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Hier zu sehen sind Rohre im Heizkraftwerk in Wanheim. Die Gas-KWK-Anlagen am Standort Wanheim gehören zu den wichtigsten Wärmeerzeugungsanlagen in Duisburg.
© Stadtwerke Duisburg
Gas- und Fernwärmenetze
Projektinfo 16/2015

Kenndaten zum Fernwärmesystem der Stadtwerke Duisburg.
© GEF Ingenieur AG

So könnte die Verbindung zwischen der Fernwärme-Verbundschiene Niederrhein und dem Netz Duisburg Mitte/West/Süd aussehen.
© GEF Ingenieur AG
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Zukünftige Wärmeversorgung entworfen

In den letzten dreißig Jahren sank die Einwohnerzahl von Duisburg um mehr als ein Fünftel, gleichzeitig reduzierte sich der Wärmebedarf. Ein Expertenteam untersuchte, wie die Stadtwerke die Wärmeversorgung bis 2050 an diese Entwicklungen anpassen können. Eine wesentliche Empfehlung: Die Verbindung zweier Fernwärmenetze würde die Primärenergieeffizienz steigern und Kosten sparen, da vor allem Industrieabwärme besser genutzt werden könnte.

Im Auftrag der Duisburger Stadtwerke entwarfen Fachleute eines Ingenieurbüros Szenarien für eine mögliche Wärmeversorgung in 2020, 2025, 2030 und 2050. Ausgangsbasis für ihre Untersuchungen ist eine Stadt, die durch den Bedeutungsverlust von Kohle und Stahl Jahr für Jahr Einwohner verliert. In Duisburg stehen viele Wohn- und Gewerbeimmobilien leer, der Wärmebedarf sinkt. Fernwärme- und Gasleitungen versorgen fast das gesamte Stadtgebiet mit Wärme. In den Fernwärmeversorgungsgebieten ist meist eine parallele Versorgung mit Gas gegeben. Die Stadtwerke betreiben an fünf Standorten Fernwärmeerzeugungsanlagen. Der größte Teil der gelieferten Wärme stammt aus Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, die auf Gas oder Kohle basieren. Diese speisen in die Netze „Mitte-West-Süd“ und „Nord“ ein. Obwohl der Wärmebedarf in den Szenarien insgesamt zwischen 25% und 33% bis 2050 zurückgeht, gibt es im Gebiet der Fernwärmenetze Mitte, Süd und Nord weiterhin mittlere bis hohe Wärmedichten. Im Fernwärmenetz West werden die Wärmedichten im Vergleich zu heute voraussichtlich deutlich sinken.

„Beim Entwurf der Szenarien spielte die Optimierung der Kosten eine wichtige Rolle“, sagt die Projektleiterin Susanne Ochse von GEF Ingenieur und fügt hinzu: „Es ging unter anderem darum, vorhandene Kapazitäten besser zu nutzen und die Netzstruktur zu verbessern.“ Als Referenz für ihre Berechnungen dienten den Experten Wärmebedarfe, Lastgänge, Erzeugungsanlagen und weitere Daten des Basisjahres 2011. Ausgehend von diesem Referenzjahr untersuchten sie, wie die Netzstrukturen optimal angepasst werden könnten und ob ein Wechsel der Energieträger bei der Versorgung mit Heizwärme und Warmwasser sinnvoll ist. Dabei variierten sie verschiedene Parameter, wie etwa die demographische Entwicklung, die Wärmebedarfsentwicklung, Energiequellen, Energiepreise sowie Preise für Emissionszertifikate.

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Verknüpftes Fernwärmenetz erhöht Einspeisemöglichkeiten

Um die wirtschaftliche und ökologische Effizienz der Duisburger Fernwärme zu verbessern, ist es sinnvoll, das Fernwärmenetz Mitte-West-Süd mit dem benachbarten Fernwärmenetz zu verknüpfen. Dieses ist an die Fernwärme-Verbundschiene Niederrhein angebunden. Die beiden Netze werden mit ähnlichen Temperaturen betrieben, was den Austausch von Wärme ohne Nachheizung ermöglicht. Bei einer Verbindung könnte das benachbarte Netz Wärme aus den Duisburger KWK-Anlagen beziehen, Duisburg könnte den Wärmemix der Fernwärme-Verbundschiene Niederrhein nutzen. „Entlang der Rheinschiene gibt es viele Industrieanlagen, deren Abwärmepotenziale – vor allem im Sommer – bis jetzt noch nicht in vollem Umfang genutzt werden. Würde die Abwärmenutzung ausgebaut sowie der KWK-Anteil des in den Heizkraftwerken erzeugten Stroms steigen, würde dies die Exergie- und Primärenergieeffizienz des Gesamtsystems erhöhen“, so Ochse. Das Gesamtsystem wird wirtschaftlicher, wenn die günstigsten Wärmequellen zukünftig in größeren Mengen genutzt werden können. Die Verbindungsleitung ist wirtschaftlich, wenn durch die flexiblere Nutzung die Kapital- und Betriebskosten refinanzierbar sind. Zusätzlich verbessert sich die CO2-Bilanz, wenn Wärmeerzeuger mit niedrigen CO2-Emissionen solche mit höheren verdrängen.

Die Verbindung vergrößert für beide Netze die Anzahl der einspeisenden Erzeugungsanlagen und erhöht damit auch die Versorgungssicherheit, etwa bei Ausfall einzelner Erzeugungsanlagen oder Trassenteile. Aktuell wird die Verbindung der beiden Netze in einem Plangenehmigungsverfahren geprüft.

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Adressen

Projektbearbeitung
GEF Ingenieur AG

Projektkoordination
Fernwärme Duisburg GmbH

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.