Effizient, umweltfreundlich, förderungsfähig
Intelligentes Nahwärmenetz versorgt 11 700-Einwohner-Gemeinde
Am Standort der Biogasanlage baute Yados eine Hydraulikstation mit Wärmeauskopplungsmodul und integrierten Netzpumpen zur Einspeisung in das Wärmenetz in Containerausführung. Bild Yados
Der größte regenerative Energieerzeuger in Teningen ist die Holzhackschnitzel-Heizung an der örtlichen Schule. Die verwertbare Biomasse wird von einem regionalen Sägewerk bezogen und in einem 120 m³ großen Speicher gelagert. Sein Fassungsvermögen reicht tim Winter für zwei Wochen Volllastbetrieb. Bild Yados
Die Oberfläche des Leit- und Kommunikationssystems: Der energetische Soll- und Istzustand jedes einzelnen Wärmenetzkunden wird in Echtzeit visualisiert. Heizzeiten, Temperaturen und Einstellungen können per Fernwartung überwacht und gesteuert werden. Darüber hinaus zeigt das System den Wärmeverbrauch des Abnehmers in Tages-, Wochen- und Montasbalkendiagrammen an. Bild Yados
Mit einem Anteil von rund 5 % am deutschen Energieverbrauch bietet der Wärmemarkt enormes Potenzial, um deutliche Fortschritte bei der Transformation der Energieversorgung und der Reduktion von CO2-Emissionen zu erreichen. Möglich ist das durch den Einsatz von hoch entwickelten Anlagen mit effizienter Energienutzung. Der konzentrierte Ausbau netzgebundener Fern- und Nahwärmeversorgung ist hier ein wichtiger Baustein, in dem sich die Ziele Klimaschutz und Energieeinsparung, Investitionskosten und Wirtschaftlichkeit vereinen. Die Wärmenetze der vierten Generation gelten als zukunftssichere Lösungen. Sie sind langfristig technologieoffen und erlauben es, verfügbare Wärme aus unterschiedlichen (regenerativen) Energiequellen kombiniert zu nutzen und zu verteilen.
Wie aus der Verbindung von geeigneten infrastrukturellen Rahmenbedingungen, belastbarer präziser Planung sowie innovativen Anlagentechnologien eine effiziente lokale Wärmeversorgung entstehen kann, zeigt das Energiedorf Teningen nördlich von Freiburg. Seine Lösung wurde u. a. ausgezeichnet vom Fachverband Biogas sowie vom Umweltministerium Baden-Württemberg im Rahmen des Förderprogramms „Klimaschutz mit System“.
Verfügbarkeit regenerativer Energieträger sichert Wärme-Grundlastversorgung
Biogene Energieträger mit vergleichsweise geringer Energiedichte und großem Volumen haben eine entsprechend niedrige Transportwürdigkeit. Durch die kurze Entfernung zwischen Bezugsquelle und Einsatzbereich bietet der regional nachwachsende Rohstoff jedoch eine wirtschaftliche, wettbewerbsfähige und nicht zuletzt umweltfreundliche Alternative zum fossilen Brennstoff. Da die gesamte Wertschöpfungskette lokal angesiedelt ist, trägt die dezentrale Versorgung darüber hinaus zur Stärkung der Wirtschaftsregion bei.
Mit zwei großen ortsansässigen Erneuerbare-Energie-Erzeugern verfügte die 11 700-Einwohner-Gemeinde Teningen bereits über die passende energetische Infrastruktur, um ein verbrauchseffizientes und versorgungsstabiles Nahwärmenetz zu betreiben. Sowohl die Biogasanlage mit einer Wärmeleistung von 250 kW thermischer Leistung (kWth) und einer jährlich ungenutzten (Ab-)Wärmeenergie von mehreren Millionen Kilowattstunden als auch die im Schul- und Sportzentrum vorhandene Holzhackschnitzel-Heizung mit 600 kWth und freier Leistungskapazität wurden in das Wärmeversorgungskonzept integriert. Ein nahe gelegenes Sägewerk stellt sicher, dass bis zu 95 % der Rohstoffe aus erneuerbaren Quellen der Umgebung stammen.
Zusätzlich installiert wurden eine Solarthermieanlage und ein fossilbefeuerter Gaskessel mit 600 kWth, der sich zu Spitzenzeiten zuschaltet. Drei Pufferspeicher mit insgesamt 54 m³ Fassungsvermögen gleichen das Angebot und die Nachfrage der angeschlossenen Haushalte aus.
Innovativ zur erfolgreichen Quartierslösung
Zwischen der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeitsprüfung einer dezentralen Teninger Nahwärmeversorgung im Jahr 2013 und der Einweihung des neuen Netzes, die bereits im Oktober 2015 stattfinden konnte, lagen Planung, Konzeption und Umsetzung eines komplexen Vorhabens. Da eine stabile Versorgungslösung nur dann ihr volles Potenzial ausschöpfen kann, wenn spezifische örtliche Anforderungen und Gegebenheiten adäquat berücksichtigt und zukunftsfähige Effizienztechnologien eingesetzt werden, stehen Planer und Ingenieure immer wieder vor neuen individuellen Herausforderungen.
Mit der technischen Gesamtplanung des Wärmenetzsystems inkl. Anlagentechnik wurde dme consult aus Rosenheim beauftragt. Das auf Planung und Bau innovativer Wärmenetzsysteme der vierten Generation spezialisierte Unternehmen konzipierte für Teningen ein rund 6000 m umfassendes Netz mit Fokus auf eine höchst effiziente Nutzung von Primärenergie. Für einen geringen Energiebedarf müssen Netzvorlauf- und Rücklauftemperaturen durch möglichst hohe Spreizung permanent auf einem optimalen Niveau gehalten werden. Dies ermöglicht es, niedrigere Pumpenleistungen zu wählen und Leitungsquerschnitte zu verringern. Entsprechend sinken die Investitionskosten für Tiefbau, Material und Anlagentechnik, während gleichzeitig wirtschaftlich und ökologisch belastende Wärmeverluste im Netz minimiert werden können. Maßgeblich für die Effizienz eines Nahwärmenetzes ist die Anlagentechnik. Sie regelt den Prozess und die Details der Wärmeerzeugung, -speicherung, -verteilung und -übergabe sowie der Bereitstellung von Warmwasser an die angeschlossenen Verbraucher. Auf der Planungsgrundlage der dme consult erstellte und fertigte der Anlagenbauer Yados aus Hoyerswerda ein rücklaufoptimiertes Komponenten-Portfolio.
Um im Betrieb sämtliche Einspeiser, unabhängig vom Energieträger und der Leistungskapazität, kompatibel und stabil zu integrieren, muss das Netz intelligent arbeiten. Realisiert wird das Prinzip der verteilten Intelligenz über ein LON-Bus-basiertes Netzwerksystem (LON = local operation network), über welches das Gesamtnetz kontinuierlich gesteuert und überwacht werden kann. In Echtzeit werden Informationen an speziellen Knotenpunkten des Wärmenetzes erfasst, analysiert sowie visualisiert und die Prozesse zwischen den unterschiedlichen Energiequellen und den Wärmeverbrauchern gesteuert. Relevante Prozessinformationen werden an das Leitsystem übermittelt.
Abweichungen oder Störungen in den Erzeugungs- und Verteilprozessen lassen sich unmittelbar erkennen, analysieren und korrigieren. Eine spezielle Verschlüsselungstechnik sorgt für die Datensicherheit und schützt das System vor unerlaubtem Zugriff. Im Wärmenetz Teningen wurden sämtliche Anlagenkomponenten und Energieerzeuger in das übergeordnete Leit- und Kommunikationssystem „Yado|Link“ integriert.
„Modellvorhaben Wärmenetze 4.0“ für eine intelligente Wärmeversorgung
Für die Gemeinde Teningen hat sich die Investition in ein lokales Wärmenetz gelohnt. Bereits im Jahr 2016 sparte der Netzbetrieb 351 000 l Heizöl sowie 1100 t CO2 ein. Gute Gründe für die seit März 2017 laufende Bauphase (Projektvolumen 855 000 Euro), um weitere 197 Haushalte mit 450 Verbrauchern, das Schulzentrum, zwei Kindergärten und das Freibad an das Wärmenetz anzuschließen.
Der Ausbau intelligenter Wärmenetze der vierten Generation, die hohe Anteile Erneuerbarer Energien und anfallender Abwärme nutzen und auf deutlich niedrigerem Temperaturniveau als klassische Wärmenetze betrieben werden können, sind unter Einhaltung entsprechend definierter Voraussetzungen förderungsfähig, etwa durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle. Mit dem Förderprogramm „Modellvorhaben Wärmenetze 4.0“ werden seit Juli 2017 erstmals auch Gesamtsysteme – und nicht nur wie bisher Einzeltechnologien und -komponenten – finanziell begünstigt. Mit dem Programm werden vorerst Machbarkeitsstudien mit bis zu 60 % unterstützt. Künftig ist die Förderung der Realisierung von Wärmenetzsystemen 4.0 mit bis zu 50 % der förderfähigen Vorhabenkosten möglich.
Autor: Karl Gentner, Yados GmbH
Bilder: Yados
