Modellierung und Optimierung von Wärmenetzen

Effiziente und bedarfsgerechte Wärmebereitstellung

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© FiW e. V.

Klimaschädliche Emissionen aufgrund fossiler Strom- und Wärmeerzeugung geraten immer stärker in die Kritik. Zur Erreichung der zuletzt im Jahr 2016 im Klimaschutzplan der Bundesregierung festgesetzten Klimaziele, muss der Ausstoß klimaaktiver Emissionen erheblich gesenkt werden. Dies gilt unmittelbar für den Stromsektor. Jedoch muss gerade der Wärmesektor, der dem Stromsektor beim Anteil erneuerbarer, emissionsarmer Energiequellen an der Versorgung deutlich nachbleibt in den kommenden Jahren auch eine umso stärkere Entwicklung durchlaufen. Die umfassende Nutzung regenerativer Energien, auch in der Wärmeversorgung, ist daher eine elementare Notwendigkeit aus Sicht des Klimaschutzes und mit Blick auf die praktische Umsetzung der Energiewende.

Um lokal eine langfristig klimaneutrale und energieeffiziente Wärmeversorgung zu ermöglichen, müssen jedoch Einsatzmöglichkeiten von erneuerbaren Energien, wie bspw. Solarthermie, zur Wärmebereitstellung untersucht werden.

Wärmenetzsysteme der vierten Generation gelten dabei als innovative Wärmeinfrastrukturen die verlust- und temperaturoptimiert ausgelegt sind. Die oftmals veralteten Versorgungsstrukturen sind an die neuen Anforderungen anzupassen, woraus ein hohes Optimierungspotenzial zu erwarten ist. Die Optimierung älterer Wärmenetze und die Digitalisierung von Anlagen und Netzen kann, neben der Reduktion an Emissionen, insbesondere auch ökonomische Vorteile bewirken.

FiW-Leistungen im Rahmen der „Wärme-“Projekte:

  • Lage/Standort-Untersuchung inkl. Abschätzung des individuellen, verbraucherspezifischen Wärmebedarfs
  • Erstellung und Simulation von Wärmenetzmodellen
  • Konzepterarbeitung zur innovativen und nachhaltigen Wärmebereitstellung inkl. Sektorkopplung
  • Konzepterarbeitung zur Kurz- und Langzeitwärmespeicherung
  • Klimaverträglichkeitsbetrachtung
  • Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Mit Hilfe solarer Wärmeerzeugung lassen sich Wärmenetze von heute nicht nur regenerativ, sondern auch CO2-frei und preislich konkurrenzfähig betreiben.

Im Projekt SolNahWal (Solare Nahwärmeversorgung Walheim), eine von der BAFA und der STAWAG geförderten F&E Vorhaben wird bspw. der Neubau eines Wärmenetzes der vierten Generation untersucht. Die durch Solarthermie erzeugte Wärme und die Machbarkeit einer Speicherung in Langzeitwärmespeichern in Verbindung mit Nahwärmenetzen liegen in diesem Projekt im Fokus. Zu diesem Zweck wurde der Wärmebedarf auf Basis von Verbrauchs- und modellierten Gebäudedaten abgeschätzt. Auf dieser Grundlage wurde ein Wärmenetzmodell erstellt und verschiedenen Simulationen zur Optimierung von Temperaturniveau und sich daraus ergebenden Verlusten sowie ein technisches, innovatives und nachhaltiges Erzeugungskonzept erarbeitet.

Ziel und Ausblick

Digitale Wärmenetzmodelle sollen auch bei zukünftigen Neubau- und Ausbaumaßnahmen Anwendung finden. Gleichzeitig bietet die Digitalisierung bzw. die Simulation und Modellierung von bestehenden Wärmenetzen die Möglichkeit, der effizienten und bedarfsgerechten Wärmebereitstellung sowie der kontinuierlichen Optimierung des Netzes auf Basis prädiktiver Netzzustandsuntersuchungen.

Das FiW und seine Projektpartner diskutieren in diversen über Weiterentwicklungen von Mess- und Regelkonzepten sowie über Möglichkeiten zur Sektorenkopplung.