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Kurztitel: DEZENTRAL
Förderkennzeichen: 03ET1039A, 03ET1039B, 03ET1039C
Status: Abgeschlossen
Laufzeit: 06/2011 bis 03/2015
Themen: Energieplanung für Städte, Dezentrale Energieerzeugung, Wärmenetze & Kältenetze, Solare Wärme, Lastmanagement
Standort: Fernwärmenetz der Stadtwerke Düsseldorf
Innovation: Untersuchung einer multifunktionalen Nutzung von Fernwärmenetzen, Erprobung dezentraler Einspeisung und Entwicklung einer kombinierten Hausanschluss- und Netzeinspeise-Station.

Quintessenz

  • verschiedene Varianten für die Übergabetechnik Solarthermie-Fernwärme wurden untersucht
  • im Mai 2015 startete die Erprobungsphase im Fernwärmenetz der Stadtwerke Düsseldorf       
  • Entwicklung einer kombinierte Hausanschluss- und Netzeinspeisestation
  • Auswirkung einer dezentralen Einspeisung auf Primärnetze, Sekundärnetze und Low-Ex-Netze aus?

Die multifunktionale Nutzung von Fernwärmenetzen könnte schon mittelfristig ein wichtiger Schritt hin zu einer emissionsarmen Wärmeversorgung sein. In einem Forschungsprojekt untersuchten AGFW, Solites und TU Dresden die technischen Auswirkungen einer dezentralen Einspeisung solarer Wärme. Verschiedene Einbindungsvarianten werden zurzeit im Rahmen des Folgeprojekts SWD.SOL im Fernwärmenetz der Stadtwerke Düsseldorf erprobt.

Projektkontext

In diesem Forschungsprojekt werden die technischen und ökologischen Auswirkungen dezentraler Einspeisung mit Hilfe gekoppelter Simulationen untersucht. In der Folge werden Anforderungen an die Systemkomponenten definiert und neuartige Techniken und Systemlösungen entwickelt. Im Projekt beschränkte man sich auf die Solarthermie, weil sie für die Einspeisung in Wärmenetze besonders hohe Anforderungen stellt. Solare Wärme ist eine nicht oder nur bedingt regelfähige Energiequelle mit hohen Lastwechselsituationen von 0 bis 100 Prozent im Tagesgang.

Netzstruktur Primärnetz – 2. Generation

© TU Dresden

Netzstruktur Sekundärnetz – 3. Generation

© TU Dresden

Netzstruktur Low-Ex Netz - 4. Generation

© TU Dresden

Forschungsfokus

Die multifunktionale Nutzung von Fern- und Nahwärmenetzen könnte bereits kurz- und mittelfristig nennenswerte Beiträge zur Realisierung einer emissionsarmen Wärmeversorgung liefern. Bisher fehlen jedoch detaillierte thermohydraulische Untersuchungen für das Netz und die Anlagentechnik an den Koppelstellen dezentraler Einspeiser/Fernwärmenetz bzw. Speicher/Fernwärmenetz. Diese Zusammenhänge werden nun untersucht. Übergeordnetes Ziel ist eine funktionsfähige, versorgungssichere, effiziente und wirtschaftliche Gesamtlösung.

Die Solarthermie wird als mögliche dezentrale Wärmequelle herangezogen, da sie hinsichtlich der Einspeisung in Wärmenetze besonders hohe Anforderungen stellt. Es handelt sich bei solarer Wärme um eine nicht oder nur bedingt regelfähige Energiequelle mit Lastwechselsituationen von 0 bis 100 Prozent im Tagesgang. Die Applikation auf dezentrale Einspeiser mit geringerer Dynamik ist dann vergleichsweise einfach möglich.

In diesem Forschungsprojekt werden mit Hilfe gekoppelter Simulation drei Netztypen auf die Auswirkungen einer dezentralen Einspeisung analysiert: Primärnetz (2. Generation), Sekundärnetz (3. Generation), Low-Ex-Netz (4. Generation).

In diesen Netzen werden unter der Vorgabe, einen störungsfreien Netzbetrieb sicherzustellen, folgende technologische Teilaspekte untersucht:

  • Wärmenetz (thermodynamisches Verhalten, Netzhydraulik, Einspeisepunkte, Lastwechsel, Wärmeverluste)
  • Solaranlage (Dimensionierung, Regelverhalten, Lastwechsel, Lastgänge, Sicherheitstechnik)
  • Wärmespeicher (Dimensionierung, Nutzungsprofil, Standort)
  • Übergabetechnik (Varianten, Jahresprofile und Lastanforderungen, Pufferspeicher, Druckhaltung)

Die Ergebnisse der Simulation werden an einem Emulations-Teststand validiert. Anhand der Ergebnisse erfolgt die Ableitung technischer und konzeptioneller Anforderungen an die Netzeinspeisestation sowie an eine kombinierte Netzeinspeise- und Übergabestation (Werkstoffwahl, Sicherheitstechnik, Wasserqualität). Hinzu kommen grundsätzliche Empfehlungen für Planungs- und Betriebsführungskonzepte.  Die Anforderungen zur Einspeisung solarer Wärme sollen auf andere regenerative Energiequellen übertragbar sein. Dazu dient auch die Ermittlung von Standardisierungspotenzialen.

Die im Projektverbund erarbeiteten theoretischen Grundlagen für Wärmenetze mit dezentralen Einspeisern hoher Dynamik eröffnen auch neue Entwicklungsmöglichkeiten für bereits bestehende zentrale Wärmenetze. Sie sind Basis für die Konzeption zukunftsfähiger multifunktionaler Wärmeversorgungssysteme. Projektbegleitend wird eine Pilot-Hausanschluss- und Netzeinspeisestation (HANEST) durch die TU Dresden konzipiert und getestet.

Funktionsmuster der von der TU Dresden entwickelten kombinierten Hausanschluss- und Netzeinspeisestation (HANEST)

© TU Dresden, GEWV

Ansicht des Teststands für die kombinierte Pilot-Hausanschluss- und Netzeinspeisestation (HANEST)

© TU Dresden, GEWV

Die multifunktionale Nutzung von Fernwärmenetzen birgt große Potenziale zur Realisierung einer emissionsarmen Wärmeversorgung: Kollektorfeld der Großanlage in Büsingen.

© AGFW, Huther

Performance

Der EnEff:Wärme Forschungsverbund „Dezentrale Einspeisung in Nah- und Fernwärmesysteme am Beispiel der Solarthermie“ untersuchte seit 2011 die technischen und ökologischen Auswirkungen dezentraler Einspeisung mit Hilfe gekoppelter Simulationen für drei Netztypen der Fernwärmeversorgung. Die Solarthermie wurde aus dem Angebot regenerativer Energien ausgewählt, weil sie an die Einspeisung in Wärmenetze besonders hohe Anforderungen stellt. Denn es handelt sich bei ihr um eine nicht oder nur bedingt regelfähige Energiequelle mit Lastwechselsituationen von 0 bis 100 Prozent im Tagesgang. Zentrale Vorgabe war es, einen störungsfreien Netzbetrieb sicherzustellen. Dazu sollte die Bandbreite für eine erleichterte dezentrale Einspeisung ermittelt werden.

Praxistest im Düsseldorfer Fernwärmenetz

Seit Mai 2015 werden im neuen EnEff:Wärme Verbundvorhaben SWD.SOL verschiedene Einbindungsmöglichkeiten solarer Wärme in das Fernwärmesystem der Stadtwerke Düsseldorf erprobt. Dazu wird in einem Gebäude der Rheinwohnungsbau Gesellschaft Düsseldorf (RWB) ein Messstand errichtet. Auf dieser Grundlage soll bis 2018 ein lokal angepasstes Konzept zur Einbindung solarer Wärme für das Fernwärmesystem der Stadtwerke Düsseldorf entwickelt werden.

Letzte Aktualisierung: 11. April 2017

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