Foto: Frontansicht des Biohofs Achleitner

Urban district heating extended - Flexibilisierung und Dekarbonisierung urbaner Fernwärmesysteme

Entwicklung innovativer urbaner Fernwärmeversorgungssysteme durch Integration von Langzeitwärmespeicher, (Groß-)Wärmepumpe, solarthermische Großanlage, Abwärme und simulationstechnischer Analyse und Bewertung. Das Ergebnis dient als Vorbild für Technologieauswahl und Einsatzreihenfolge neuer urbaner Fernwärmeversorgungsgebiete.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation/Motivation

Die netzgebundene Wärmeversorgung birgt erhebliche CO2- und auch Kostenreduktionspotentiale bei der Deckung des Wärmebedarfs, insbesondere im urbanen Umfeld. Eine netzgebundene Wärmeversorgungsinfrastruktur ermöglicht die hydraulische Einbindung unterschiedlichster (auch hybrider) Wärmeumwandlungstechnologien, industrieller und kommunaler Abwärme und thermischer Speicher. Hierdurch kann der Einsatz fossiler Brennstoffe minimiert bzw. substituiert werden, lokale Wertschöpfung gesteigert und die Flexibilität des Energiesystems erhöht werden.

Die Betreiber städtischer Fernwärmeversorgungssysteme, vor allem Betreiber erdgasbefeuerter KWK-Anlagen, sind gegenwärtig mit dem Problem konfrontiert, dass eine wirtschaftliche Fernwärmebereitstellung aufgrund externer Rahmenbedingungen zunehmend erschwert wird. Die Strompreisentwicklung sowie schwankende Preise für Gas und andere fossile Energieträger stellen hier einen erheblichen Unsicherheitsfaktor dar. Daher sind Lösungsansätze für neuartige Fernwärmekonzepte, die möglichst unabhängig von Energieträgerimporten betrieben werden können und die bestenfalls zusätzlich Systemflexibilität bereitstellen, essentiell wichtig.

Inhalte und Zielsetzungen

Im gegenständlichen Projektvorhaben werden innovative technische Konzepte für eine Erweiterung urbaner Fernwärmeversorgungssysteme entwickelt und simulationstechnisch analysiert. Zielsetzung ist, durch intelligente hydraulische Integration u.a. der Komponenten Langzeitwärmespeicher, (Groß-)Wärmepumpe und solarthermische Großanlage eine flexible Fernwärmebereitstellung zu ermöglichen und die Anteile erneuerbarer Energieträger als auch die Deckungsanteile aus Abwärmenutzung signifikant zu steigern. Konkret wird für drei charakteristische Fernwärmeversorgungsgebiete unterschiedlicher Größe (Wien, Klagenfurt, Mürzzuschlag) und mit unterschiedlichem Erzeugungsportfolio in der Grund-, Mittel- und Spitzenlastversorgung ermittelt, welche Anlagenkonfiguration und Einsatzreihenfolge einen techno-ökonomisch optimalen Erzeugungsmix zur Folge hat.

Methodische Vorgehensweise

Die für diese ganzheitlichen Analysen der drei Fernwärmeversorgungsgebiete erforderlichen Methoden und Simulationswerkzeuge auf Komponenten- und Systemebene werden entwickelt (zB in Dymola, TRNSYS) und validiert. Basierend auf den vorhandenen Systemen werden unterschiedliche technische Konfigurationen (zB Solarthermie + Wärmepumpe + Langzeitspeicher) und Einsatzreihenfolgen simuliert und bewertet. Die Ergebnisse und Erkenntnisse der Untersuchungen werden auch hinsichtlich der Übertragbarkeit auf andere urbane Fernwärmeversorgungsgebiete bewertet.

Erwartete Ergebnisse

Im Rahmen dieses Projektes werden neuartige Fernwärmekonzepte entwickelt, die einen hohen Grad an Flexibilität sowie Anteil Erneuerbarer aufweisen. Die Konzepte sind simulationstechnisch unterbaut und erlauben eine technische und ökonomische Optimierung basierend auf lokalen, technischen sowie ökonomischen Randbedingungen.

Hierfür sind neu entwickelte Simulationsmodelle für unter anderem Langzeitwärmespeicher, Absorptionswärmepumpe notwendig sowie neue Algorithmen zur mathematischen Modellierung und techno-ökonomischen Optimierung von integrativen Fernwärmesystemen.

Diese Konzepte werden auf Basis von 3 Anwendungsbeispielen entwickelt und die Resultate übertragen auf andere urbane und kleinstädtische Fernwärmeversorgungsgebiete, um dort auch zur Anwendung zu kommen.

Schematische Darstellung des gegenständlichen Komponentenverbundes aus Langzeitwärmespeicher, (Groß-)Wärmepumpe (Absorptions- und Kompressionswärmepumpe) und Solarthermie mit Kopplung an ein bestehendes Fernwärmesystem mit Industrieabwärme und Heizkraftwerk (Quelle: AEE INTEC und S.O.L.I.D. GmbH)

Erläuterung

Hochtemperaturschiene - zum Beispiel:

  • Fernwärme-Transportleitung,
  • Fernwärme-Verteilnetz,
  • Hochtemperatur (Industrie-) Abwärme,
  • Austreiberkreis Absorptionswärmepumpe,
  • Fernwärmespeicher (druckbehaftet) Lade- und Entladekreis;

Nieder-/Mitteltemperaturschiene - zum Beispiel:

  • Fernwärme Niedertemperaturnetz,
  • Niedertemperatur (Industrie-) Abwärme,
  • Solarkreis,
  • Verdampferkreis Wärmepumpe,
  • Langzeitspeicher Lade- und Entladekreis

Projektbeteiligte

Projektleitung

AEE – Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC)

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

  • S.O.L.I.D. Gesellschaft für Solarinstallation und Design mbH
  • Technische Universität Graz - Institut für Wärmetechnik
  • Wien Energie GmbH
  • STW Stadtwerke Klagenfurt AG
  • Stadtwerke Mürzzuschlag Gesellschaft m.b.H.

Kontaktadresse

Dr. Ingo Leusbrock
Feldgasse 19
A-8200 Gleisdorf
Tel.: +43 (3112) 5886-261
E-Mail: i.leusbrock@aee.at
Web: www.aee-intec.at

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