio. €. (Quelle: Hochschule Landshut und Kommunalunternehmen Energie Dollnstein)

Wüstenrot: In der Gemeinde Wüstenrot wird sowohl ein solar unterstütztes Biomasse-Nahwärmenetz als auch ein kaltes Wärmenetz betrieben. Das 2012 errichtete Kaltwärmenetz versorgt ein Neubaugebiet am Ortsrand von Wüstenrot. Vorgesehen sind insgesamt 25 Gebäude, deren Baustandard mindestens KfW 55 sein soll. Als Wärmequelle dient das Erdreich zweier Ackerflächen nahe dem Baugebiet. Auf einer Fläche von insgesamt 1,5 ha wurden mittels Spezialverfahren zwei so genannte Agrothermiekollektoren ins Erdreich verlegt. Die Kollektoren liegen zwei Meter unter der Erdoberfläche, so dass die Fläche weiterhin landwirtschaftlich genutzt werden kann. Das Kollektorfeld, welches 25 bis 40 Einzelerdsonden einspart, ist auf die Deckung eines Wärmeener-giebedarfs von insgesamt 450 MWh/a und einer Heizlast von insgesamt 230 kWth ausgelegt; bis zu 30 kWth pro m2 sollen der Ackerfläche entzogen werden. Durch die Kollektoren wird ein Wasser-Glykol-Gemisch gepumpt und zu den Verbrauchern geleitet (TVL 5 bis 15°C), welche die Niedertemperaturwärme mittels dezentraler Wärmepumpen und Wärmespeicher zum Beheizen ihrer Gebäude nutzen. Die Einbindung von Abwärme eines Lebensmittelmarktes ist geplant. Grundgedanke ist die Vernetzung heterogener Verbrauchergruppen. Die Gesamtinvestition für das Wärmenetz lag bei gut 0,4 Mio. €, die Förderung bei insgesamt gut 50 %. (Quelle: Hochschule für Technik Stuttgart)

March-Hugstetten: Das Kaltwärmenetz wurde seit 2009 von der EnBW Regional AG realisiert, es soll 55 Niedrigenergiegebäude mit einem Leistungsbedarf von insgesamt 760 kWth versorgen. Der Netzbetreiber fördert Grundwasser mit einer Temperatur von ganzjährig 10 bis 12°C aus sieben Entnahmebrunnen und leitet das Wasser durch ein 2,5 km langes ungedämmtes Rohrnetz zu den Kunden. Die Kunden nutzen das Wasser zum Betrieb ihrer dezentralen Wärmepumpen: Sie entziehen dem Grundwasser Wärmeenergie und versorgen damit ihre Gebäude (Fußbodenheizung). Das abgekühlte Wasser wird in den Netzrücklauf eingespeist und versickert in Schluckbrunnen. Die Eigentumsgrenze des Netzes ist der Übergabepunkt einen Meter nach Überschreiten der Grundstücksgrenze. Die EnBW Regional AG verkauft den Hausbesitzern gefördertes Grundwasser, das Erschließen der Wärmequelle erfolgte auf Risiko der EnBW, die Hausbesitzer nutzen Strom für die Wärmebereitstellung aus der Niedertemperaturquelle. Auch ein Kühlbetrieb ist denkbar. (Quelle: Hochschule Landshut)

Crailsheim: Das Wärmenetz wurde seit 2003 von den Stadtwerken Crailsheim errichtet. Auf dem Gelände einer ehemaligen Kaserne werden 260 Wohneinheiten mit Schule und Sporthalle mit Wärme versorgt. Als Wärmeerzeuger stehen solarthermische Anlagen mit einer Fläche von insgesamt ca. 7.500 m2 und eine Wärmepumpe (480 kWel, JAZ 4 bis 6) zur Verfügung. Die Abdeckung der Lastspitzen erfolgt durch die Wärmeerzeuger eines weiteren Wärmenetzes der Stadtwerke: ein Erdgas-BHKW und zwei Gasheizkessel. Die Solarkollektoren befinden sich auf den Dachflächen diverser versorgter Gebäude und auf einem Lärmschutzwall. Die solare Wärme wird vollständig in das Wärmenetz eingespeist. Der solare Deckungsanteil liegt bei rund 50 %. Die saisonale Speicherung erfolgt durch einen Erdsonden-Wärmespeicher und zwei Heißwasser-Wärmespeicher. Über die Wärmepumpe erfolgt das Entladen des Langzeit-Wärmespeichers. Das Wärmenetz wird ganzjährig mit einer Vorlauftemperatur von 60°C betrieben. Die Gesamtinvestition liegt bei 8 Mio. €, gefördert wurde mit insgesamt 3 Mio. €. (Quelle: Stadtwerke Crailsheim)

Büsingen: Der Ort Büsingen ist eine deutsche Enklave, in der das Zoll- und Wirtschaftsrecht der Schweiz gilt und nicht das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Für ein herkömmliches Bioenergiedorf mit stromgeführt betriebenem Biogas-BHKW und Abwärmenutzung fehlte daher die wirtschaftliche Grundlage, stattdessen realisierte die Solarkomplex AG in 2013 ein Holzheizwerk mit solar unterstütztem Wärmenetz. Die Solarthermie (2 x 500 m2 Freilandkollektorfläche zzgl. 90 m2 Kollektorfläche an der Fassade der Heizzentrale; Vakuumröhrenkollektoren) deckt den Sommerbedarf und trägt zu rund 13 % zur jährlichen Wärmebereitstellung bei, 87 % liefern zwei Holzheizkessel mit einer Nennwärmeleistung von 900 kW bzw. 450 kW. Zwei Ölheizkessel stehen als Reserve zur Verfügung. Zwei insgesamt 100 m3 große Wärmespeicher im Heizhaus sorgen für den Ausgleich, eine PV-Anlage auf dem Dach deckt den Betriebsstrom. Die Wärme wird vollständig in das 6 km lange Wärmenetz eingespeist (80/50°C), versorgt werden gut 100 Hausanschlüsse mit einem jährlichen Wärmeenergiebedarf von 3,5 GWh (Wohnhäuser, Schule, Hotel, öffentliche Gebäude). Die Gesamtinvestition lag bei 3,5 Mio. €. (Quelle: Solarkomplex AG)

Regensburg: Versorgt wird ein in 2010/11 neu errichtetes Wohnquartier in Regensburg West: 64 Wohneinheiten in Einfamilien-, Doppel- und Reihenhäusern. Auf den Dächern der Wohnobjekte sind thermische Solaranlagen mit einer Gesamtkollektorfläche von 700 m2 installiert; diese decken dezentral insgesamt rund 20 % des jährlichen Wärmebedarfs. Rund 800 MWh im Jahr stellt ein Hackschnitzelheizkessel mit einer Nennwärmeleistung von 450 kW über ein Nahwärmenetz bereit. Die Gesamtinvestition beträgt 1,4 Mio. EUR. (Quelle: Stadt Regensburg)

 

Die Lösungen im Vergleich

Eine Bewertung und ein Vergleich der Technologieansätze sind ohne Berücksichtigung der Rahmenbedingungen, die zu der speziellen Lösung geführt haben, nicht möglich. Eine Studie der Hochschule Landshut, Institut für systemische Energieberatung, ist zu dem Ergebnis gekommen, dass eine zentrale Wärmeversorgung mit Wärmenetz im ländlichen Raum auch mit den oben dargestellten Technologien wirtschaftlich schwer darstellbar bleibt. Im städtischen Raum sind zentrale und dezentrale Lösungen wirtschaftlich vergleichbar, die zentrale Lösung kann jedoch ökologisch sinnvoller sein. Generell von Bedeutung sind die erzielbaren Anschlussquoten und die Versorgungsstruktur, außerdem Versorgungskonkurrenzen (auch durch bestehende Feuerstätten) und das Sanierungspotenzial sowie eventuelle Synergieeffekte. Sollte eine lokale Nachheizung in nicht geringem Umfang erforderlich sein, dann kann sich diese ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit der Gesamtmaßnahme auswirken (Trinkwarmwasserbereitung!). Über allem steht die Notwendigkeit einer effizienten Netzstruktur, gekennzeichnet u.a. durch möglichst geringe Wärmeverluste und eine möglichst große Anschlussquote.

 

Sektorkopplung

Wärmenetze bieten die Möglichkeit, unterschiedliche Energiequellen einschließlich so genannter Abwärme auch in Kombination miteinander hocheffizient und relativ flexibel zu nutzen. Eine Basis dafür sind thermische Speicher mit Kapazitäten von wenigen Stunden oder Tagen bis hin zur Langzeitspeicherung. Ein langfristiges Ziel ist die Kopplung der Wärmeversorgung mit dem Stromsektor sowie ggf. mit dem Verkehrssektor zur Steigerung der Flexibilität und zur Dekarbonisierung der Energieversorgung. Szenarien der Sektor(en)kopplung sehen eine weitgehend strombasierende Energiebereitstellung vor, hauptsächlich getragen von Windenergie und Photovoltaik. Wesentliche Elemente dieser Zukunftsvisionen sind die Nutzung von Umweltwärme sowie von "Power to X" in der Wärmebereitstellung und die Elektromobilität im Verkehrssektor.

 

 

Publikationen, Information

Bayerische Landesanstalt für Umwelt (Hrsg.): Wärmenetze für Kommunen - in zehn Schritten zum Wärmenetz; Augsburg 2017

ifeu (Hrsg.): Wärmenetze 4.0. Endbericht; Heidelberg 2017

adelphi (Hrsg.): Wärmenetze 4.0 im Kontext der Wärmewende; Berlin 2017 

Huenges, Ernst: Regenerative Wärmequellen für Wärmenetze; Potsdam 2014

HIR: Fernwärme 3.0. Strategien für eine zukunftsorientierte Fernwärmepolitik; Hamburg 2015

AGFW e.V. (Hrsg.): Die 70/70-Strategie. Konzepte und Ergebnisse; Frankfurt am Main 2015

Fachtagung "Wärmenetze der Zukunft" (Juni 2016, Salzburg)

Quaschning, Volker: Sektorkopplung durch die Energiewende; Berlin 2016

EUWID: Sektorkopplung: Warum jetzt? Wer gewinnt und wer verliert? (2017)


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