„nachhaltige technologien 02 | 2023"

Ziel der Städtische Werke AG Kassel ist es, zunächst bis 2025 die Kohle vollständig durch Klärschlamm- und Altholzverbrennung zu substituieren. Wärmebedarfsentwicklung Der Gesamt-Wärmeverbrauch in Kassel wurde in Sze- narien auf das Jahr 2030 projiziert. Hierfür wurden unterschiedliche Einflussgrößen berücksichtigt, wie zum Beispiel Wohnflächenentwicklung, Effizienz- standards und -maßnahmen, die Entwicklung der Wertschöpfung und Energieintensität in Industrie und Gewerbe. Eine Analyse dieser Einflussgrößen zeigt, dass die Gebäudesanierungsrate und Sanie- rungstiefe die wesentlichen Treiber für die Reduktion des Verbrauchs darstellen. Aus den gewählten, ambi- tionierten Annahmen ergibt sich für das Jahr 2030 eine Wärmebedarfsreduktion von rund 17 Prozent gegenüber dem Referenzwert. Wärmebereitstellungspotenziale Das durch die Städtischen Werke Kassel ermittelte Potenzial zur Nutzung von Müll, Reststoff und Klär- schlamm in der Fernwärmeversorgung entspricht ca. 27 Prozent des projizierten Kasseler Wärmebedarfs 2030. Damit ließe sich die derzeitige zentrale Kohle-, Heizöl- und Erdgasverbrennung vollständig substitu- ieren und die Fernwärmeversorgung trotz des Wär- meverbrauchsrückgangs sogar noch etwas ausbauen. Durch den Abgleich von geeigneten Wärmenetzge- bieten und Wärmebereitstellungspotenzialen wurde für 2030 ein geeigneter Fernwärme- und Nahwärme- anteil ermittelt (siehe Tabelle). Die Trassenlänge des Fernwärmesystems wird nach dem Szenario gegen- über dem Status quo ungefähr verdreifacht. Für die Fernwärmebereitstellung nehmen Fluss- wasser- und Abwasser-Wärmepumpen eine große Rolle ein. Ein geringerer Fernwärmeanteil ent- fällt auf Abwärmenutzung aus Industrie und Ge- werbe, großflächige Solarthermieanlagen sowie Spitzenlastabdeckung zum Beispiel durch Biogas (siehe Abb. 1, rechte Säule). Für die dezentrale, gebäudeindividuelle Wärme- versorgung und für Nahwärmeversorgungssysteme wurden Potenziale zur Installation von Erdsonden betrachtet und die Anzahl nötiger Wärmepumpen und deren Stromverbrauch abgeschätzt. Szenario: 48 % Fernwärme, 12 % Nahwärme In Abbildung 2 ist die saisonale Verteilung des Wärmeverbrauchs-Szenarios für 2030 dargestellt. Der Wärmebedarf wurde durch ein synthetisches Standardlastprofil auf Stundenbasis modelliert und basiert auf einem durchschnittlichen Außentempe- raturprofil für den Standort Kassel. Wegen des ab- nehmenden Raumheizungsbedarfs wurde zusätzlich berücksichtigt, dass der Wärmeverbrauch im Winter stärker absinkt als im Sommer. Das Lastprofil enthält Anteile für die dezentrale (grau), Nahwärme- (hell- grau) und die zentrale (farbig) Versorgung. Für die Heizkraftwerke wurden im Jahresverlauf kon- stante thermische und elektrische Wirkungsgrade angenommen. Die Groß-Wärmepumpen wurden ebenfalls auf Stundenbasis mit temperaturabhän- gigen Arbeitszahlen abgebildet. Die Wärmeein- speisung in Speicher und Wärmenetz folgt festen Prioritäten. Saisonaler Wärmespeicher Aufgrund hoher sommerlicher Wärmeüberschüsse insbesondere aus der Müll- und Klärschlammver- brennung ist neben dem erheblichen Ausbau des Fernwärmenetzes die Bereitstellung ausreichender saisonaler Speicherkapazitäten erforderlich. Die Wärmeeinspeisung in das Wärmenetz und die Be- und Entladung eines mit Wasser gefüllter Erd- beckenspeichers wurden mit vereinfachten python- basierten Energiebilanzmodellen berechnet. Bei den gewählten Randbedingungen ergibt sich dafür ein notwendiges Speichervolumen von ca. 810.000 m³. Die Speichergröße hängt jedoch stark von den gewählten Parametern ab, wie zum Beispiel der Verfügbarkeit eines Energieträgers zur Deckung der Spitzenlast, der notwendigen Altholzbei- mischung zur Klärschlammverbrennung und der Berücksichtigung unterschiedlicher sommer- und winterlicher Bedarfsabsenkung. In Abbildung 2 ist der in den Saisonalspeicher geleitete Wärmestrom unterhalb der Nulllinie der y-Achse dargestellt. Um die Speicherkapazität zu erhöhen, wird eine Wär- mepumpe berücksichtigt, die bei Bedarf den unteren Speicherbereich abkühlt und den oberen erwärmt. Wärmebereitstellung bezogen auf den Gesamt-Wärmebedarf in Kassel (2030) Fernwärme 48% Nahwärmenetze 12% Gebäudeindividuelle Versorgung 40% Anteil der Energieträger/Technologien für die Fernwärme Müll, Reststoff und Klärschlamm 27% Fluss- und Abwasserwärmepumpen 18% Abwärme, Solarthermie, Spitzenlast 3% Gesamt Fernwärme 48%