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Projektinfos  – Energieforschung konkret

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Die Stadt Hennigsdorf ist geprägt durch vorwiegend nach der Wende sanierte Mehrfamiliengebäude sowie Großindustrie
© euroluftbild.de/Robert Grahn
Klimaneutrale Fernwärme
Projektinfo 02/2018

Versorgungsgebiete des Fernwärmenetzes Hennigsdorf mit den dazugehörigen Heizzentralen und der bestehenden und geplanten Wärmeeinkopplung
© Ruppin Consult GmbH
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Fernwärmenetz wird zur Wärmedrehscheibe

Die brandenburgische Stadt Hennigsdorf will innerhalb von fünf Jahren den klimaneutral erzeugten Anteil der Wärme in ihrem Fernwärmenetz auf 80 Prozent ausbauen. Dazu planen die Stadtwerke, die Abwärme des örtlichen Stahlwerks und große Solarkollektorfelder in das Netz zu integrieren. Ein multifunktionaler Großwärmespeicher soll die notwendige Flexibilität schaffen. Das Konzept steht, die Umsetzung ist 2017 gestartet. Hennigsdorf dient damit als ein Reallabor für die regenerative Zukunft der Wärmeversorgung.

Die Stadtwerke Hennigsdorf versorgen 9.500 Wohneinheiten, kommunale Einrichtungen sowie 54 Gewerbe- und Industriebetriebe mit Fernwärme, hierunter auch große metallerzeugende und -verarbeitende Unternehmen. Der jährliche Wärmeabsatz beträgt rund 117 GWh, die derzeitige thermische Erzeugerkapazität 82,5 MW. Erneuerbare Energieträger liefern bereits die Hälfte der örtlichen Fernwärme. Für den wirtschaftlichen Betrieb eines Biomasse-Heizkraftwerks und eines Bioerdgas-Blockheizkraftwerks wurde in den Jahren 2009 und 2010 ein hydraulischer Gesamtverbund der ursprünglich vier Einzelnetze geschaffen. Die Grundund Mittellast des Verbundnetzes lassen sich so ganzjährig aus regenerativen Quellen decken.

Jetzt möchten die Stadtwerke den Anteil an klimaneutraler Wärmeerzeugung auf 80 Prozent ausbauen. Zwei weitere Wärmequellen sollen dazu für die Fernwärmeversorgung erschlossen werden: Abwärme aus der Industrie, insbesondere aus einem im Versorgungsgebiet ansässigen Stahl- und Walzwerk, sowie solarthermische Anlagen, zentral durch Kollektorfelder der Stadtwerke und dezentral bei den Kunden. Dafür ist eine grundlegende Umstrukturierung und Weiterentwicklung des bestehenden Fernwärmenetzes und dessen Regel- und Betriebsweise notwendig.

Die Umsetzung des komplexen Projektes ist bis 2020 geplant und wird durch ein umfangreiches Mess- und Evaluierungsprogramm begleitet. Das historisch gewachsene Bestandsnetz von Hennigsdorf ist typisch für eine deutsche Mittelstadt und kann damit als Vorbild für die Weiterentwicklung solcher Netze hin zu einer klimaneutralen Fernwärmeversorgung dienen.

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Ausgangslage Verbraucher

Regenerative Energien lassen sich umso besser in das Fernwärmenetz einbinden, je niedriger die Vorlauftemperatur ist. Im Hennigsdorfer Netz werden die Temperaturen bestimmt durch die Größe des Fernwärmesystems und die Abnehmerstruktur: vorwiegend nach der Wende sanierte Mehrfamiliengebäude sowie Großindustrie. Im Sommer liegt die Vorlauftemperatur bei 85 °C, die Rücklauftemperatur bei 60 °C. Im Winter gleitet die Vorlauftemperatur auf bis zu 108 °C. Diese Temperaturen sind typisch für viele deutsche Fernwärmenetze und liegen deutlich höher als in solaren Nahwärmesystemen, beispielsweise in Dänemark und in deutschen Neubau- Pilotvorhaben.

Im Rahmen der Forschungsarbeiten untersuchten Projektentwickler von Ruppin Consult die Möglichkeit, Vorlauftemperatur und Umwälzmenge abzusenken. Dafür betrachteten sie sowohl die Wärmeübergabestationen als auch die nachgeschalteten Verbrauchsanlagen zahlreicher Kunden aus unterschiedlichen Verbrauchersegmenten. Das Ergebnis: Viele Heizungsanlagen sind überdimensioniert, ein entsprechendes Optimierungspotenzial ist vorhanden. Ob die ermittelte Absenkung der Vorlauftemperatur im Winter auf max. 95 °C möglich ist, muss der praktische Netzbetrieb allerdings noch belegen.

Multifunktionaler Großwärmespeicher

Aus dem Stahlwerk fällt nur diskontinuierlich Abwärme an. Gleichzeitig muss sich dezentral produzierte Wärme, sei es aus Klein-KWK-Anlagen oder aus Solaranlagen, jederzeit in das Netz einspeisen lassen. Um diese Wärmequellen effizient einzubinden, ist also eine Entkopplung voneinander und vom aktuellen Wärmeverbrauch notwendig. Dafür ist ein multifunktionaler Wärmespeicher geplant, der die Fähigkeiten von Tages-, Monats- und Langzeit-Wärmespeichern vereint: Er kann aktuell nicht benötigte Wärme aufnehmen, sie saisonal speichern und zugleich im Netz kurzzeitig Leistungsspitzen ausgleichen.

Auch für das vorhandene Biomasse-Heizkraftwerk und das Bioerdgas-BHKW schafft ein Großwärmespeicher Verbesserungen. Weil beide bisher wärmegeführt arbeiten, hängt die Stromerzeugung vom Wärmebedarf der Abnehmer ab. Entfällt dieser Zusammenhang, lässt sich die Produktion von regenerativer Wärme und Strom insgesamt erhöhen und der Strom bedarfsgerechter produzieren.

Dynamische Simulationsrechnungen des Fernwärmenetzes und der langfristig einzubindenden Wärmequellen halfen bei der Auslegung des Speichers. Er ist mit 22.000 m3 Wasservolumen als druckloser Speicher mit einer maximalen Temperatur von 98 °C konzipiert. Da in Hennigsdorf das Grundwasser sehr hoch steht, soll er oberirdisch aus zusammengespannten Stahlbeton-Fertigteilen realisiert werden. Das Konzept basiert auf der Bauweise des Tank-Wärmespeichers aus dem abgeschlossenen Pilotprojekt zur Solaren Nahwärmenutzung am Ackermannbogen in München. Eine wesentliche Kostenreduktion wäre durch ein „schwimmendes Dach“ erreichbar. Hierfür muss die Dachkonstruktion dänischer Pilotspeicher weiterentwickelt werden, um eine zulässige Maximaltemperatur der Dachkonstruktion von dauerhaft 98 °C statt der aktuell nur möglichen 80 °C zu erreichen.

Projektinfo 02/2018:
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Merkzettel

Adressen

Projektkoordination
Ruppin Consult GmbH

Wärmenetzberechnungen
tetra ingenieure GmbH

Simulation und wissenschaftliche Begleitung
Solites

Links

Erneuerbare Wärme optimal in Fernwärmenetze einspeisen
Projektpräsentation der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

Effizienter Betrieb von Fernheizkraftwerken und Wärmenetzen
Projektpräsentation der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

Fernwärmenetz als Wärmedrehscheibe
Kurzer Erklärfilm der Stadtwerke Hennigsdorf (Youtube)

ENERGIEWENDEBAUEN
Projekte, Berichte, Nachrichten
und Analysen aus der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

Infotipps

Fernwärme effizient nutzen
BINE-Projektinfo 14/2015

Wie Fernwärme erneuerbar wird
BINE-Projektinfo 13/2014

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesen Projekten:

Erneuerbare Fernwärme 2020
Wärmedrehscheibe II