Urbane Wärme wende - Smart Cities
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2019
Urbane
Wärme
wende
Cover Illustration: Stefanie Hilgarth
Inhaltsverzeichnis
VORWORT Seite 03
ecoRegeneration: Entwicklung einer „Merit-Order“
bei Regenerationswärme für Erdsondenfelder in urbanen Wohngebieten Seite 05
In ecoRegeneration wurden verschiedene Optionen innerhalb eines Siedlungsgebietes überprüft um die erfor-
derliche Regenerationswärme für Erdsondenfelder bereitzustellen. Erarbeitet wurden Geschäftsmodelle und
bewertete Wärmepreise von sämtlichen Lösungen, sodass eine Art „Merit-Order“ für Regenerationswärme erstellt
werden konnte.
Hybrid DH: Sondierung einer hybriden Netzeinspeisung im städtischen Fernwärmesystem Neusiedl am See Seite 13
Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Erarbeitung der technischen, wirtschaftlichen, rechtlichen und sozialen
Aspekte zur Entwicklung eines gesamtheitlichen Konzeptes für die hybride Einspeisung des Fernwärmenetzes von
Neusiedl am See. Ein besonderer Schwerpunkt ist dabei die effiziente Aufnahme von regionaler erneuerbarer Energie.
DeStoSimKaFe: Konzeptentwicklung & gekoppelte deterministisch/
stochastische Bewertung kalter Fernwärme zur Wärme- & Kälteversorgung Seite 19
Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Anwendbarkeit und Umsetzbarkeit innovativer und nachhaltiger
Wärme- und Kälteversorgung auf Basis von Kalter Fernwärme zu ermöglichen, indem die methodischen und
simulationstechnischen Grundlagen für die Planung und langfristige Bewertung entwickelt werden.
Speicherstudie: “Big Solar Feldbach” Seite 27
Im Rahmen des Klima- und Energiemodellregion Leitprojekts „Big Solar Feldbach“ wurde die techno-ökonomische
Einbindung von Solarthermie und eines Saisonspeichers in das Fernwärmenetz Feldbach untersucht.
giga_TES: Giga-Scale Thermal Energy Storage for Renewable Districts Seite 33
Das Leitprojekt giga_TES zielt darauf ab, Großspeicherkonzepte für Distrikte zur Einbindung eines hohen Anteils an
erneuerbaren Energien zu entwickeln. Besonderer Fokus wurde auf realisierbare Umsetzungen in Österreich gelegt.
GeoTief Wien: Exploration Tiefer Geothermie in Wien Seite 43
Bei GeoTief Wien geht es um die wissenschaftlich fundierte und auf dem höchsten Stand der Technik durchgeführte
Erforschung und Vermessung der Geologie im östlichen Raum Wiens. Dabei werden mögliche Wärmepotenziale
erforscht und die Entscheidungsgrundlage für mögliche Wärmeprojekte der Zukunft gelegt.
Alle geförderten Projekte im Überblick Seite 48
02 | 03
€ 18.000.000,00
€ 16.000.000,00
€ 14.000.000,00
€ 12.000.000,00
€ 10.000.000,00
€ 8.000.000,00
€ 6.000.000,00
€ 4.000.000,00
€ 2.000.000,00
0
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Modellregionen
Forschung
Erneuerbare Energien
QUELLE: Energieeffizienz
Klima- und Energiefonds, Stand: Februar 2019 Bauen und Sanieren
„ Der Wärmesektor ist für einen Großteil des österreichischen Endenergie-
Z I TAT
verbrauchs verantwortlich. Gerade in diesem Bereich sind neue innovative
Ansätze notwendig um die Dekarbonisierung unseres Energiesystems
voranzutreiben. Der Klima- und Energiefonds ist mit seinen Programmen
ein wichtiger Treiber der urbane Wärmewende!“
THERESIA VOGEL, GESCHÄFTSFÜHRERIN DES KLIMA- UND ENERGIEFONDS
Vorwort
Mit der Wärmewende die Klimaziele erreichen
Urbane Wärmewende – das große Potenzial
Der Wärmebereich ist für mehr als 50 % des österreichischen Endenergieverbrauchs verantwortlich und wird
zu einem Großteil von rund 60 % noch mit fossiler Energie abgedeckt. Gerade im urbanen Raum ist daher eine
erfolgreiche Wärmewende von zentraler Bedeutung für die Erreichung der nationalen und internationalen
Pariser Klimaziele.
Deshalb fördert der Klima- und Energiefonds seit seiner Gründung im Jahr 2007 fast 570 innovative Forschungs-
und Umsetzungsprojekte im Bereich „Urbane Wärmewende“ und unterstützt die Entwicklung von bedeutsamen
und neuen Innovationen mit mehr als 100 Millionen Euro. Durch diese Förderungen konnten Investitionen in
Höhe von über 250 Millionen Euro ausgelöst werden und neue wichtige Erkenntnisse im Bereich Wärmespeicher,
Wärmenetze, Sektorkopplung und Wärmeerzeugung gewonnen werden.
Ein weiterer Schwerpunkt des Klima- und Energiefonds ist die Überleitung von Forschungsergebnissen in den
Markt. Dadurch soll die Marktdurchdringung von klimarelevanten und nachhaltigen Energietechnologien
gefördert und der Wirtschaftsstandort Österreich gestärkt werden. Durch seine Forschungs- und Marktdurch-
dringungsprogramme ist der Klima- und Energiefonds ein wichtiger Treiber der urbanen Wärmewende.
Auch im Regierungsprogramm der Bundesregierung wird die Erarbeitung und Umsetzung einer Wärmestrategie
mit erneuerbarer Wärme in der Wirtschaft, im öffentlichen und privaten Bereich angestrebt. Der Klima- und
Energiefonds leistet auch hier einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der ambitionierten Ziele der Bundes-
regierung und zeigt mit seinen geförderten Projekten auf, wie die urbane Wärmewende gelingen kann.
Eine aufschlussreiche Lektüre wünschen Ihnen
Ihr Klima- und Energiefonds
04 | 05
U
EIT NG
L
Projektleitung: GERHARD HOFER
e7 Energie Markt Analyse GmbHPROJEKTNUMMER: 854649
ecoRegeneration
Entwicklung einer „Merit-Order“ bei Regenerationswärme für Erdsondenfelder in urbanen Wohngebieten
Einleitung
Als Alternativen zur gängigen Wärmeversorgung in kann (Hässig, 1998). Hier gibt es die Herausforde-
urbanen Wohngebieten mit Fernwärme oder Gas- rung, dass der Wärmeentzug aus der Wärmeeintrag
Kessel bieten sich Lösungen mit Wärmepumpen in die Erdsonden annähernd ausgeglichen sein
und Erdsonden(feldern) an. Eine Untersuchung im soll, um kein zusätzliches System für Heizen oder
Auftrag der Stadt Wien (Stadt Wien MA 20, 2016) hat Kühlen einsetzen zu müssen.
_ Großvolumige Wohngebäude sowie in urbanen
ergeben, dass diese Art der Wärmeversorgung über
den Lebenszyklus auch wirtschaftlich sein kann. Da Wohngebieten: hier ist die Ausgangsposition
in urbanen Wohngebieten vornehmlich Wärme zur schwieriger. Aufgrund des großen Wärmebedarfs ist
Raumheizung und für das Warmwasser benötigt wird, hier die Anordnung einer Vielzahl von Erdsonden in
ist eine ausgeglichene Wärmebilanz der Erdsonden- einem Erdsondenfeld erforderlich. Aufgrund der
felder nicht möglich. Daher ist eine thermische hohen Wärmeentzugsdichte erfolgt eine übermä-
Regeneration der Erdsonden mit anderen Wärme- ßige Abkühlung des Erdreiches. Diese Abkühlung
bereitstellungslösungen erforderlich. bewirkt zum einen eine geringere Effizienz des
Eine Regeneration der Erdsonden ist dann erforderlich, Energiekonzeptes und kann zum anderen zur
wenn die Erdsonden den Ausgleich der entnommenen Frostbildung in den Sonden und somit zu einem
Wärme im Winter nicht durch die Umgebung im Erd- „Totalschaden“ der Erdsonden führen. In diesem
reich oder durch einen gegenläufigen Kühlbetrieb im Konzept kann die Nutzung oberflächennaher
Sommer und saisonaler Speicherung bewältigen kön- Geothermie nur bei gleichzeitiger Regeneration
nen. Die Regenerationserfordernisse hängen von der des Erdreiches erfolgen. (Stadt Zürich, 2015)
Größe und der Nutzung des Gebäudes ab:
Als Erdsondenfelder werden rasterartige Anordnungen
_ Kleinere Wohngebäude, eine oder nur wenige von Tiefenbohrungen verstanden, welche mit Wärm-
Erdsonden: In diesem Fall ist die Beeinflussung tauscherrohren bestückt sind, durch die eine Wärme-
von anderen Erdsonden nicht oder nur gering trägerflüssigkeit im geschlossenen Kreislauf geführt
vorhanden, sodass keine Regeneration erforderlich wird und so dem umgebenden Erdreich je nach
ist (ZHAW, 2018). Anforderung Wärme entzieht oder an dieses abgibt.
_ Gebäude oder Siedlungen mit Mischnutzung Typische Tiefenentwicklungen betragen 100 bis 250 m.
(Wohn- und gewerbliche Nutzung): hier kann Erdsonden bieten sich als sehr effektive und tempera-
dieses Konzept gut eingesetzt werden, da sowohl ein turstabile Wärmequellen für Wärmepumpensysteme
Heiz- als auch ein Kühlbedarf vorliegt, der durch die an und zeichnen sich für die Anwendung im urbanen
Wärmepumpe mit Erdsonden abgedeckt werden Kontext durch ihren geringen Flächenbedarf aus.06 | 07
Lösungen für Regenerationswärme TABELLE 1
Bestehende Wärme nutzen (Abwärme) Wärme neu schaffen
im Gebiet angrenzend am Gebäude angrenzend am Gebäude
bereits
Nicht-Wohnnutzung mit eingeplante zusätzliche
im Wohngebäude Zusätzliche Technologie
hoher Abwärme Technologie Technologie
nutzen
Nicht-
Wohnnutzung Fokus Datencenter Liste an Technologien Fokus Asphalt-kollektor
Wohnnutzung
1
LLE
UE Literatur
N
Q
Hässig W. et al (1998) Regeneration von Erdwärmesonden, Phase 1: Potenialabschätzung.
Bundesamt für Energie, Forschungsprogramm Umgebungs- und Abwärme.
Huber A. (2014) Speicherung von Wärme in Erdwärmesonden. Huber Energietechnik AG. Zürich.
Magistrat der Stadt Wien MA 20 – Energieplanung (2016) Energieversorgungsoptionen für das
Stadtentwicklungsgebiet Donaufeld.
Untersuchung von acht unterschiedlichen Energieversorgungssze-narien, die für das Stadtentwicklungs-
gebiet infrage kommen.
Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW (2018) Optimierung von Erdwärmesonde,
Erdsonden regenerieren, http://www.erdsondenoptimierung.ch/index.php? id=269187, Abgerufen: 09.08.2018
Stadt Zürich, Amt für Hochbauten (2015) RegenOpt, Optimionen zur Vermeidung nachbarschaftlicher
Beeinflussung von Erdwärmesonden: energetische und ökonomische Analysen. Schlussbericht.854649
Ohne Regeneration sinkt die Temperatur im Sonden- Gastronomiebetrieben oder Bäckereien, die auch
rücklauf deutlich ab wogegen mit Regeneration keine in urbanen Wohngebieten – in der Regel im Erd-
Abkühlung eintritt. Bei ausgeglichener Energiebilanz geschoß von Gebäuden – angesiedelt werden.
_ Abwärme, im Gebiet oder angrenzend, Fokus Daten-
der Sonden verhält sich ein Sondenfeld ähnlich wie
eine Einzelsonde. Dadurch kann auch die Anzahl von center: ein weiter Möglichkeit für Abwärme sind
Erdsonden eingespart werden, da ein höherer Ertrag Datencenter/Rechenzentren. Hier wird an 365 Tagen
möglich ist. Es ist sogar eine höhere „Aufladung“ des im Jahr Abwärme generiert. Entscheidend dabei
Erdreichs möglich, sodass die mittlere Erdreichtempe- ist, die gezielte Ansiedelung von Datencentern in
ratur ansteigt. Dadurch wird die Effizienz des Energie- urbane Wohngebiete, um diese Wärme direkt vor
konzeptes erhöht und die Anzahl der Erdsonden Ort nutzen zu können.
_ Wärme neu schaffen: Hier sind Technologien
verringert (Huber, 2014).
abgebildet, die Wärme im Sommer möglichst CO2
Fragestellung neutral bereitstellen können. Entscheidend dabei
Die Ausgangssituation ist eine Wärmeversorgung ist die Integration in das Wärmekonzept sowie die
mittels Wärmepumpe und Erdsondenfeld sowie eine Lebenszykluskosten der Technologien.
_ Wärme neue schaffen, Asphaltkollektor: Asphalt-
überwiegende Wohnnutzung im gesamten Untersu-
chungsgebiet. In diesem Fall wird im Erdsondenfeld kollektoren sind Systeme aus in die Asphaltdecke
überwiegend Wärme entzogen. Welche kostengünsti- von Straßen- oder Gehbelägen eingelegten Wärme-
gen Lösungen sind verfügbar, um das Erdsondenfeld im tauscherrohren. Sie weisen außerdem die Zusatz-
Zeitraum von einem Jahr ausgeglichen zu bilanzieren? nutzen der Verlängerung der Asphaltlebensdauer
Können die Lösungen anhand einer Reihenfolge ent- und der Senkung der Wärmeabstrahlung des
sprechend der Gesamtkosten für die Regenerations- Asphalts und somit der Milderung von Urban-
wärme gelistet werden, sodass eindeutig ersichtlich Heat-Island-Effekten, die zunehmende Bedeutung
ist, welche Lösung die nächstgünstigste ist? Können aufweisen.
die Lösungen für Regenerationswärme ähnlich einer
Merit-Order für Kraftwerke dargestellt werden? Methode
Zur Ermittlung der Wärmekosten für Technologien
Technologien Und Lösungen und Lösungen für die Regenerationswärme wurden
Die Möglichkeiten für Regenerationswärme zwei Modellgebäude mit jeweils zwei unterschied-
sind in Tabelle 1 dargestellt. lichen Niveaus der Energienachfrage definiert. Das
große Gebäude umfasst eine Bruttogrundfläche (BGF)
_ Abwärme, in Wohngebäuden, Wohnnutzung: von 18.000 m². Diese Art von Gebäuden haben rund
Gängige Lösung zur Regeneration von Erdsonden 6 - 8 Geschoße und sind in sehr dicht besiedelten
ist das Entziehen von Wärme aus den Wohnungen Städten, vor allem in Wien, zu finden. Das mittelgroße
über Free-Cooling. Die Nutzung von Flächenhei- Gebäude hat eine Fläche von 3.000 m² BGF. Diese
zungen zur Raumkühlung bietet sich als Wärme- Größenordnung von Gebäuden kommt auch in mitt-
quelle zur Regeneration der Sondenfelder an. leren und kleineren Städten vor. Für die Wärmenach-
_ Abwärme, in Wohngebäuden, Nicht-Wohnnutzung: frage für Warmwasser und Raumheizung wurde in
Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung von ein Normal- und ein Effizienzszenario definiert. Die
Abwärme der Kühlung für gewerbliche Nutzung. Niveaus für die Wärmenachfrage liegen bei 63 bzw.
Beispielsweise die Kühlung von Supermärkten, 42 kWh/m² BGFa für das große Gebäude, sowie bei08 | 09
Werte für Berechnungsparameter und Sensitivitäten TABELLE 2
Parameter NOMINALWERTE Basiswert Sensitivität Einheit
Kalkulationszinssatz 3,0 7,0 %/a
Betrachtungszeitraum 30 Jahre
Inflation/Preissteigerung allgemein 1,0 %/a
Preissteigerung Bau 2,5 %/a
Preissteigerung Haustechnik 2,5 %/a
Preissteigerung Wartung/Instandsetzung 2,5 %/a
Preissteigerung Energie – Strom 2,0 %/a
Preissteigerung Energie – Fernwärme Wien 2,0 %/a
Preissteigerung Energie – Gas 2,0 %/a
Restwertbetrachtung – wenn Teile der Lösung bzw. Technologie
ja -
eine geringere Lebensdauer als der Betrachtungszeitraum hat
Energiepreis Strom (Mischtarif Netto, typischer Wert
0,125 €/kWh
für Wohnbauträger in Österreich)854649
„Es gibt vielfältige Möglichkeiten Erdsondenfelder thermisch zu regenerieren. Die Untersuchung
Z I TAT
am konkreten Gebäude und Gebiet ist entscheidend für die am Besten geeigneten Lösungen.
Die Wärmewende in der Stadt muss auch alternativ zur Fernwärme möglich sein. Wärmepumpen
mit Umweltenergie aus dem Erdreich bieten eine langfristig nachhaltige Lösung zur Wärme-
versorgung. Gleichzeitig bietet es die Chance, Wohnungen im Sommer zu kühlen.
Abwärme aus Gewerbeflächen in Wohngebieten, beispielsweise Supermärkte, können zur
thermischen Regeneration von Erdsondenfeldern genutzt werden.” PROJEKTLEITER GERHARD HOFER
73 bzw. 47 kWh/m² BGFa für das mittelgroße Gebäude. Ergebnisse
Für die Gebäude wurde eine Fläche auf dem Dach Ergebnisse des Projektes sind Wärmekosten sowie eine
definiert, die für die erneuerbare Wärmebereitstellung Reihung der Niveaus der Kosten für die Regenerations-
zur Verfügung steht. wärme der Erdsondenfelder (siehe Abb 1).
Die Wärmeversorgung erfolgt mit einer Wärmepumpe Die y-Achse beschreibt mögliche Lösungen und Tech-
und einem Erdsondenfeld sowie einem Spitzenlast- nologien zur Generierung von Regenerationswärme,
kessel. Die Auslegung und der Energiefluss der Wärme- die obere x-Achse beschreibt die Gesamtkosten der
pumpe sowie des Spitzenlastkessels wurden mit der Wärmeproduktion in Euro pro MWh. In rot ist der
Software Polysun ermittelt. Der Anteil der Wärme- Energiebedarf für das Normalszenario und somit auch
bereitstellung über die Wärmepumpe liegt – je nach das höhere Niveau für die Regenerationswärme dar-
Gebäude und Nachfrageszenario – zwischen 63 und gestellt, in grau das Energieeffizienzszenario und das
70 %. Die restliche Wärme wird mit einem Kessel geringere Niveau der Regenerationswärme. Die untere
bereitgestellt. Diese Aufteilung berücksichtigt bereits x-Achse stellt das Ausmaß der Regenerationswärme,
eine ökonomische Optimierung: eine hundertprozen- die je Technologie oder Lösung bereitgestellt werden
tige Abdeckung der Wärme mittels Wärmepumpen kann, dar. Die strichlierte vertikale Linie gibt die maxi-
und Erdsondenfeld führt zu einer sehr hohen Anzahl mal erforderliche Regenerationswärme der Erdsonden
an Erdsonden, dass damit auch die Spitzenlast, die nur für die beiden Energiebedarfsvarianten dar.
an wenigen Tagen auftritt, abgedeckt werden kann. Für einzelne Lösungen sind auch die Auswirkungen
Die Berechnung der Wärmekosten erfolgt über eine auf den Nutzungskomfort dargestellt. Lösungen, die
Dimensionierung der Lösungen und Technologien Wärme in den Räumen entziehen und somit in den
anhand der Gebäudevarianten sowie Nachfrageszena- Sommermonaten für Kühlung sorgen sind nur als
rien. Mit diesen Vorgaben können die Investitionskos- Nutzung für Regenerationswärme dargestellt. In hell-
ten sowie allfällige Betriebskosten ermittelt werden. rot sind die Auswirkungen gering, in dunkelrot sind
Zusätzlich wird die Energiemenge ermittelt, die über große Auswirkungen auf den Nutzungskomfort dar-
die Lösung oder Technologie als Regenerationsmenge gestellt. Der zusätzliche Nutzen für KundInnen ist
bereitgestellt werden kann. Damit werden unter Be- nicht monetär bewertet worden.
rücksichtigung der Kalkulationsparameter aus Tabelle 2 Als Ergebnis kann festgehalten werde, dass der Einsatz
die Bandbreiten für Wärmetarife ermittelt. von Luft-Wärmetauschern sowie die Nutzung der
Oft sind in den Technologien und Lösungen auch bestehenden Fußbodenheizung für Free-Cooling
Einschränkungen hinsichtlich der Energiemenge oder ökonomisch am attraktivsten ist. Gleichzeitig ist auch
des Temperaturniveaus festgelegt, die in der Konzeption die Nutzung der Abwärme eines größeren Supermark-
der Regenerationswärme zu berücksichtigen sind. tes ökonomisch attraktiv. Hier liegen die Kosten für10 | 11
Wärmetarife zur Regenerationswärme von Erdsondenfelder ABBILDUNG 1
Regenerations-Wärmegestehungskosten [€/MWh]
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Luft-Wärmetauscher
ohne Schallschutz (Ventilation)
Luft-Wärmetauscher
inkl. Schallschutz (Ventilation)
Abwärme Supermarkt mittel
(Verkaufsfläche = 1500m²) Reg.-Bedarf „g2“ Reg.-Bedarf „g1“
Free Cooling
per Fußbodenheizung
Solarthermie-Absorber
Kollektor (unverglast)
Datencenter
Entfernung 100 m (kurz)
Kühlung Wärmepumpe
per Fußbodenheizung
Abwärme Supermarkt klein
(Verkaufsfläche = 780m²)
Datencenter
Entfernung 400 m (lang)
Solarthermie-
Flachkollektor
Abwassernutzung
aus Kanal
Kühlung Wärmepumpe per
Bauteilaktivierung (Heizung & Kühlung)
Free Cooling per
Bauteilaktivierung (Heizung & Kühlung)
Abwassernutzung
Inhouse
PVT-Kollektor
Kühlung Wärmepumpe per
Bauteilaktivierung (nur zur Kühlung)
Free Cooling per
Bauteilaktivierung (nur zur Kühlung)
0 100 200 300 400 500 600
Regenerations-Wärmemenge [MWh/a]
Auswirkungen auf
den Innenraumkomfort
Regenerations-Wärmegestehungskosten Szenario „g1“
Regenerations-Wärmegestehungskosten Szenario „g2“ Komfort Verbesserung
Regenerations-Wärmebedarf Szenario „g1“ Hohe Komfort Verbesserung
Regenerations-Wärmebedarf Szenario „g2“ Sehr hohe Komfort Verbesserung854649
Regenerationswärme bei rund 10 - 20 EUR/MWh. Insgesamt gesehen gibt es eine Reihe von Technologien
Etwas höher liegen die Kosten für Solarthermie- und Lösungen, die ein sehr kostengünstiges Konzept
Absorber oder einem Solarthermie-Flachkollektor für die Regenerierung der Erdwärmesonden darstellen.
(20 - 40 EUR/MWh). In einem ähnlichen Niveau Diese Technologien und Lösungen sind in die Energie-
liegen die Kosten für die Nutzung der Abwärme von konzepte zu integrieren, um eine langfristige und energie-
kleineren Supermärkten und Datencentern, die relativ effiziente Nutzung des Erdreichs sicherstellen zu können.
nahe der Erdsonden liegen (ca. 100 m Entfernung),
sowie die Nutzung des Abwasserkanals. Die aktive Danksagung
Kühlung des Fußbodens erhöht den Ertrag des Wärme- Dieser Bericht wurde im Rahmen des Projektes „eco-
entzuges, dafür wird jedoch auch ein höherer Energie- Regeneration: Entwicklung einer „Merit-Order“ bei
einsatz benötigt. Regenerationswärme für Erdsondenfelder in urbanen
Darüber hinaus liegen Lösungen, die zusätzlich eine Wohngebieten“ des Programmes Stadt der Zukunft erstellt.
Bauteilaktivierung der Decke für Kühlung nutzen Stadt der Zukunft ist ein Forschungs- und Technologie-
möchten. Hier sind die baulichen Zusatzkosten für programm des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation
die Integration in der Decke relativ hoch und führen und Technologie. Es wird im Auftrag des BMVIT von der
zu hehreren Wärmekosten. Ein PVT-Kollektor für die Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft ge-
Nutzung der Regenerationswärme ist technisch eine meinsam mit der Austria Wirtschaftsservice GmbH und
sehr gute Lösung, weil hier die Temperaturen der der ÖGUT - Österreichischen Gesellschaft für Umwelt
Wärmegewinne niedrig sind und somit direkt für die und Technik abgewickelt.
Regeneration genutzt werden können. Gleichzeitig
sind die Investitionskosten noch relativ hoch, was zu
hohen Wärmekosten führt.
DREI GUTE GRÜNDE FÜR DAS PROJEKT
_ Die Energieraumplanung wird als Instrument der Gebietskörperschaften nun aktiv genutzt.
TOP 3
Welche ökologisch vorteilhafte Lösungen können in urbanen Wohngebieten außerhalb der
Fernwärme- Zone eingesetzt werden? Regenerationsmöglichkeiten sind ein fehlendes
Puzzlestein für Wärmeversorgung über Erdsondenfelder.
_ Fernwärme wird oft in Stadtentwicklungsgebieten an der Periferie nicht genutzt. Gas-Kessel
sollen aus ökologischen Gründen nicht eingesetzt werden und werden in naher Zukunft im
Neubau verboten werden. Konzepte mit Wärmepumpe und Erdsonden bieten ein geeignete
Lösungen für die Wärmeversorgung. In urbanen Wohngebieten ist ein zu geringer Kühlbedarf
vorhanden, um Erdsonden saisonal thermisch ausgeglichen bilanzieren zu können. Daher sind
zusätzliche Lösungen zur thermischen Regeneration von Erdsondenfelder notwendig.
_ Erdgeschoßflächen in Wohngebäuden bieten in vielen Fällen Gewerbeflächen an, beispielsweise
für den Supermarkt. Diese Gewerbeflächen werden oft aktiv gekühlt, die entnommene Wärme
kann zur thermischen Regeneration der Erdsondenfelder genutzt werden. Ein Zusammenschluss
der Energiesysteme der Wohn- und der Gewerbenutzung ist erforderlich.12 | 13
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EIT NG
L
Projektleitung: MARKUS PUCHEGGER
Forschung Burgenland GmbH
Wärmzentrale des Neusiedler Wärmenetzes ABBILDUNG 1PROJEKTNUMMER: 864975
Hybrid DH
Sondierung einer hybriden Netzeinspeisung im städtischen Fernwärmesystem Neusiedl am See
Das Energiesystem Österreichs und Europas ist im Betrieb. Der bisherige und weitere Zubau an Wind-
Wandel hin zu einem regenerativen, flexiblen, intelli- kraft beruht zu großen Teilen auf der attraktiven
genten und vernetzten System. Diese Wandlung muss Förderung durch die OeMAG mittels fixen Tarifen.
vollzogen werden um den Klimazielen gerecht zu Der Fördertarif ist jedoch zeitlich begrenzt, was dazu
werden und die Erwärmung der Atmosphäre auf +2°C führt, dass zunehmend mehr bestehende Windkraft-
zu beschränken. anlagen keine Tarifförderung mehr erhalten. Da die
In Österreich hat man sich zum Ziel gesetzt, eine nicht mehr geförderten Anlagen auch aus der von
Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Erzeugung der OeMAG bewirtschafteten Bilanzgruppe fallen,
zu schaffen. In der Energiestrategie #mission2030 wird müssen diese am liberalisierten Strommarkt vermarktet
das Ziel definiert, bis 2030 den nationalen Gesamt- werden. Auch für künftige Neuanlagen tut sich bei
stromverbrauch bilanziell zu 100 % aus erneuerbaren Einführung der derzeit diskutierten Marktprämien-
Energieträgern zu erzeugen. Eine Dekarbonisierung modelle anstatt der bisher üblichen Fixtarifmodelle
der Energiewirtschaft ist bis 2050 geplant. Dafür ist ein Bedarf zur Entwicklung neuer Vermarktungs-
ein umfassender Ausbau erneuerbarer Energieträger, strategien für Strom aus Windkraftanlagen auf.
vor allem in der Stromerzeugung notwendig. Aktuell Die Eigenvermarktung von Windstrom führt aufgrund
beläuft sich der Anteil Erneuerbarer in der Strom- von Prognoseunsicherheiten in der Erzeugung zu er-
erzeugung auf 71,7 %. Eine wesentliche Rolle für heblichen Risiken und Kosten für Ausgleichsenergie.
den Ausbau der Erneuerbaren in Österreich spielt die Die Vermarktung des betroffenen Windstroms des
Windenergie, wie die Entwicklung des Zubaus an assoziierten Partners Energie Burgenland AG passiert
Windkraftanlagen demonstriert. Bezüglich des Aus- derzeit in der 24/7 Windleitwarte, welche die Wind-
baus der Windkraft spielt in Österreich vor allem das energie am Terminmarkt, Day Ahead Markt und Intra-
Burgenland eine Vorreiterrolle, wo im Jahresschnitt day Markt bewirtschaftet sowie die einzelnen Assets auf
bilanziell um rund 50 % mehr elektrische Energie er- Fahrplanbasis steuert. Um weiterhin den Ausbau und
zeugt als verbraucht wird. Dieser Vorstoß in Richtung die langfristige Wirtschaftlichkeit von bestehenden
erneuerbare Energieregion Burgenland ist durch den und neuen Windkraftanlagen und somit den Absolut-
massiven Ausbau von Windkraftanlagen gelungen. Zuwachs an Windkapazität für das Voranschreiten
Der Bauboom der Windkraft begann im Burgenland der Energiewende sicherzustellen, sind alternative
im Jahr 2002, derzeit befinden sich 426 Anlagen mit Geschäftsmodelle für die Windkrafterzeugung bzw. –
einer gesamt installierten Leistung von 1.026,1 MW in verwertung notwendig.14 | 15
Verwendung Windstrom ABBILDUNG 2
60.000
50.000
Energie [MWh]
40.000
30.000
20.000
10.000 Windstrom in WP/Pth
Netzeinspeisung Windstrom
0
Variante Standard Variante Wärmepumpe Variante Pth
Aktuell stehen Flexibilitäten als eine der wichtigsten Sektorkopplung werden einzelne Energieverteilungs-
Mechanismen zur Bewältigung der Herausforderungen netze in integrierte Energiesysteme (hybride Netze),
in einem Energiesystem basierend auf fluktuierenden die den Einsatz von Flexibilitäten enorm erleichtern,
erneuerbaren Energieträgern in Diskussion. Nach der umgewandelt. Dabei ist die Kopplung unterschiedlicher
Definition im EU-Mandat 490 bezieht sich Flexibilität Netze und Infrastrukturen notwendig um zusätzliche
allgemein auf die Elastizität des Ressourceneinsatzes Speicherpotenziale zu generieren. In integrierten Ener-
(Verbrauch, Speicherung, Erzeugung), insbesondere zur giesystemen ist das Ziel, ein globales Optimum für
Bereitstellung von Hilfsdiensten für die Netzstabilität die Nutzung aller betrachteten Energiearten (Strom,
und/oder Marktoptimierung. Die Bereitstellung von Wärme, Mobilität etc.) zu schaffen.
Flexibilitäten bedingt, dass die VerbraucherInnen über Das Wärmenetz der Stadtgemeinde Neusiedl wies im
die Möglichkeit verfügen, auf einen Speicher zuzugrei- Jahr 2016 eine Spitzenlast in der Höhe von 4,8 MW auf.
fen. Diese Speicherkapazitäten können durch reale Der jährliche Wärmebedarf betrug knapp 12,5 GWh.
physische Speicher bereitgestellt werden, wie z. B. bei Die Energiezentrale des Wärmenetzes der Stadtge-
industriellem Demand Side Management, chemischen meinde Neusiedl weist einen Hackgutkessel (2,6 MW)
Speichersystemen (wie Batterien oder Gas) oder durch sowie einen Gaskessel als Back-Up und Spitzenlastkessel
Umwandlung von Elektrizität in Wärme, um die ther- (3,9 MW). Das städtische Fernwärmesystem zeichnet
mischen Kapazitäten als Flexibilitäten für das Strom- sich durch einen ganzjährig hohen Bedarf an Wärme
netz nutzbar zu machen. aus. Die Reduktion des Gaskesselspitzenlastanteils zur
Im Kontext von Hybrid DH wurde in erster Linie die CO2 -Einsparung über regional erzeugten erneuerbaren
Möglichkeit, die Sektorkopplung Strom zu Wärme zur Strom stellt ein großes Potenzial dar.
Kompensation von Fluktuationen von Windkrafterzeu- In unmittelbarer Nähe zum Stadtgebiet befindet sich
gung für das Gebiet um Neusiedl untersucht. Bei der zudem der Windpark Neusiedl, der mit 18 Wind-864975
Primärenergie für Wärmeerzeugung ABBILDUNG 3
14.000
12.000
10.000
Energie [MWh]
8.000
6.000
4.000
Wärme aus Biomasse/Gas
2.000 Strom in WP/Pth
Umweltenergie
0
Variante Standard Variante Wärmepumpe Variante Pth
energieanlagen eine Nennleistung von 32,4 MW auf- Zudem stellt sich die Frage der optimalen Anlagen-
weist. Im Jahr 2016 konnten damit knapp 48 GWh an größe, der technischen Einbindung sowie die Ent-
Strom erzeugt werden. Der Windpark ist aufgrund wicklung einer geeigneten Betriebsstrategie, die auch
seiner Inbetriebnahme Anfang der 2000er Jahre nicht die Entscheidung beinhaltet, ob die Power-to-Heat-
mehr im Förderregime der OeMAG integriert, die er- Anlage nur mit lokalem Windstrom oder auch mit
zeugte Windenergie wird somit auf dem freien Markt Netzstrom betrieben werden soll.
verwertet. Elektrodenkessel haben dabei den Vorteil, dass diese
Die energetische Potenzialanalyse für die Stadt Neusiedl einfach in ein bestehendes System einbindbar sind,
zeigt, dass derzeit nur 7,9 % des Wärmebedarfs der Stadt einfach geregelt werden können und niedrigere Inves-
aus regionaler Wärmebereitstellung erfolgt. Verschie- titionskosten als Wärmepumpen aufweisen. Wärme-
dene Faktoren lassen zudem auf eine Zunahme des pumpen sind dagegen exergetisch wesentlich effizienter,
Wärmebedarfs schließen (z.B. Zuzug in die Stadt, daher fallen niedrigere Primärenergiekosten bzw.
Zunahme von Wärmebedarf für Kälteanwendungen). Opportunitätskosten (für nicht eingespeisten Strom
Somit zeigt sich enormes Potenzial für Sektorkopplung aus den Windenergieanlagen) an. Die Einbindung ist
über Power-to-Heat. Innerhalb des Projekts lag der Fo- allerdings komplexer, eine geeignete Wärmequelle muss
kus somit auf der technoökonomischen Detailanalyse genutzt werden können und die Investitionskosten
von Sektorkopplungsoptionen zwischen regionalen sind somit höher. Die Analysen erfolgten anhand von
Windstrom und dem Wärmenetz. Dabei wurden regelbasierten Jahresbetriebssimulationen der techno-
zwei technische Hauptvarianten für Power-to-Heat logischen Lösungen und einer Sensitivitätsanalyse der
untersucht: Anlagengröße. Aufgrund einer fehlenden ganzjährig
1. Elektrodenkessel nutzbaren Abwärmequelle wurde ein zweistufiges
2. Großwärmepumpen Konzept mit Luftwärmepumpen entwickelt, welches16 | 17
Primärenergiekosten für die Wärmebereitstellung ABBILDUNG 4
600.000 €
500.000 €
400.000 €
300.000 €
200.000 €
Wärme aus Biomasse/Gas
100.000 € Opp.-Kosten Einspeisung Windstrom
Elektrizitätsabgabe
0€
Variante Standard Variante Wärmepumpe Variante Pth
LLE
Literatur
UE
Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus, Erneuerbare Energie in Zahlen 2017,
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Wien, Dezember 2017
Statistik Austria, Energiebilanz Burgenland 1988 bis 2016
Powert-to-Heat zur Integration von ansonsten abgeregeltem Strom aus Erneuerbaren Energien,
Agora Energiewende, 2014
Hinterberger R., Hinrichsen J., Dedeyne S. (2018), Einsatz von Power-To-Heat Anlagen zur
Verwertung von EE-Überschussstrom, 15. Symposium Energieinnovation, Technische Universität Graz
Hinterberger R. (2015a): Hybridnetze und Synergiepotenziale mit kommunalen Infrastrukturen.
Visions- und Strategiepapier. Bericht aus Energie- und Umweltforschung. Bundesministeri-um für
Verkehr, Innovation und Technologie.864975 „ Wesentlicher Schlüssel zum Gelingen der Energiewende ist neben der technischen Integration Z I TAT fluktuierender Erzeugung auch die Entwicklung von organisatorischen, ökonomischen und partizipativen Lösungen. Die Sektorkopplung wird dabei zukünftig eine tragende Rolle spielen, die unterschiedlichen Energieformen sind dabei integriert zu behandeln und die jeweiligen Wechselwirkungen zu berücksichtigen. Im Projekt Hybrid DH ist es uns gelungen, ein innovatives und exergetisch effizientes Umsetzungsprojekt als einen Baustein des integrierten Energie- systems anzustoßen.“ PROJEKTLEITER MARKUS PUCHEGGER im Sommer monovalent betrieben werden kann, wäh- die Neuanlagen berücksichtigen, die Differenz zwischen rend in der kalten Jahreszeit, wenn der Biomassekessel den Varianten muss daher die etwaige Mehr-Investition in Betrieb ist, eine Rauchgaskondensationsanlage als in die Wärmepumpe finanzieren. Dabei zeigt sich, dass Wärmequelle dient. Abbildung 1 zeigt die Wärmzent- die zu berücksichtigende Elektrizitätsabgabe ein we- rale des Neusiedler Wärmenetzes. sentlicher Einflussparameter auf die jährlichen Kosten Die technologiebasierte Energiebilanz zeigt, dass gegen- der technischen Varianten darstellt. In der Investitions- über der derzeitigen Variante ein wesentlicher Teil der rechnung führt dies letztlich zu der Entscheidung zu im Wärmenetz benötigten Energie über die Sektor- Gunsten der Wärmepumpenlösung. kopplung Strom Wärme bereitgestellt werden kann Durch das Projekt konnte somit ein technisches und (vgl. Abbildung 2). Abbildung 3 zeigt wiederum, dass wirtschaftliches Konzept für die Umsetzung einer damit sowohl bei der Variante mit dem Elektroden- Sektorkopplung Strom-Wärme mittels Einbindung von kessel (Pth) als auch bei der Wärmepumpenvariante Wärmepumpen entwickelt werden. Die entwickelte ein großer Anteil der Wärme für das Wärmenetz zur Lösung befindet sich derzeit in Umsetzung beim Verfügung gestellt werden kann. Wesentlicher Unter- Betreiber des Windparks und Wärmenetzes. In einem schied der Sektorkopplungsvarianten ist die Menge an Demonstrationsprojekt wird ab März 2019 u.a. die Windenergie, die für die Umwandlung benötigt wird. Installation, Inbetriebnahme sowie das Betriebsmoni- Dies führt aufgrund der dafür anzusetzenden Oppor- toring sowie die laufende Betriebsoptimierung durch- tunitätskosten auch zu erheblichen Unterschieden bei geführt. Zudem sollen weitere Konzepte für Sektor- den jährlichen Primärenergiekosten für die Wärmebe- kopplungsoptionen im und um das Stadtgebiet auf reitstellung (vgl. Abbildung 4). Es bleibt zu erwähnen, technischer, ökonomischer und partizipativer Ebene dass diese Primärenergiekosten nicht die Investition in erarbeitet und umgesetzt werden. DREI GUTE GRÜNDE FÜR DAS PROJEKT _ Lokale Verwendung fluktuierend erzeugter Windenergie TOP 3 _ Effiziente Umwandlung in Power-to-Heat Anlage über Wärmepumpe _ Entwicklung einer für andere Nahwärmenetze im Windgebiet multiplizierbaren Lösung ohne Notwendigkeit einer zusätzlichen Abwärmequelle
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EIT NG
L Projektleitung:
HERMANN EDTMAYER, HARALD SCHRAMMEL
AEE - Institut für Nachhaltige Technologien, Gleisdorf
Mögliche Systemkomponenten in einem kalten Fernwärmenetz ABBILDUNG 1
Wärmebedarf + Warmwasser
Heizzentrale WP
Strom
PVT
Klimatisierung
(=Kälte)
Kalte
Fernwärme Kältemaschine
4 –30°C
Strom
Abwärme
Abwasser Erdsondenfeld
Seewasser (Speicher)
…PROJEKTNUMMER: 865010
DeStoSimKaFe
Konzeptentwicklung & gekoppelte deterministisch/stochastische Bewertung kalter Fernwärme zur Wärme- & Kälteversorgung
Derzeit werden 51 % des Endenergiebedarfes der EU Anlagen mit niedrigeren Temperaturniveaus (Nieder-
zur Wärme- und Kälteversorgung aufgewendet 1. Um temperaturnetze) und innovativen Systemkonzepten
die ambitionierten Pariser Klimaziele zu erreichen, ist wie z.B. in Salzburg-Lehen stellen eine neue Generation
daher eine vollständige Dekarbonisierung der Wärme- von Fernwärmesystemen dar.
und Kälteversorgung erforderlich. Innovative Konzepte Fernkälte ist sowohl in Österreich als auch in Europa
für Wärme- und Kältenetze werden dabei als Schlüssel- stetig wachsend, sodass sich die gelieferte Fernkälte in
technologie betrachtet. Durch intelligente Vernetzung den letzten zehn Jahren von 25 GWh auf 147 GWh
von Erneuerbaren und Abwärmequellen, Speichern, knapp versechsfacht hat 2. Die installierte Fernkälte-
Wärmeabnehmern und durch Kopplung mit anderen leistung betrug 2017 134 MW. Dies liegt an gestiegenen
Energieversorgungsnetzen (Strom, Gas) und Infra- Komfortanforderungen im privaten und kommerziellen
strukturen (Abwasser, Abwärme) wird eine Steigerung Bereich und an steigenden Jahresmitteltemperaturen.
der Gesamteffizienz sowie eine Reduktion des Primär-
energiebedarfes erzielt. Damit ermöglichen sie den Kalte Fernwärme / Anergienetze
Übergang zu einem dekarbonisierten, effizienten, Bei Kalter Fernwärme ist die grundlegende Idee, durch
nachhaltigen und fossilfreien Energiesystem. sehr niedrige Temperaturniveaus (< 35°C) niedrigexer-
In der österreichischen Energieversorgung spielt Fern- getische Wärmequellen wie NT-Abwärme, Geothermie,
wärme eine zentrale Rolle und deckt hier bereits 26 % Oberflächengewässer, Grundwasser, Abwasser oder
des nationalen Wärmebedarfs (Stand 2017). Die Energie- NT-Solarthermie in Kombination mit dezentralen
versorgung der Wärmenetze hat sich mit dem Ziel der Wärmepumpen nutzbar zu machen sowie Transport-
Reduktion von CO2 -Emissionen in den letzten Jahren verluste fast vollständig zu eliminieren. Diese Systeme
stark geändert. Der Anteil biogener Brennstoffe konnte werden häufig mit flexiblen Systemtemperaturen
insbesondere durch eine Vielzahl an Biomasse-Nah- (5 -35°C) betrieben und als hydraulisch ungerichtetes
wärmenetzen von knapp 8 % Anfang der 1990er Jahren Netz mit ring- oder maschenförmiger Topologie aus-
auf 46 % im Jahr 2016 erhöht werden. Der Anteil von geführt. Aufgrund der niedrigen Systemtemperaturen
Kohle und Öl ist in diesem Zeitraum von knapp 50 % kann über dieselbe Infrastruktur nicht nur Wärme,
auf nunmehr 10 % gesunken 2. Das Temperaturniveau sondern auch Kälte bereitgestellt werden. Wobei die
mit dem Fernwärmenetze in Österreich bzw. in Mittel- Kälteversorgung gleichzeitig einen Energieeintrag
europa betrieben werden, bewegt sich zumeist zwischen bedeutet und z.B. zur Regeneration von saisonalen
80 und 120°C Vorlauftemperatur. Die Rücklauftem- Speichern dient.
peraturen liegen vorwiegend zwischen 50 und 70°C 3.20 | 21
Verrohrung des Hauptversorgungsstrangs des Anergienetzes FGZ Zürich ABBILDUNG 2
Quelle: anex Ingenieure AG865010
Herausforderung und Zielsetzung
Aufgrund des intelligenten Systemdesigns werden Damit man von Kalter Fernwärme als planbare,
Jahresarbeitszahlen von 4 bis 5 und trotz hoher Massen- technisch/wirtschaftlich/ökologisch beurteilbare und
ströme ein vertretbarer Pumpstrombedarf erreicht. langfristig betreibbare Systemlösung sprechen kann,
Weitere Vorteile sind sowohl die Möglichkeit unge- gilt es noch eine Vielzahl an speziellen technischen
dämmte Kunststoffrohrleitungen einzusetzen sowie und methodischen Fragestellungen zu lösen.
ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich der Integra-
tion neuer Quellen, Senken und Speicher an nahezu Beispiele dazu sind:
_ Systematische Konzeption, Planung und
beliebiger Position im System.
(Langzeit-) Beurteilung
Vorreiter in Sachen Kalter Fernwärme ist die Schweiz. - Funktionstaugliche und umsetzbare technische
Hier sind bereits mehrere Anergienetze zur Wärme- Systemlösungen für wechselnde Rahmen-
und Kälteversorgung auf Basis von Abwärme bzw. ge- bedingungen
speist von Abwasser- oder Seewasserwärme in Betrieb - Aussagen über daraus resultierende Energiepreise
bzw. in Planung. - Untersuchung und Optimierung von Betriebs-
Beispielsweise wird im Südwesten von Zürich ein Wohn- weisen und Regelungsstrategien
_ Methoden zur ganzheitlichen Simulation
viertel im Eigentum der Familienheimgenossenschaft
Zürich (FGZ) teilweise über ein Anergienetz versorgt. - Zeitlich hochaufgelöst, dynamisch
Jährlich werden in dem Quartier der FGZ rund - Jahressimulationen und ggf. Langzeiteffekte
32 - 33 GWh für Heizung und Warmwasser benötigt, (z.B. Erdsondenfelder/Speicher)
wovon 2017/18 bereits 23 % durch das Anergienetz ge- - Simulation der komplexen hydraulischen
deckt wurde. Das Anergienetz wird laufend ausgebaut Verhältnisse (ungerichtetes System)
und soll mittelfristig das gesamte Quartier versorgen. - Simulation des Gesamtsystems Erzeuger-Speicher-
Zwei große Datencenter nutzen das Netz zur Rückküh- Verteilung-Abnahme (inkl. Wärmepumpen und
lung und speisen so gleichzeitig Wärme in das System ggf. Gebäude)
ein. Erdsondenfelder dienen als saisonale Speicher und - Gleichzeitiger bzw. alternierender Wärme-/
ergeben im Jahresmittel eine ausgeglichene Energiebi- Kälteversorgungsbetrieb
_ Systematische und zeitabhängige Analyse relevanter
lanz. Die Temperaturen im Netz schwanken zwischen
27°C zu Beginn und 7°C zum Ende der Heizperiode. Rahmenbedingungen und deren Auswirkungen
Projektpartner anex Ingenieure GmbH ist maßgeblich auf das System
_ Analyse von Flexibilitätspotenzialen in Hinblick
an der Entwicklung, dem Monitoring und dem wei-
teren Ausbau dieses Netzes beteiligt. Know-How und auf Sektorkopplung mit dem Stromnetz
Praxiserfahrungen aus erster Hand stehen dadurch für
die Arbeiten im Projekt DeStoSimKaFe zur Verfügung. Übergeordnetes Ziel des Projektes ist es daher, die
Anwend- und Umsetzbarkeit innovativer und nach-
Weitere Projekte im Bereich kalter Fernwärme wurden haltiger Wärme- und Kälteversorgung auf Basis kalter
bereits in Schweden, Deutschland und Wien umgesetzt. Fernwärme zu ermöglichen bzw. zu erhöhen. Um22 | 23
3D-Modell eines Anergienetzes mit Energiezentralen, Einspeisern und Erdspeichern ABBILDUNG 3
Abnehmer
Einspeiser
Erdsondenfelder
LLE Quellen
UE
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Fleiter, T.; Steinbach, J.; Ragwitz, M. et al. (2016): Mapping and analyses for the current and future (2020 - 2030)
heating/cooling fuel development (fossil/renewables) – Executive Summary. Brussels: European Commission,
DG Energy https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/Summary%20WP1%20and%20WP2.pdf
2 FGW, WKO, 2018, Gas und Fernwärme in Österreich, Zahlenspiegel 2018.
3 Robbi, S., 2013: LowEx-Fernwärme: Vergleichende Bewertung von Maßnahmen für eine effizientere
multifunktionale Fernwärmeversorgung, Dissertation, TU Dresden865010
das zu erreichen, erfolgt die Entwicklung komplexer Versorgungsgebiete, Rahmenbedingungen und
technischer Systemlösungen und methodischer und Anwendungsfälle übertragbar ist und womit maßge-
simulationstechnischer Grundlagen für die Konzep- schneiderte Systemlösungen konzipiert und berechnet
tion, Planung und langfristige Bewertung solcher werden können. Über die Simulation werden Key Per-
Systeme. Weiters wird ein stochastisches Modell für formance Indicators ermittelt, welche in die Bewertung
die Langzeitbewertung von Systemlösungen auf Basis der verschiedenen Netzkonzepte einfließen.
variierender Rahmenbedingungen und externer Sze- Mit Hilfe eines simulationstechnisch abgebildeten
narien entwickelt. Aufbauend auf den erarbeiteten virtuellen Stadtquartiers im Simulationstool IDA-ICE,
Systemlösungen und der technisch/ökologischen verschiedenste Rahmenbedingungen in Hinblick auf
Bewertung werden maßgeschneiderte Produkte und Typ, Alter oder Nutzungsart von bis zu 1.500 Einzel-
Dienstleistungen für kalte Fernwärme erarbeitet, die gebäuden zu generieren und mit verschiedenen noch
dann in eine ökonomische Bewertungsmethode ein- zu erarbeitenden Systemkonzepten zu kombinieren.
fließen.
Dies ermöglicht es auch, zeitliche Veränderungen
Konzeption und Simulation technischer sowohl auf der Konsumenten- als auch auf der Produ-
Systemlösungen zentenseite, wie beispielsweise zeitlich variable Besie-
Der Projektpartner anex Ingenieure AG hat zeitlich delungsdichten, Renovierungsraten, Auswirkungen
hochaufgelöste Betriebsdaten eines Anergienetzes von Klimaveränderungen auf Heiz- und Kühlbedarf
für das Projekt zur Verfügung gestellt. Diese dienen und veränderliches Nutzerverhalten abzubilden. Die
als Basis für die Entwicklung und Validierung eines entwickelten deterministischen Simulationsmodelle
ersten dynamischen Simulationsmodels in der Simu- bilden die Grundlage für die spätere stochastische
lationsumgebung Dymola/Modelica. Des Weiteren Langzeitbewertung von Wärmenetzen sowie die Unter-
werden die Daten für eine Analyse des aktuellen suchung und Definition von Flexibilitätspotenzialen.
Betriebsverhaltens und möglicher Optimierungs- Dies ist in Hinblick auf einen gezielten und auf das
potenziale genutzt. Das Simulationsmodell ist bereits Stromnetz bzw. den Strompreis abgestimmten Betrieb
lauffähig und wird nun hinsichtlich Detaillierungs- der Wärmepumpen von hoher Relevanz und kann zur
grad der einzelnen Systemkomponenten schrittweise signifikanten Reduktion der Energiegestehungskosten
verbessert. Weitere Komponenten wie beispielsweise führen.
verschiedene Wärmequellen, Speicher- und Hydraulik-
konfigurationen werden ergänzt und getestet. Das Projekt im Kontext aktueller Forschung
Mit dem Modell wurden bereits zwei Varianten des Die Energieraumplanung ist eine Schlüsselkomponente
Netztes erstellt. Zum einen der zum jetzigen Zeitpunkt bei der Entwicklung und Konzeption zukünftiger und
bestehende Ausbau des Netzes ohne Ringschluss (in bei der Erweiterung/Optimierung bestehender Energie-
Abb. 3 Blauer Strang), sowie ein Endausbauzustand systeme. Die im Projekt geplante Entwicklung von
des Netzes mit Ringschluss (in Abb. 3 Blauer und stochastischen Langzeitevaluierungsmethoden bieten
roter Strang). Interaktionsmöglichkeiten mit GIS-basierten Analyse-
und Darstellungsverfahren, wie aktuell bereits am
Auf Basis dieser Messdaten, Praxiserfahrungen und Beispiel des virtuellen Stadtquartieres vorgezeigt wird.
abgeleiteten Simulationen wird ein weiterführendes Anergienetze im Bereich von Smart Cities haben eine
Simulationspaket entwickelt, welches auf andere besondere Bedeutung für den intelligenten, gebäude-24 | 25
Z I TAT
„ Die Dekarbonisierung der Wärme- und Kälteversorgung ist von großer Wichtigkeit und
dringlicher denn je. Anergienetze erschließen bislang ungenutzte Wärmequellen mit
niedrigem Temperaturniveau und können Wärme sowie Kälte mit der gleichen Infrastruktur
leitungsgebunden zur Verfügung stellen. Die fast vollständige Reduktion der Netzverluste,
die neuartige Systemarchitektur, die hohe Systemflexibilität in Hinblick auf die Integration
neuer Quellen und Senken sowie Kurz- und Langzeitspeicher und die Interaktionsmöglich-
keiten mit dem Stromnetz stellen weitere herausragende Systemvorteile dar.
Damit Kalte Fernwärme verstärkt angewendet werden kann, bedarf es eines tieferen Ver-
ständnisses des komplexen Systemaufbaus und dessen spezifischen Eigenschaften, um
diese Systeme technisch und wirtschaftlich optimal einsetzen zu können. Die Entwicklung,
Simulation und Optimierung unterschiedlicher Systemvarianten unter wechselnden Rahmen-
bedingungen ist daher ein zentraler Arbeitstask im Projekt.“ DIE PROJEKTLEITER865010 übergreifenden Energieaustausch, der thermischen In der Sektorkopplung wird eine holistische Betrach- Vernetzung von Gebäuden und die Nutzung lokaler, tung und Vernetzung einzelner Systeme zu einem regenerativer Energiequellen. Über das gleiche Versor- optimierten Gesamtsystem angestrebt. gungssystem kann auch eine ökologisch nachhaltige Des Weiteren wird die Integration von großen Anteilen Gebäudekühlung zur Verfügung gestellt werden. Mit von Erneuerbaren gefördert, welche für die Dekarbo- saisonalen Speichern werden Erzeugungsspitzen im nisierung der Energiesysteme ausschlaggebend sind. Sommer zu den Lastspitzen im Winter transferiert Mit Anergienetzen steht eine ideale Verbindungs- und sogar Wärmeeinträge aus der Kälteversorgung technologie zwischen Wärme- und Stromnetz zur nutzbar gemacht. Verfügung, die hohe Flexibilität bereitstellt. DREI GUTE GRÜNDE FÜR DAS PROJEKT _ Anergienetze können einen entscheidenden Beitrag zur Dekarbonisierung der Fernwärme und -kälte TOP 3 der Erschließung bislang ungenutzter Wärmequellen leisten und helfen, die gesteckten Klimaziele zu erreichen. _ Es fehlen detaillierte Methoden zur Konzeption und Bewertung maßgeschneiderter Systemkonzepte für verschiedenste Rahmenbedingungen. Diese müssen entwickelt werden, um die Anwendbarkeit Kalter Fernwärmesysteme zu erhöhen. _ Komplexe Energiesysteme in urbanen Gebieten hängen stark von dynamisch veränderlichen Faktoren ab. Es ist daher entscheidend, Einflüsse von Langzeitentwicklungen (z.B. Klimawandel) zu untersuchen und deren Auswirkungen zu bewerten.
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Projektleitung: ROBERT SÖLL, PATRICK REITER
Gesellschaft für Solarinstallation und Design mbH (SOLID GmbH)
Big Solar Konzept für Feldbach inkl. Auslegung und Simulationsergebnisse ABBILDUNG 1
des techno-ökonomischen Optimum
Kollektorfeld Feldbach
28.438 m²
Saisonalwärmespeicher
99.000 m³ Nachheizung
30–95°C 90°C
60°C
20°C
20–60°C Absorptions- 8MW 85°C
75–90°C wärmepumpe
Systemertrag: 14.826 MWh/Jahr
Solarer Deckungsgrad: 46%PROJEKTNUMMER: B772169
Big Solar Feldbach
Saisonalspeicher in Kombination mit Solarthermieanlage und Wärmepumpe für das Fernwärmenetz Feldbach
Projektbeschreibung Innovationscharakter
Im Rahmen des Klima- und Energiemodellregion Auf technischer Ebene hat dieses Projekt insofern
Leitprojekts „Big Solar Feldbach“ wurde die techno- erheblichen Innovationsgehalt, da durch die Er-
ökonomische Einbindung von Solarthermie und eines weiterung der erwähnten Systemkomponenten das
Saisonspeichers für das Fernwärmenetz Feldbach Fernwärmesystem zusätzliche Freiheitsgrade gewinnt,
untersucht. welche neue Betriebsweisen ermöglichen. In den
Übergeordnetes Ziel der Studie war es, ein erneuer- österreichischen Fernwärmenetzen gibt es bislang noch
bares Systemkonzept (mit den Kernkomponenten keine saisonalen Wärmespeicher, diese sind jedoch un-
Saisonspeicher, Solarthermie, Wärmepumpe) zu ent- abdingbar um den Anteil erneuerbarer (solarer) Wärme
wickeln, das den größtmöglichen Anteil an erneuer- in Wärmenetzen in Zukunft wesentlich zu erhöhen
barer Wärme im Fernwärmenetz (Gesamtsystem) sowie ihre Flexibilisierung voranzutreiben.
garantiert und gleichzeitig wirtschaftliche, rechtliche
und gemeindespezifische Randbedingungen erfüllt. Big Solar-Konzeptbeschreibung
Antragsteller und Projektverantwortlicher des Leitpro- Das Big Solar-Konzept ist ein innovatives System-
jektes war das Solartechnikunternehmen Gesellschaft konzept zur erneuerbaren Versorgung der Fernwärme
für Solarinstallation und Design mbH (SOLID), das durch Solarwärme. Die Schlüsselkomponenten des
für die Entwicklung des Systemkonzepts sowie die Systems bestehen aus drei Haupttechnologien, ein
übergeordnete Projektabwicklung verantwortlich war. solarthermisches Kollektorfeld, einen Saisonspeicher
Des Weiteren wurden der lokale Energieversorger und und einer Absorptionswärmepumpe.
Fernwärmebetreiber die Energie Steiermark Wärme Solarwärme wird entweder direkt oder über einen
GmbH, die in der Stadt Feldbach ansässige Lokale saisonalen Wärmespeicher, der je nach Temperatur-
Energieagentur, der KEM Manager des Mittleren niveau wiederum direkt oder über eine thermisch
Raabtals Ing. Karl Puchas, Verantwortliche der Stadt- angetriebene Wärmepumpe (Absorptionswärmepumpe)
gemeinde Feldbach sowie das dänische Planungsbüro in das Fernwärmenetz einspeist. Das System kann
PlanEnergi miteingebunden. das ganze Jahr über Wärme mit max. 85°C liefern.
Die enge Zusammenarbeit mit den Projektpartnern Die Wärmepumpe wird einerseits genutzt um die
und die frühzeitige und kontinuierliche Einbindung niedrigeren Temperaturen des Speichers, wenn dieser
lokaler Stakeholder in den Prozess sollte sicherstellen, schon zum Teil entleert wurde, zu hebeln und ins
dass die Bedürfnisse aller Beteiligten berücksichtigt Fernwärmenetz einzuspeisen und andererseits um die
werden und eine mögliche spätere Umsetzung best- Temperaturen im Speicher weiter zu senken um somit
möglich vorbereitet werden kann. mehr Solarwärmekapazität bereitzustellen. ZusätzlichSie können auch lesen
