Lösungen zur Flexibilisierung des Fernwärmesektors eindrucksvoll demonstriert

Das Großforschungsprojekt ThermaFLEX zeigt mit konkreten Lösungen, wie die bestehende Wärmeleitungsinfrastruktur effizient genutzt und erweitert werden kann. Anhand von zehn Demonstrationsprojekten wurde mit 28 Partnern in der Steiermark, Salzburg und Wien gezeigt, dass auch großtechnische Umsetzungen in relativ kurzer Zeit möglich sind. Die Ergebnisse wurden im Rahmen eines Abschlussgesprächs am 18. Oktober 2022 von der Projektleitung AEE INTEC in Kooperation mit der Vorzeigeregion Green Energy Lab im neu errichteten Climate Lab in Wien Spittelau vorgestellt.

Die rund 5.600 Kilometer lange Wärmeleitungsinfrastruktur in Österreich soll in Zukunft verstärkt durch erneuerbare Wärme gespeist werden. Fernwärme wird heute überwiegend zentral und in wenigen Anlagen erzeugt. Zur Hälfte werden dafür fossile Energieträger wie Öl, Gas oder Kohle genutzt. Einen großen Anteil bei den erneuerbaren Energieformen hat heute Wärme aus Biomasse. Um den Anteil der erneuerbaren Energien rasch zu erhöhen sowie der regional begrenzten Verfügbarkeit von Biomasse entgegenzuwirken, müssen vermehrt andere Energieträger und Wärmequellen in das Fernwärmesystem integriert werden.

Diese Umstellung und Nutzung lokaler Ressourcen erfordert eine verstärkte Dezentralisierung des gesamten Fernwärmesektors. Durch die daraus resultierende größere Anzahl an Erzeugungsanlagen einerseits und durch beschränkte zeitliche Verfügbarkeiten (Fluktuationen) andererseits steigt der Komplexitätsgrad der Netze.

Erforscht und erprobt wurde das Zusammenspiel unterschiedlicher Komponenten in realen Wärmenetzen. Dabei wurden technische, nicht-technische und systemische Maßnahmen kombiniert betrachtet, in zehn österreichischen Demonstrationsprojekten in kleinen, mittleren und großen Fernwärmeversorgungsgebieten angewandt und bereits in acht Fernwärmenetzen großtechnisch umgesetzt. Hierbei wurde eine große Bandbreite an unterschiedlichen Wärmequellen und Flexibilitäts-Elementen genutzt. Eine zentrale Rolle spielten dabei Wärmespeicher, die Kopplung von Energiesektoren und Infrastrukturen, neue smarte Regelungskonzepte, Großwärmepumpenanwendungen, Solarthermie sowie die Nutzung unterschiedlichster, lokal verfügbarer Abwärmequellen.

Die einzelnen realisierten Demonstrationsprojekte und Maßnahmen werden nachfolgend vorgestellt:

• Abwärmenutzung Therme Wien: Nutzung der im Thermalwasser vorhandenen Abwärme nach der internen Verwendung in der Therme Wien. Die Abwärme des Abwassers wird mittels eines Wärmepumpenkonzeptes in die Wiener Fernwärme integriert. Seit Mai 2022 liefert die Anlage Wärme für rund 1.900 Haushalte.
• Hochtemperaturwärmepumpe Wien-Spittelau: Konzeptentwicklung für die Müllverbrennungsanlage Spittelau. Das Konzept basiert auf der Nutzung der Abwärme aus der Rauchgaskondensation der Verbrennungsanlage als Wärmequelle für eine Hochtemperatur-Wärmepumpe. Der mehrstufige Bauprozess wurde 2022 gestartet.
• Erneuerbare Wärme und Kälte aus Abwasser – Wien Kanal: Am Standort der neuen Firmenzentrale von Wien Kanal wurde die energetische Nutzung aus Abwasser für Heizung und Kühlung realisiert. Dabei wurden innovative Wärmetauscher- und Wärmepumpensysteme für Heizung und Kühlung kombiniert. Die Inbetriebnahme des Gesamtsystems erfolgte im Herbst 2021.
• Virtuelles Heizwerk Gleisdorf: Zentrales Element der Konzeptentwicklung war die Kopplung der Fernwärme mit der kommunalen Kläranlage zur Lieferung thermischer Energie aus dem Abwasser. Die erste Ausbaustufe ist seit Herbst 2022 in Betrieb. Darüber hinaus wurde eine für das Wärmenetz gänzlich neuartige Regelung „das virtuelle Heizwerk“ entwickelt und implementiert.
• Großsolarthermie Mürzzuschlag: In Mürzzuschlag wurde im Jahr 2020 die Integration einer rund 5.000 Quadratmeter großen solarthermischen Anlage in Kombination mit einem 180 Kubikmeter-Speicher für das Wärmenetz demonstriert. Eine Erweiterung um weitere 2.000 Quadratmeter Kollektorfläche sowie zusätzlicher Speicher ist für 2023 geplant.
• 100 Prozent Erneuerbare Fernwärme für Leibnitz: Ausstieg aus der Wärmeversorgung mit Erdgas durch Nutzung von fluktuierender Abwärme aus einem Produktionsbetrieb durch bidirektionale Kopplung zweier Fernwärmenetze. Die Umsetzung erfolgte im März 2021 und wird durch die Entwicklung einer übergeordneten prädiktiven Regelung von Netz- und Erzeugungsanlagen optimiert.
• Modernisierungskonzept Biomasseheizwerk und Wärmepumpenintegration, Saalfelden: Entwicklung eines zweistufigen Modernisierungskonzeptes, wobei Phase 1, die technische Modernisierung des Heizwerks durch Rauchgasrückführung, E-Filter-Integration, Steigerung der Rauchgaskondensation und Einbau eines 150 Kubikmeter-Wärmespeicher, im Herbst 2020 umgesetzt wurde. Phase 2 (Wärmepumpenintegration mit der Rauchgaskondensation als Wärmequelle, modularer CO-Lambda-Regelung, dezentrale Wärmepumpen zur Kapazitätssteigerung) wird noch im Detail ausgearbeitet und ist für 2023 vorgesehen.
• Industrie-Abwärmenutzung Hallein: Diese Maßnahme umfasste die Implementierung einer neuen Absorptionswärmepumpe zur Erhöhung der Abwärmenutzung am Standort von AustroCel in Hallein im Jänner 2020.

Parallel wurden hochintegrierte Planungs-, Umsetzungs- und Betriebsführungsprozesse, wie neue Facetten der Energieraumplanung, Systembewertungen mittels Lebenszyklusanalysen, Methoden zur Nutzer- und Stakeholderintegration sowie umfassendes Anlagenmonitoring im Bereich der Datenanalyse angewandt. Die realisierten Maßnahmen führten zu einer wesentlichen Steigerung des Anteils von erneuerbarer Energie sowie zur Dekarbonisierung und Diversifizierung des jeweiligen Fernwärmesystems.

„Klimafreundliche und nachhaltige Lösungen in der Fernwärme sind die Basis für eine intelligente Wärmeversorgung der Zukunft. ThermaFLEX hat dafür durch die integrierte Betrachtungsweise auf Systemebene kombiniert mit der Nutzung neuer Methoden sehr viele wichtige Ergebnisse und Erkenntnisse geliefert. Neben den bereits erfolgten großtechnischen Umsetzungen sind die entwickelten Elemente und Lösungen sowie die generierte Wissensbasis für eine breite Ausrollung weit über ThermaFLEX hinaus verfügbar und können nun in zahlreichen nationalen, aber auch internationalen Wärmenetzen weitergeführt und angewandt werden“, erklärt Projektleiter Joachim Kelz von AEE INTEC.

Mit einem Projektvolumen von rund 4,6 Millionen Euro war das Forschungsprojekt ThermaFLEX eines der bisher größten Projekte im Rahmen des Programms „Vorzeigeregion Energie“ des Klima- und Energiefonds und das bisher größte im österreichischen Fernwärmesektor.

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Joachim Kelz