Intelligente Nahwärmenetze

Rahmenbedingungen – Technische Voraussetzungen – Vorteilsargumentationen

Fachautor: Michael Westermaier, Dipl.-Ing (FH), Leiter Vertrieb & Marketing, ratiotherm  
Heizung + Solartechnik GmbH & Co. KG

Während vielerorts in Deutschland nur noch über die gescheiterte Klimawende lamentiert wird, nehmen immer mehr kreative und mutige Gemeinden ihr „Energie-Schicksal“ selbst in die Hand und entscheiden sich für eine neue, innovative Form der Energieversorgung – das sogenannte „Intelligente Nahwärmenetz“. Für diese besonders ressourcenschonende Form der Wärmeversorgung lohnt sich auf jeden Fall ein Blick hinter die Kulissen: Welche Vor-Ort-Bedingungen und technische Ausstattungen ermöglichen den optimalen Betrieb von Nahwärmenetzen, welche zentralen Vorteilsargumentationen sprechen für Anschlussteilnehmer und Betreiber?       

Rahmenbedingungen für effizienten Betrieb eines „intelligenten Nahwärmenetzes“

Im Idealfall wird bei der Planung eines Neubaugebietes (geringe Heizlasten moderner Gebäude), die komplette Infrastruktur (Leitungen, Bau der Straßen ec.) bereits von Anfang an mitgeplant, wobei diese Planung sich vorrangig auf ländliche Gebiete konzentrieren sollte.   Auf dem Land gibt es tendenziell keine (zu) hohe Belegungsdichte des Netzes, da die Versorgung der Abnehmer sonst nicht sichergestellt werden kann. Die Innenstadt von München könnte beispielsweise nie mit kalter Nahwärme versorgt werden, da die Leitungsquerschnitte sehr groß sein müssten, um die erforderlichen Wärmemengen transportieren zu können. In ländlichen Gebieten sollte man auf jeden Fall auch die lokal verfügbare Bioenergie mit einbinden, z.B. Biogas oder Biomasse im Bayerischen Wald – das schafft Akzeptanz und CO2 Neutralität. Die solaren Erträge sollte man beim „Intelligenten Nahwärmenetz“ am besten durch die Kombination von PV (Strom für die Wärmepumpen) und Solarthermie (Anhebung der Netztemperatur) maximieren.  

Bildquelle: ratiotherm

Als eine der ersten Gemeinden in Deutschland verfügt die niederbayerische Gemeinde Bodenmais über ein „kaltes“ Nahwärmenetz. 12 Privathaushalte sowie unterschiedliche Gewerbetreibende lassen ihre Wärmeversorgung zukünftig über diese innovative, regenerative Technologie laufen.

Bezüglich der Anzahl der Anschlussteilnehmer an ein „Intelligentes Nahwärmenetz“ gibt es im Prinzip keine Beschränkungen: Die Leitungsquerschnitte dürfen nur nicht zu groß werden und ggfs. sind mehrere Quellen zu erschließen, damit die Regeneration der Kollektorfläche im Falle von Sonden oder Erdregistern zu jeder Zeit gegeben ist. In ein solches Netz kann auch an mehreren Stellen eingespeist werden. Bei gleitenden und warm/kalten Netzen sind die Erzeuger im Heizhaus an die Abnahme anzupassen – auch hier gibt es ansonsten keine Einschränkungen. Allerdings ist im Bestandsbau ein rein kaltes Netz nicht leistungsfähig genug, da die Gebäude statt 40 kWh/(m²·a) bis zu 200 kWh/(m²·a) an Energie benötigen – das schafft das 10 °C Netz nicht adäquat! Hier haben die anderen Netzformen wie warm/kalte Netze oder das gleitende Netz die Nase vorn. Grundsätzlich ist man gut beraten mit realistischen Zielsetzungen bezüglich der Reduzierung des Energieaufwands und gleichzeitiger CO2-Einsparung. Eine seriöse Zielsetzung ist bei vielen Betreibern ein Einspar-Effekt von 50 % beim Energieaufwand. Der Hilfsenergieaufwand für kalte Netze ist oft höher, da Leitungen und Pumpengruppen größer zu dimensionieren sind und Volumenströme größer sind. Strahlungsverluste sinken in den „Intelligenten Netzen“ dafür deutlich ab.

Die technische Ausstattung eines solchen Nahwärmenetzes

Bildquelle: ratiotherm

Die Anschlussteilnehmer profitieren viel von „Intelligenten Nahwärmenetzen“. Es fallen beispielsweise die Anschaffungskosten für eine eigene Heizanlage weg. Und dank des geringen Primärenergiefaktors ermöglicht ein Nahwärmenetz ein Maximum an Förderung und „beruhigt“ zugleich das „CO2-Gewissen“ des Verbrauchers.

Beim kalten Nahwärmenetz (Quelle ca. 10 °C) ist keine Heiz- respektive Energiezentrale vorhanden. Die Energieernte erfolgt über ein Sondenfeld oder mehrere Grundwasserbrunnen. Alternativ könnten auch Gewässer, Abwasserkanäle oder auch alte Grubenschächte der Bergbauindustrie, die von selbst voll Wasser laufen, die Funktion einer Energiezentrale übernehmen.  Häufig gibt es ein kleines Gebäude (Garagengröße) mit Pumpengruppen und Netz-Überwachungstechnik via Software und PC. Ansonsten wird die Wärmeenergie gleich über eine ungedämmte Leitung in die Gebäude verteilt, wo die Wärmepumpen sitzen. Und nicht zuletzt ist ein wichtiger Erfolgsfaktor für die Effizienz eines kalten Nahwärmenetzes die intelligente, bedarfsgerechte IT-Steuerung der Wärmeversorgung. Beim kalt/warmen bzw. gleitenden Nahwärmenetz gibt es eine hydraulisch günstig gelegene Heizzentrale mit einer Kombination von verschiedenen Wärmeerzeugern. Zumeist mit einer Solarthermie-Anlage (evtl. in Kombination mit PV) auf dem Dach, um den „Gratis-Anteil“ der Sonne mitzunehmen. Dazu ein BHKW, um möglichst viel Strom selbst erzeugen zu können. Zusätzlich ein Spitzenlasterzeuger, meist ein Öl- oder Gaskessel, der die komplette Netzlast abdecken kann (Backup). Je nach Vor-Ort-Bedingungen kann diese Netzlast auch durch einen Biomassekessel abgedeckt werden.  

Beschreibung der Übergabestationen beim Anschlussteilnehmer

Beim Anschlussteilnehmer steht eine kleine, auf die nötige Heizleistung des Gebäudes ausgerichtete Wärmepumpeneinheit, welche die Warmwassererzeugung und – abhängig von der Netzstrategie – die Heizlasten ganz oder teilweise abdeckt. Es gibt Varianten, bei denen in die Wärmepumpen ein Fernwärmeüberträger integriert ist, um im Nahwärmenetz die Direktübertragung auf das Heizsystem zu übernehmen. Es gibt aber auch Wärmepumpen-Typen, die diesen Vorgang in zwei Komponenten trennen. Häufig werden diese Übergabestationen mit einem Pufferspeicher ausgestattet, um Lastverschiebung praktizieren zu können. Im rein kalten Netz kommen häufig herkömmliche Wasser/Wasser- bzw. Sole/Wasser-Wärmepumpen zum Einsatz. Die Einsatzgrenzen solcher herkömmlichen Wärmepumpen liegen bei ca. 25 Grad Quellnetztemperatur. Spezielle Wärmepumpen-Typen können auch höhere Quellnetz-Temperaturen bis 55 °C nutzen, das steigert den COP (Wirkungsgrad) der Wärmepumpe deutlich.

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Ein zentrales Element jedes kalten Nahwärmenetzes ist auf jeden Fall die so genannte Heizzentrale. Im Falle der Gemeinde Bodenmais sorgt eine 2 x 200 kW Hackgut-Anlage für die primäre Energiegewinnung. Durch das angrenzende Waldgebiet ist die Bereitstellung von Hackschnitzeln in Bodenmais kein Problem.

Vorteilsargumentationen für Anschlussteilnehmer

Für den Anschlussteilnehmer – unabhängig, ob integrierter Privathaushalt oder gewerblicher Kleinbetrieb – gibt es eine ganze Reihe an überzeugenden Argumentationen, welche für die Einbindung in ein „Intelligentes Nahwärmenetz“ sprechen. So muss man sich beispielsweise grundsätzlich nicht mehr um die Wärmeversorgung im Hause kümmern, da ein Nahwärmenetz immer den gesamten Wärmebedarf einer Immobilie abdeckt. Zudem umgehen die Anschlussteilnehmer die ab 2021 geltende CO2-Bepreisung, während man auf der anderen Seite dank des geringen Primärenergiefaktors eines Nahwärmenetzes ein Maximum an Förderung zulässt und zugleich das „CO2-Gewissen“ beruhigt. Ein weiterer Pluspunkt: Geringe bis keine Wartungskosten für diese Anlagentechnik (je nach Betreibermodell), da Wärmepumpen nicht sehr wartungsintensiv sind. Auch sind die Kosten für die Wärmeversorgung klar im Vorfeld definiert und damit planbar, Wärmepreise sollten immer für eine längere Periode abgeschlossen werden. Damit macht sich der Kunde/Verbraucher auch nicht abhängig von den stark volatilen Märkten fossiler Brennstoffe wie Öl und Gas. Und zu guter Letzt beansprucht diese Lösung kaum Platz im Objekt.

Vorteilsargumentationen für Netz-Betreiber

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Im Niedrigenergie-Nahwärmenetz im Gewerbegebiet von Haßfurt werden durch intelligentes Energiemanagement hohe Leistungsverluste durch starke Temperaturdifferenzen vermieden. Der zukunftssichere Schichtspeicher Oskar° vom oberbayerischen Hersteller ratiotherm sorgt für eine Zwischenlagerung des überschüssigen Warmwassers in einem Zusatzspeicher.

Investitions- und Fixkosten sind bei kalten Nahwärmenetzen (10 °C) nahezu identisch mit dem Aufwand bei einem herkömmliches Nahwärmenetz. Kalte Netze sind durch die einfache Leitungsverlegung von günstigen, ungedämmten Rohren im ersten Schritt günstiger, dafür muss aber ein Sondenfeld erstellt werden – was die Vorteile der günstigen Leitungen wieder aufwiegt. Auch ist mehr Stromaufwand für die Wärmepumpen nötig, was die Betriebskosten dieses Netztyps deutlich steigert. Dies liegt darin begründet, dass der COP einer Wärmepumpe im rein kalten Netz deutlich schlechter ist, als in Netzen die gleitend oder durch solarthermische Unterstützung auf höherem Temperaturniveau laufen. Alle anderen „Intelligenten Netzvarianten“, die auf höheren Temperaturniveaus betrieben werden, verwenden isolierte und damit teurere Rohre und müssen in eine Heizzentrale investieren.  Allerdings ist aus heutiger Sicht eine höhere „Fixkosten-Investition“ deutlich planbarer, als die volatilen Betriebskosten der dezentralen Wärmepumpen. Auf den Wärmepreis hat das insgesamt kaum Auswirkungen, der ist in allen Netzvarianten (auch im klassischem Nahwärmenetz) in etwa ähnlich. Last but not least sollte noch erwähnt werden, dass durch die abgesenkte Netztemperatur die Strahlungsverluste im Netz deutlich geringer werden. Daraus resultiert letztendlich auch der wirtschaftliche Mehrgewinn aus alternativer Nahwärme.

Moderne Netz- und Kommunikationstechnik ermöglicht zudem die bedarfsgerechte Erzeugung von Energie, immer häufiger auch durch Einbeziehung von Künstlicher Intelligenz zur Verbrauchsanalyse, Forecast des Wetterberichtes sowie Vorausberechnung des voraussichtlichen Verbrauchs und Abrechnung mittels Mausklick. Solche Systeme können an die bestehenden Softwaresysteme des Contractors angebunden werden. Weitere Möglichkeiten der Überwachung (Fernwartung, vorausschauende Planung von Wartungen) machen den Betrieb eines solchen Netzes für Contractoren kalkulierbar, kostengünstig und damit überschaubar.

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Moderne Netz- und Kommunikationstechnik ermöglicht die bedarfsgerechte Erzeugung von Energie bei „Intelligenten Nahwärmenetzen“. Immer häufiger wird die IT-Technologie zur Verbrauchsanalyse genutzt, beispielsweise durch eine Vorausberechnung des voraussichtlichen Verbrauchs und einer Abrechnung mittels Mausklick.

Die Zukunftschancen für diese Art der Gebäudeversorgung sind grundsätzlich positiv zu bewerten. Die Sektorkopplung wird hier 1:1 umgesetzt und deckt alle Bereiche ab. Dabei gelingt die 100%ige Loslösung von fossilen Energien bei einem zugleich möglichst hohen solaren Deckungsbeitrag. Dennoch ist noch viel Aufklärungsarbeit zu leisten, damit solche Projekte leichter umsetzbar werden. Zurzeit gelten „Intelligente Nahwärmenetze“ in Deutschland immer noch als Nischentechnologie. Laut einer aktuellen Studie des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) stammt gerade einmal knapp 14 % der Heizwärme in deutschen Haushalten aus Nah- und Fernwärmenetzen. Wobei die Versorgung aus „Intelligenten Netzen“ sicherlich deutlich unter einem Prozent liegt. Durch Fördermechanismen seitens des Bundes (BAFA Förderung Wärmenetz 4.0) nimmt das Thema zwar jetzt deutlich an Fahrt auf. Dennoch zögern noch viele Gemeinden und Contracting-Unternehmen in diese Technik zu investieren, da gerade der rechtliche Rahmen oft schwierig ist. Auch muss eine solche Energieversorgung sehr früh in die Planung aufgenommen werden. Dadurch entstehen lange Vorlaufzeiten sowie oft auch lange Entscheidungswege. Hier müssten in Zukunft frühzeitige positive Impulse seitens der Stadtplaner und der verantwortlichen Kommunalpolitik kommen. Dann hätten wir gute Chancen, dass sich „Intelligente Nahwärmenetze“ von einer Pioniertechnologie zu einem etablierten Trend der ressourcenschonenden Wärmeversorgung in Deutschland entwickeln.


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