„Intelligentes Nahwärmenetz“ im Unterschied zum „Konventionellen Nahwärmenetz“

(4.1.2022) Im Bereich der Nahwärmeversorgung etabliert sich ein neuer Begriff: „Intelligentes Nahwärmenetz“. Dabei handelt es sich um einen Sammelbegriff, der im Unterschied zum „Konventionellen Nahwärmenetz“ berücksichtigt, dass aufgrund geringerer Heizlasten moderne Gebäude nicht mehr zwingend mit hohen Vorlauftemperaturen versorgt werden müssen.

Im oberbayrischen Dollnstein, dem Firmensitz von Ratiotherm, realisierte der Wärme- und Speichertechnologiespezialist 2014 eines der ersten „Intelligenten Nahwärmenetze“ Deutschlands, welches die 3000-Einwohner-Gemeinde seither mit nachhaltiger Wärme versorgt. (alle Fotos © Ratiotherm) 

Beim „Konventionellen Nahwärmenetz“ liegt die Vorlauftemperatur ganzjährig zwischen 60 und 85°C. Die Wärmeerzeugung läuft meist über BHKW, Biomasse, Gas- oder Ölfeuerungen; Wärmepumpen finden bei diesen Temperaturniveaus kaum Anwendung. Im Sommer ergeben sich hohe Verlustleistungen, da meist sehr wenig Abnahme innerhalb des Netzes (nur Trinkwasserbereitung) stattfindet. Viele Netze laufen über die Sommermonate daher defizitär und müssen die Wärmepreise nach oben korrigieren. Durch die geringe Wärmeabnahme kommt es auch immer wieder zu Problemen in der Temperaturspreizung innerhalb des Netzes, was sich wiederum negativ auf die Erzeuger auswirken kann.

Beim „Intelligenten Nahwärmenetz“ können verschiedene Temperaturniveaus - je nach angestrebter Netzstrategie - gefahren werden. Zudem zeichnet das Nahwärmenetz eine zukunftsflexible Erzeugerstrategie aus: Die zentrale Sammlung von Umweltwärme, Erzeugung und Verteilung ist charakteristisch für ein „Intelligentes Nahwärmenetz“. Es bietet Nutzern eine Vielzahl an Vorteilen: Primär handelt es sich um ein zukunftsoffenes System, sowohl was den Herstellungsprozess der Wärme als auch deren Verbrauch betrifft. Ein Beispiel: Derzeit ist die KWK mittels BHKW noch populär. Bei politischen Anpassungen der Rahmenbedingungen oder technischen Neuerungen kann das BHKW gestrichen und die neue, zumeist effizientere Energiequelle eingesetzt werden.

Eine von vielen Möglichkeiten: In dieser Heizzentrale werden mit Hilfe von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Strom und Wärme produziert. Das Erd-/Biogas-Blockheizkraftwerk (links) liefert dabei auch die notwendige elektrische Antriebsenergie für die dezentralen Wärmepumpen, respektive Übergabestationen. 

Gerade Gebäude mit einem höheren Energiebedarf oder auch Bestandsgebäude können über diese Technik versorgt werden. Auch Mischgebiete aus Neu- und Bestandsbau sind „Versorgungskandidaten“. Grundsätzlich ist weniger Strom notwendig als im reinen Quellnetz, da die Wärmepumpen weniger Hubarbeit verrichten müssen und in einem besseren Betriebspunkt arbeiten (höherer COP). Die Eigenstrom-Erzeugung bzw. Ei­gen­wärme-Produktion ist auf Nutzer- bzw. Betreiberseite problemlos möglich.

Unterschiedliche Umsetzungsstrategien eines „Intelligenten Nahwärmenetzes“

Kalte Strategie: Die ganzjährige Vorlauftemperatur liegt bei 8 bis 12°C, dadurch kommt es kaum zu Wärmeverlusten im Netz. Durch den Einsatz von ungedämmten Rohrleitungen kann „auf dem Weg zum Endabnehmer“ zusätzlich noch Energie aufgenommen werden, was die Erschließung der eigentlichen Quelle (Sondenfeld, Grundwasserbrunnen, etc.) günstiger macht. Dafür ist aber relativ viel Strom für den Betrieb dezentraler Wärmepumpen notwendig, was den Stromnetzausbau vor Probleme stellen kann. Diese Netze nutzen ausschließlich Umweltwärme auf geringem Temperaturniveau und können nicht durch zusätzliche Energieträger unterstützt werden. Bestandsgebäude können in der Regel nicht mit eingebunden werden, da die Heizlasten zu hoch sind.

Kalt/warm Strategie: Im Winter wird das Netz auf eine Vorlauftemperatur von 60 bis 85°C gefahren, wie ein klassisches Netz. Damit kann die Heizlast der Gebäude komplett abgedeckt werden. Das Warmwasser wird ebenfalls und ausschließlich über die Nahwärme direkt erzeugt. Ab einer wärmeren Außentemperatur als ca. 12°C wird das Netz auf Sommerbetrieb umgeschaltet und läuft mit einer Vorlauftemperatur von 10 bis 30°C. Die Vorwärmung der Netztemperatur passiert über eine Heizzentrale mit Solarthermie oder andere Energiequellen (BHKW, Hackschnitzel, etc.). Der große Vorteil: Die solarthermische Komponente kann maximiert werden. Die Warmwasserbereitung und eventuelle „Rest-Heizlasten“ in der Übergangszeit übernimmt die dezentrale Wärmepumpe innerhalb jedes einzelnen Gebäudes. Ideal geeignet für diesen Netz-Typ sind Mischbebauungen (Neubau + Bestand), da die Heizlasten im Winter unabhängig von der Leistung der Wärmepumpe nahezu beliebig hoch sein können - denn die Wärmeübertragung geschieht mit einer klassischen Fernwärme-Übergabestation.

Übergabestation, bestehend aus einer integrierten „kleinen“ Wärmepumpe und einem Warmwasserspeicher

Gleitende Strategie: Bei dieser Strategie wird die Vorlauftemperatur im Nahwärmenetz immer in Abhängigkeit von der Außentemperatur gehalten, fließend bzw. gleitend zwischen 10 und 50°C - vergleichbar mit der Heizkurve einer Zentralheizung. Die Gebäude müssen so beschaffen sein, dass diese Temperatur zur vollständigen Beheizung ausreicht, die Übertragung geschieht mittels Übergabestationen innerhalb der hierfür spezialisierten Wärmepumpen (Bild rechts). Die Warmwassererzeugung übernimmt die in jedem Gebäude dezentral platzierte Wärmepumpe ganzjährig, wobei die Vorwärmung des Brauchwassers durch die Nahwärme realisiert wird. Die Wärmeerzeugung des Netzes erfolgt in einer Heizzentrale aus einem Mix aus Solarthermie, BHKW und klassischen Feuerungen (Biomasse, Öl, Gas). Die gleitende Strategie ist primär für den Neubau geeignet.

In der Siedlungswirtschaft bzw. -politik gelten „Intelligente Nahwärmenetze“ derzeit als eine der zur Zeit effizientesten und spannendsten Formen der Energieversorgung von Gebäuden. Dabei erfüllen diese Versorgungskonzepte je nach Netzausprägung bereits die Anforderungen an die Sektorenkopplung. Die Umsetzung eines solchen Areals und der Erfolg hängen allerdings stark von den Rahmenbedingungen ab - sei es technisch oder rechtlich. Dies sorgt bei vielen potenziellen Betreibern für ein zögerliches Entscheidungsverhalten. Teilweise ist auch die Unwissenheit bei vielen politischen Entscheidern zu diesem Thema eine große Hürde. Doch gerade in jüngster Zeit hat sich etwas getan hinsichtlich der Lobbyarbeit für diese Form der Nahwärmenetze. So sind diverse attraktive staatliche Förderungsprogramme aufgelegt worden, welche dem Thema nochmal einen positiven Schub geben.

Darüber hinaus zeugen aktuelle Marktstudien und Meinungsumfragen von dem öffentlichen Interesse an den regenerativen Versorgungsnetzen und dem steigenden Verständnis in den Entscheiderkreisen. Zunehmend werden auch die Versorgungsnetze als privates Investment beliebter. Viele Energie-Genossenschaften und Bürgerinitiativen suchen in dieser Technologie die Möglichkeit, das Geld des „kleinen Mannes“ gewinnbringend zu investieren, da viele andere Investments nicht mehr so lukrativ erscheinen. Doch das sind alles (nur) angenehme Nebeneffekte.

Weitere Informationen zu „Intelligenten Nahwärmenetzen“ können per E-Mail an Ratiotherm angefordert werden.