„nachhaltige technologien 1|2018“

1 Ruesch, F., Kolb, M., Gautschi, T. & Rommel, M., 2013. Heat and cold supply for neighborhoods by means of seasonal borehole storage and low temperature energetic cross linking. In: Proceedings of the Interna- tional Conference on Clean Technology for Smart Cities and Buildings CISBAT, Lausanne, Switzerland. 2 Ruesch, F. & Haller, M., 2017. Potential and limitations of using low-temperature district heating and cooling networks for direct cooling of buildings. Energy Procedia, 122, p.1099 – 1104. Beispiel Anergienetz Familienheim- Genossenschaft Zürich Die Familienheim-Genossenschaft Zürich hat sich 2011 entschlossen, einen Grossteil ihres Wärmebe- darfs mittels eines Anergienetzes zu decken. Es ist vorgesehen, das Netz in mehreren Bauabschnitten bis zum Jahr 2030 auszubauen. Im Endausbau sollen ca. 2 300 Wohneinheiten mit 5 700 Bewohnern und einem Wärmebedarf von 35 000 MWh versorgt wer- den. Diese Energie wird von mehreren Abwärmeliefe- ranten (hauptsächlich Rechenzentren der Swisscom und der Credit Suisse) zur Verfügung gestellt. Das Abwärmepotenzial im gegebenen Areal beträgt dabei ca. 80‘000 MWh und übersteigt den Wärmebedarf der Genossenschaft bei weitem. Weitere Details zu diesem Netzwerk sind z. B. in 1 gegeben. Im Herbst 2014 ging die erste Bauetappe mit ca. 400 Wohnein- heiten in Betrieb, die nun mit Abwärme aus einem Rechenzentrum und einem Erdsondenspeicher mit 153 Sonden von 250 m Tiefe versorgt werden. Dabei konnte eine Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe von über vier erreicht werden. Dies ist insofern beachtlich, da hauptsächlich Bestandsgebäude mit Vorlauf- temperaturen bis 70°C versorgt werden. Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme der ersten Bauetappe wurde entschieden, eine weitere Bauetappe für 600 weitere Wohneinheiten bis Ende 2019 zu realisieren. Die zweite Etappe befindet sich momentan in Bau. Für die teils modernen Gebäude mit Fussbodenheizung werden nochmals deutlich bessere Jahresarbeitszah- len erwartet. Verfügbarkeit von Niedrigtemperaturquellen essentiell Durch die Einspeisung der Abwärme von Datencentern erreichen die Erdspeicher und somit auch das Netz im Sommer Temperaturen von fast 30°C. Somit können die Erdspeicher für den nachfolgenden Winter er- wärmt werden. Bei der Familienheim-Genossenschaft Zürich liegt der Fokus auf der Wärmebereitstellung für die Gebäude der Wohngenossenschaft. Für Gebie- te mit Fokus auf der Kältebereitstellung eignen sich Netze mit Erdsondenspeichern weniger, weil die Netz- Temperaturen im Sommer für die direkte Kühlung von Gebäuden zu stark ansteigen. Lässt sich eine Seewas- seranbindung realisieren, können ausreichend tiefe Quelltemperaturen erreicht werden, da im Sommer die Temperatur in der Tiefe von grösseren Seen in unseren Breitengraden nur um wenige Grad um ca. 6 - 8°C schwankt 2 . Die Wassertemperaturen können aber im Winter knapp unter 4°C fallen, daher muss der Vereisungsgefahr von Wärmetauschern und Wärme- pumpenverdampfern spezielle Beachtung geschenkt werden. Es können Massnahmen wie die Verwendung von Frostschutz im Netz oder in zusätzlichen Sekund- arkreisen nötig werden. Netze mit Seewasseranbindung eignen sich also speziell für Gebiete bei denen die Kältenutzung im Vordergrund steht. Die Schweizer Seen weisen ein grosses Potenzial für die energetische Nutzung auf und können im Vergleich zu Erdsondenfeldern mit tieferen Kosten erschlossen werden. Daher befinden sich momentan in mehreren Städten wie Zug, Luzern oder Genf grosse Anergienetze mit Seewassernutzung in Planung oder in Bau. Nächste Schritte und Herausforderungen Ein großer Unterschied von Anergienetzen gegenüber herkömmlichen Fernwärmenetzen ist die dezentrale Platzierung der Pumpen und auch der Regelung bei den einzelnen Verbrauchern/Produzenten. Zur Steuerung wurden in den bestehenden Netzen meist einfache, robuste Regelstrategieen eingesetzt. Hier besteht noch Forschungs- undOptimierungspotenzial, denn wenn sich Wärme- und Kälteverbraucher besser aufeinander abstimmen, könnten Wärmepumpen und Kältemaschinen effizienter betrieben und Pumpener- gie eingespart werden. Die beträchtlichen zentralen, aber auch dezentralen Speicherkapazitäten in einem Anergienetz bieten das Potenzial in Kombination mit den Wärmepumpen/ Kältemaschinen flexibel auf Schwankungen der Strompreise reagieren zu können und somit sogar Regelenergie für das elektrische Netz anzubieten. Um diese Effekte besser zu quantifizieren, braucht es sehr detaillierte Modelle und Simulationsprogramme, welche bis jetzt nur zum Teil verfügbar sind. Die Vernetzung von Wärme und Kälteverbrauchern bietet aber nicht nur Vorteile, sondern erzeugt auch Abhängigkeiten. So sind zumindest Netze mit Erdsondenfeldern auf eine saisonal ausgeglichene Bilanz zwischen Be- und Entzügen angewiesen. Die meisten bestehenden Anergienetze wurden von einem großen Verbraucher erstellt und betrieben, der die Energieflüsse kontrollieren kann. Für die weitere Verbreitung von Anergienetzen ist es wichtig, auch Areale mit kleinrämigen Besitzstrukturen zu er- schließen. Dazu braucht es auch neue Tarifmodelle, welche das Zusammenspiel von Wärmeverbrauchern und Abwärmeproduzenten/Kälteverbrauchern über finanzielle Anreize regelt.