SWD.SOL

05/2015 – 04/2018 (3 Jahre)

312.000 EUR (nur Solites)

Fernwärme, die in hocheffizienter Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) erzeugt wird, stellt eine umweltfreundliche Methode zur Gebäudebeheizung, Warmwasserversorgung und zur Bereitstellung von Prozesswärme dar. In Zeiträumen mit hoher Stromerzeugung durch erneuerbare Energien wird der Betrieb von KWK-Anlagen jedoch zunehmend unwirtschaftlich. Die über bestehende Verträge zugesicherte Fernwärmelieferung müsste dann über Spitzenkessel erzeugt werden. Hier setzt das vorliegende Forschungsvorhaben an. Die dezentrale Einbindung von Wärmeerzeugern auf der Basis erneuerbarer Energien kann eine klimaschonende Ergänzung zur konventionellen KWK bieten. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll insbesondere die technische Machbarkeit einer solchen Einbindung am Beispiel einer mittelgroßen Solarthermieanlage untersucht werden.

Bisher gibt es in Deutschland noch keine Beispiele für eine Einspeisung dezentral erzeugter Solarwärme in ein großes Fernwärmebestandsnetz. Zum Nachweis der Machbarkeit soll ein Prototyp für die Kombination einer Solaranlage und einer Fernwärmeübergabestation mit Rückspeisemöglichkeit in das Netz entwickelt werden, wobei die besondere Herausforderung besteht, die eingespeiste Wärme bezüglich Druck und Temperatur den wechselnden technischen Bedingungen des Netzes anzupassen.

Sind diese technischen Voraussetzungen erfüllt, sollen die Auswirkungen der dezentralen solaren Erzeugung auf das Gesamtsystem mit zentralen KWK-Anlagen, Spitzenlastkessel, Fernwärmenetz und angeschlossenen Kundenanlagen untersucht werden. Der Fokus liegt dabei auf den folgenden Fragestellungen: Welche Wärmepotentiale wären erschließbar? Wie kann solare Fernwärme die KWK-Erzeugung so ergänzen, dass ein Maximum an Primärenergieeinsparung und Energieeffizienz erreicht wird? Welche Wirtschaftlichkeit ergibt sich für den Fernwärmenetzbetreiber und den Solaranlagenbetreiber aus möglichen Geschäftsmodellen?

Unter Berücksichtigung dieser Faktoren kann die solar erzeugte Fernwärme einen wichtigen Beitrag zur Primärenergie- und CO2-Einsparung auch in bestehenden Fernwärmenetzen leisten.

BMWi, FKZ 03ET1269C

• Steinbeis Forschungsinstitut Solites
• Stadtwerke Düsseldorf AG
• Rheinwohnungsbau GmbH
• AGFW – Projektgesellschaft für Rationalisierung, Information und Standardisierung mbH
• Umweltamt Landeshauptstadt Düsseldorf (begleitend)

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten der Einspeisung von Solarwärme in Fernwärme am Beispiel des Fernwärmesystems der Stadtwerke Düsseldorf AG mit einem hohem Praxisbezug zu demonstrieren und damit die Entwicklungsmöglichkeiten für die deutsche Fernwärmebranche unter den zukünftigen Randbedingungen der Energiewende aufzuzeigen. Das Vorhaben adressiert insbesondere den technischen Aspekt der multiplen Wärmeeinspeisung in Fernwärmenetze. Hierzu werden neuartige Konzepte angewandt, innovative Einzelkomponenten erprobt und ein Messprogramm zur Betriebsoptimierung und Evaluierung durchgeführt.

Der Arbeitsplan umfasst folgende Phasen und Arbeiten:

• Auf der Basis einer eingehenden Grundlagenermittlung und Analyse bisheriger Praxiserfahrungen werden die im Vorhaben zu untersuchenden Konzepte zur Einspeisung von Solarwärme in große Fernwärmenetze festgelegt.
• In einem geeigneten Gebäude der RWB wird ein In-Situ-Messstand für die Erprobung unterschiedlicher Übergabestationen für die solare Einspeisung errichtet. Unterschiedliche Pilot-Übergabestationen werden unter Praxisbedingungen erprobt und gemessen.
• Basierend auf Simulationsrechnungen werden die Einspeisekonzepte und Betriebsweisen optimiert.
• Konzepte zur optimalen Nutzung von Solarwärme im Gesamtfernwärmesystem der Stadtwerke Düsseldorf AG und Aktivitäten zur internationalen Zusammenarbeit werden entwickelt.

Ergebnis des Vorhabens SWD.SOL ist, die technische und organisatorische Machbarkeit des Konzepts der dezentralen Einbindung von thermischen Solaranlagen in bestehende Fernwärmenetze in einer realen Pilotumsetzung im Fernwärmenetz der SWD zu erproben und zu demonstrieren. Insbesondere wird hier die Umsetzbarkeit bei hohen Netztemperaturen und Drücken adressiert. Im Einzelnen sollen folgende Fragestellungen erschlossen werden:

• Entwicklung und Erprobung von unterschiedlichen Einspeisekonzepten; z. B. reine Einspeisung von Solarwärme
• In-Situ-Erprobung und Vermessung solarer Einspeisung in das Fernwärmenetz der SWD mit unterschiedlichen Pilot-Übergabestationen
• Simulationsunterstützte Optimierung und Bewertung der Bau- und Betriebsweisen der Übergabestationen und Einspeisekonzepte für spezifische und verallgemeinerte Betriebsbedingungen
• Entwicklung eines Konzepts zur optimalen Nutzung von Solarwärme im Fernwärmesystem der SWD unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und organisatorischer Aspekte; insbesondere Klärung der Frage, ob eine solare Fernwärmeerzeugung die bestehende hocheffiziente KWK-Wärmeerzeugung sinnvoll (effizient, resourcenschonend und mit einer besseren CO2-Bilanz des Gesamtsystems) ergänzen kann.