"nachhaltige technologien" 1|2020

Konkrete Umsetzungsideen und Pläne als Antrieb Für diese drei beispielhaften Fernwärmever- sorgungsgebiete zeigen sich unterschiedliche Herausforderungen für eine Dekarbonisierung der Systeme. Im Rahmen einer Status quo-Erhebung wurden nicht nur die technischen und ökonomischen Randbedingungen, wie z. B. bestehende Infrastruktur oder Netzpläne erfasst, sondern auch technische, ökologische und ökonomische Anforderungen an spätere Umsetzungen. Hieraus wurden Basis- konzepte durch die intelligente Integration der Komponenten Langzeitwärmespeicher, sowohl Tank- als auch Erdbeckenspeicher, (Groß-)Wärmepumpe und solarthermische Großanlage entwickelt. Mit einfachen Dimensionierungsansätzen und inge- nieurmaßigem Zugang wurden erste technischen Spezifikationen der neuen Systemkomponenten ermittelt und mit den Betreibern der jeweiligen Fernwärmenetze diskutiert und nachgeschärft. Grundlage dieser Diskussionen waren technische Basiskonzepte, unter anderem die Dimensionierung der Hauptkomponenten sowie der energetische Mehrwert. Weiters wurden Wirtschaftlichkeits- abschätzungen und Abschätzungen zu solaren Wärmeerträgen und Systemverlusten, basierend auf Erfahrungswerten, Benchmarks, einfachen und auch simulationsgestützten Berechnungen und Tabellen- kalkulationen, durchgeführt. Diese Bewertungen wurden dann genutzt, um mit den Energieversorgern die vielversprechendsten Szenarien auszuwählen. Anschließend erfolgte eine detaillierte simulati- onstechnische Abbildung der ausgewählten Anwen- dungsfälle. Hierzu kamen im Laufe des Projektes die Simulationstools TRNSYS und Dymola und Weiterent- wicklungen dieser Tools zum Einsatz, teilweise auch in Kombination über einen Co-Simulationsansatz zur ganzheitlichen Betrachtung der Systeme. Diese Vor- gehensweise ermöglichte eine optimierte Dimensio- nierung der Anlagenkonzepte und damit eine Nach- schärfung der Wirtschaftlichkeitsabschätzung sowie die Bewertung von verschiedenen Regelstrategien und Einbindungsmöglichkeiten in ein bestehendes Fernwärmesystem. Auf dem Weg zu 100 % erneuerbare Wärme in Mürzzuschlag Das Fernwärmesystem in Mürzzuschlag steht stell- vertretend für viele Systeme in Österreich. Ein hoher Anteil an Biomasse wird ergänzt mit Gaskesseln für die Wintermonate und zur Spitzenlastabdeckung. Eine besondere Herausforderung ist bei solchen Sys- temen die effiziente Warmwasser-Versorgung in den Sommermonaten sowie eine nachhaltige Substitution des Gasanteils mit erneuerbaren Wärmequellen. In Mürzzuschlag bildet die aktuell laufende In- stallation einer Großsolaranlage von 5000 m 2 in Kombination mit 3 x 60 m 3 Tankspeicher einen Startpunkt für die notwendige Dekarbonisierung des Fernwärmesystems. Bereits diese erste Ausbauphase stellt eine Herausforderung in puncto Einbindung in das bestehende System und der Regelstrategien dar, da die Tankspeicher nicht nur als Puffer für die Solaranlage dienen sollen, sondern bei Bedarf überschüssige Wärme aus dem Netz aufnehmen sollen, um so einen konstanten Betrieb der Biomas- seanlagen zu ermöglichen. Für die Betrachtung von weiteren Ausbauszenarien war darüber hinaus die passende Größe des Speichers in Relation zur Größe des Solarfeldes eine Fragestellung. Beide Komponen- ten sollten aufeinander abgestimmt sein, um mög- lichst geringe thermische Verluste zu erhalten. Die so gefundene Lösung ist aber nicht immer auch die Lösung mit den geringsten Wärmegestehungskosten (siehe Abbildung). Übersicht Kenndaten der untersuchten Fernwärmesysteme in Mürzzuschlag, Klagenfurt und Wien Wärmegestehungskosten des Teilsystems (Solaranlage + Wärmespeicher) unter Berücksichtigung von 30 % Förderung der Investitionskosten der Solaranlage und des Wärmespeichers. Varianten mit Erdbeckenspeicher mit dicken Rahmen dargestellt. 6 5 4 3 2 1 0 Solarer Deckungsgrad in % Verhältnis Speichervolumen Solaranlagengröße in m³/m² 0 % 5 % 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % 35 % 20.000 m 2 15.000 m 2 1.000 m 2 5.000 m 2 Mürzzuschlag Klagenfurt Wien Einwohner 8.856 96.640 1,7 Mil. Kundenanlagen 1.536 (180 Gewerbe, 26.488 6.400 (Großkunden) 1200 Privathaushalte) (Privathaushalte) 330.000 (Privathaushalte) Trassenlänge 14 km 169 km 1.168 km Einspeiseleistung 16 MW th 248 MW th 2.150 MW th Jährl. Wärmeeinspeisung 24,8 GWh 425 GWh 5.374 GWh < 50 Euro/MWh 50-60 Euro/MWh 60-70 Euro/MWh 70-80 Euro/MWh 80-90 Euro/MWh 90-110 Euro/MWh 110 Euro/MWh