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Bevor Energieversorger den volatilen Anteil der Energie in ihrem Fernwärmenetz erhöhen, müssen sie sicherstellen, dass dadurch die Versorgungssicherheit nicht gefährdet wird. Hierbei ist wichtig zu wissen, wie sich die Einbindung volatiler, dezentraler Erzeuger  auf Thermohydraulik und Komponenten auswirkt. Anhand von Simulationen von drei real existierenden Fernwärmenetzen zeigen Forschende im Projekt DELFIN, welche Effekte zu erwarten sind.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Dresden, von Solites und 3S Consult haben unter Leitung der AGFW Projekt GmbH im Verbundvorhaben DELFIN volatile Erzeuger modelliert und in drei unterschiedlich strukturierte Fernwärmenetze integriert.

Fiktives Fernwärmenetz mit dezentral eingebundenen volatilen Wärmeerzeugern.

© AGFW Projekt GmbH

In Simulationsstudien variierten die Projektpartner unter anderem den Anteil an dezentralen Wärmeerzeugern sowie deren Art (Solarthermieanlagen, Strommarkt-orientierte Blockheizkraftwerke) und Größe. Um die thermohydraulischen Einflüsse der Einbindung auf die Beispiel-Fernwärmenetze ermitteln zu können, entwickelten und prüften die Forschenden neue Simulationsbausteine für das Abnehmerverhalten. Für ausgewählte Szenarien bestimmten sie die Veränderungen von Ressourcenverbrauch und CO2-Emissionen.

Die Projektergebnisse sowie die entwickelten Tools helfen Netzbetreibern, die Einbindung dezentraler, volatiler Energiequellen in ihr Fernwärmenetz vorzubereiten.

Ihre Ergebnisse im Forschungsprojekt DELFIN haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kürzlich in einem Abschlussworkshop in Frankfurt vor über 60 Vertretern von Fernwärmeversorgungsunternehmen, Herstellern, Ingenieurbüros und Forschungsinstituten vorgestellt.

Bereits geringe solare Deckungsanteile wirken sich aus

Beim ersten, präsentierten Modell handelt es sich um ein großes, vermaschtes Fernwärmenetz mit 880 MW Anschlussleistung, drei Heizkraftwerken und mehreren Pumpstationen.

Hier wurden per Simulation ein bis zwei große Solarthermieanlagen ohne Speicher eingebunden. Es zeigte sich, dass bereits bei etwa 3 % Anteil der Solarthermie an der Jahreswärmeerzeugung in den Sommermonaten ein Überangebot an solarer Wärme auftreten kann. Dies liegt daran, dass zu dieser Zeit gelegentlich mehr Wärme solar erzeugt wird als über bestehende Leitungen bei konstanten Netztemperaturen und druckseitigen Restriktionen abtransportiert werden kann. Werden die Solarthermieanlagen an anderen Stellen im Wärmenetz realisiert, sind die thermohydraulischen Auswirkungen auf den Netzbetrieb geringer.

Das DELFIN-Netz B verfügt über einen zentralen Wärmespeicher.

© TU Dresden, GEWV

Auch im kleineren Netz G des DELFIN-Projekts traten bei der Simulation lokal hydraulische Effekte auf.

© TU Dresden, GEWV

Das simulierte Netz B verfügt über eine Anschlussleistung von etwa 84 MW sowie einen zentralen Wärmespeicher für das Tageslastmanagement. Bereits bei jährlichen solaren Deckungsanteilen von etwa 9 % an einigen Sommertagen ist hier eine vollständige solarthermische Wärmeversorgung möglich.

Die verschiedenen Simulationen - auch des kleinen, strahlenförmigen Netzes G mit 2,2 MW Anschlussleistung - haben verdeutlicht, dass bereits bei dezentralen Deckungsanteilen ab 3 % lokal hydraulische Effekte auftreten können. Dies zeigt, dass Fernwärmenetzsimulationen bereits im Vorfeld der Planung erforderlich sind.

Sinnvolle Einbindung von dezentralen Speichern

Die Untersuchungen zeigten, dass eine Verdrängung hocheffizienter, zentraler Erdgas-KWK durch Wärme aus dezentralen Strom-orientierten BHKW keine ökologischen Vorteile bringt. Gleichzeitig stellt dies erhöhte Anforderungen an das Fernwärmenetz.

Die Forschenden simulierten neben zentralen Speichern auch die Einsatzmöglichkeiten dezentraler Speicher an den Orten der volatilen Solarthermie-Wärmeerzeugung. Diese können im Fernwärmenetz zur hydraulischen Entlastung in den Zeiten des maximalen Solarertrags beitragen. Trotz erhöhter Investitionskosten für den Speicher können hier noch solare Nutzwärmekosten von 35 bis 40 € / MWh erzielt werden. Bedingung hierfür ist, dass die verschiedenen Fördermöglichkeiten genutzt werden.

Förderkennzeichen: 03ET1358A, 03ET1358B, 03ET1358C
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Letzte Aktualisierung: 14. August 2019

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