Heizen im großen Stil

Technik

Trend - 2012 wurden bundesweit rund 1.000km Rohrleitungen neu installiert. Immer mehr Anbieter setzen beim Fernwärme-Ausbau auf innovative Energieumwandlungstechnologien mit nachwachsenden Rohstoffen.

05. November 2013

Ein interessantes Beispiel liefern die Stadtwerke Bad Windsheim. In der fränkischen Kurstadt kommt die Fernwärme für die Franken-Therme nach eigenen Angaben »natürlich aus einer bäuerlichen Biogasanlage«. Das 1999 eingeweihte Kur- und Kongress-Centrum KKC wurde von Beginn an von den Stadtwerken versorgt über ein BHKW nebst Gas-Spitzenkessel. Mit der Therme kam 2005 ein Biomasseheizwerk dazu, das den stark erhöhten Wärmebedarf zu 80% aus der Verbrennung von Holzhackschnitzeln gewann. Die Restwärme stammte aus Erdgas, bis im zweiten Bauabschnitt das Biogas dazukam.

Das BHKW und die Biogasanlage stehen etwa 500m entfernt in einem Gewerbegebiet. Betreiber ist die Bio-Energie Bad Windsheim, ein Zusammenschluss örtlicher Bauern. Im Januar 2007 startete die Wärmelieferung der Landwirte an die Stadtwerke und damit an die Franken-Therme. Und seither produziert das Jenbacher-BHKW »bis zu 549 kW Strom und 530kW Wärme mit einem Ausnutzungsgrad von 90Prozent«, wie Bio-Energie-Geschäftsführer und Mit-Gesellschafter Volker Goller berichtet.

Netz mit angeschlossener Kältemaschine

Jedes Jahr etwa 8.500 Stunden lang. »Die Zusammenarbeit mit den Stadtwerken ist sehr gut«, lobt der Geschäftsführer den gemeindlichen Energieversorger. So wird auch ein Salzsee ganzjährig beheizt: 750m2 im Freien, der Rest liegt unter einer Glaskuppel. Die Sole wird mit Thermalwasser erzeugt, das durch einen Salzstock 200m unter der Erde gepumpt wird. Doch die natürliche Wärme reicht für die zugesagte Wassertemperatur von knapp 30°C nicht aus.

Eine Absorptionskältemaschine im benachbarten Hotel sorgt im Sommer für relativ konstanten Wärmeverbrauch über das ganze Jahr. Deswegen ist auch gerade einmal ein 60.000-Liter-Pufferspeicher neben dem Heizwerk zu finden. Im Lauf der Zeit konnten die Stadtwerke in Bad Windsheim auch weitere Verbraucher an das Nahwärmenetz Nord anschließen, darunter ein Schulzentrum, 800m vom KKC entfernt, sowie eine Lebenshilfe-Einrichtung.

Doch das Versorgungsnetz ist trotz 10.000MWh Wärmeerzeugung im vergangenen Jahr überschaubar: Gerade mal 3.000m Gas- und Wärmeleitungen sind verlegt. Laut Stadtwerke gibt es lediglich 5 bis 10% Netzverluste. Alle Leitungen sind den Angaben zufolge aus Stahl, die Vorlauftemperatur liegt bei 95°C im Winter, die Rücklauftemperatur meist bei 65°C.

N-ergie investiert in Heizkraftwerk

Innovative Fernwärmetechniken kommen aber auch in Netzen zum Einsatz, die bereits lange Tradition aufweisen. So wird in der Stadt Nürnberg die Fernwärme seit über 75 Jahren ständig weiter ausgebaut. Jüngstes Beispiel: Der Zwei-Schichten-Wärmespeicher aus Stahl, der zurzeit auf dem Gelände des Nürnberger Heizkraftwerks (HKW) Sandreuth entsteht. Gut 70m hoch wird er sein, einen Durchmesser von rund 26m und einen Wasserinhalt von etwa 33.000m3 haben.

Das Wasser im unteren Bereich des Behälters solle auf bis zu 100°C aufgeheizt werden, oben verhindere eine Schicht kälteren Wassers den Übergang in Dampf, heißt es beim Energieversorger N-ergie. Der Wärmespeicher ist der aktuelle Versuch, »die Erzeugungsprozesse im Heizkraftwerk und den Wärmeverbrauch künftig zeitlich zu entkoppeln«, begründen die Betreiber das 17-Mio.-Projekt. Denn bislang ist die Stromerzeugung von der Wärmeerzeugung abhängig.

Das war gerade bei der erdgasgefeuerten GuD-Anlage des HKW mit zwei Turbosätzen ein Problem. Die geben je 136MW thermische Leistung ab. Wohin also mit der Wärme, wenn in der Übergangszeit zu wenig Abnehmer am Netz sind? Denn das Prinzip der wärmegeführten KWK hält die N-ergie hoch. Kälte wird hierzulande aus der Fernwärme noch nicht wirklich viel gewonnen. Auch wenn Wulf Binde vom Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung bestätigt: »KWK-Wärme zur Kälteerzeugung ist in Verbindung mit Sorptionskältemaschinen eine verfügbare Technik.«

Dass die N-ergie bislang wenige Kunden am Netz hat, die ihre Kälte aus Wärme erzeugen, begründet Thomas Egenhöfer von der zuständigen Netzgesellschaft des Unternehmens mit den für den Betrieb von Absorptionskälteanlagen erforderlichen hohen Vorlauftemperaturen. Ein Anschluss sei deshalb nicht an allen Stellen des Fernwärmenetzes möglich.

Wie hoch der Anteil von Fernkälte an der Fernwärme ist, ist unklar. Das größte Netz in Deutschland ist in Berlin. Größere Kältenetze gibt es auch in Chemnitz und München. Fest steht jedoch: Es wird immer mehr. Denn Fernkälte hilft zum Beispiel auch, die Volllaststunden der Heiz- und Blockheizkraftwerke von Stadtwerken zu steigern, speziell in den Sommermonaten. Ein Beispiel guter Zusammenarbeit zwischen Industrie und Stadtwerk ist nach Angaben der Arbeitsgemeinschaft Fernwärme (AGFW) die Wärmeversorgung der Crailsheimer Firma Voith Turbo; sie erfolgt über ein BHKW und Heizwerke der örtlichen Stadtwerke. Voith wiederum kühlt den Betrieb über eine mit Fernwärme betriebene, kaskadierende und modulierende 140-kW-Adsorptionskältemaschine.

Geringe Netzverluste

Nach Angaben der AGFW wurden im Bundesgebiet 2012 rund 1.000km Rohrleitungen für Fernwärme oder Fernkältenetze neu installiert. Ein deutliches Zeichen, dass immer mehr Stadt- und Gemeindewerke in das Geschäft mit Fernwärme einsteigen. Leitungsnetze, die nur durch eine Wohnanlage oder Siedlung verlaufen und wenige Kilometer lang sind, werden oft Nahwärmenetze genannt. Doch tatsächlich sind auch solche kleineren Netze nach der gültigen AGFW-Definition Fernwärme.

Gut 10% Wärme geht in den Leitungen üblicherweise verloren. Das ist vergleichbar mit den Stromverlusten auf der Übertragung vom Kraftwerk zum Verbraucher. Damit es nicht mehr wird, haben viele Betreiber wie zum Beispiel N-ergie deshalb große Teile ihres Fernwärmenetzes mit Leckortungssystemen ausgerüstet, die eine frühzeitige Erkennung und Beseitigung von Leckagen ermöglichen, sagt Netz-Fachmann Thomas Egenhöfer. Beim Leitungshersteller Isoplus werden heutzutage nach eigenen Angaben in den Rohrstangen und allen Formstücken werkseitig zwei farbcodierte Überwachungsdrähte eingeschäumt. »Werden diese an geeignete Messgeräte angeschlossen, können Leckagen oder andere Rohrdefekte frühzeitig erkannt und lokalisiert werden«, so das Unternehmen.

Mit Hilfe geeigneter Meldegeräte wird laut Isoplus eine kontinuierliche Überwachung der gesamten Rohrleitungsstrecke auf Durchfeuchtung und Rohrschäden ermöglicht, und zwar nicht im Muffenbereich, sondern auf jedem Meter der Rohrtrasse. Bei neu verlegten Rohren werden etwa 90% überwacht, so Isoplus.

Grundsätzlich sind die Rahmenbedingungen für Fernwärme nach Betreiberangaben insbesondere im dichtbesiedelten städtischen Raum aufgrund der Anforderungen aus dem EEWärmeG besonders günstig. »N-ergie hat sich zum Ziel gesetzt, den durch Energieeffizienzmaßnahmen einerseits und steigende Jahresdurchschnittstemperaturen anderseits entstehenden Verbrauchsrückgang zu kompensieren und so den wirtschaftlichen Betrieb der Netze und der Erzeugungsanlagen gewährleisten zu können«, sagt Thomas Egenhöfer zu den Zukunftsplänen der Fernwärme in Nürnberg.

Dieses Ziel sei aufgrund des hohen Kundeninteresses in den letzten Jahren übererfüllt worden. Durch eine Verdichtung am bestehenden Netz sollen vorhandene Potenziale möglichst gut ausgenutzt werden. Verdichtung und mehr Verbrauch über das ganze Jahr: Das ist vor allem in jenen Fernwärme-Netzen wichtig, deren große Heizkraftwerke oder GuD-Anlagen in der Leistung nicht so schnell regelbar sind und damit nicht flexibel auf Bedarfsänderungen reagieren könnten.

Holzvergaser-BHKW im Kommen

Gerade für kleine Dorf- und Siedlungsnetze kommt jedoch immer mehr die Kombination mehrerer Holzenergienutzungstechnologien in Frage: Holzvergaser-BHKW zur Grundlast- und Hackschnitzel- oder Holzpelletkessel zur Spitzenlastabdeckung. Im Sommer lieferte die Firma Burkhardt aus Mühlhausen in der Oberpfalz nach eigenen Angaben den hundertsten V3.90-Container mit einem Holzvergaser-BHKW-aus.

Einer davon steht im Wunsiedler Ortsteil Schönbrunn, wo er für die Fernwärme des Dorfes sorgt.

Zahlenmäßiger Marktführer bei Holzvergaser-BHKW ist nach eigenen Angaben die Firma Spanner Re2 aus dem niederbayerischen Neufahrn. Der Gasmotor soll insgesamt 30.000 Betriebsstunden halten. Demnach wäre alle vier bis fünf Jahre ein Austausch nötig. Das HK30-Aggregat leistet nach Unternehmensangaben 30kW elektrisch und 80kW thermisch, der große Bruder HK 45 jeweils 50% mehr.

Noch nicht serienmäßig am Markt ist das Holzgas-BHKW der Ligento Green Power aus Fürth. Es ist mit 120 bis 140kW Elektro- und 250kW Wärme-Leistung ähnlich groß wie das von Burkhardt, setzt jedoch auf Hackschnitzel. Seit sechs Jahren experimentiert die Tochter der französischen Nass-&-Wind-Gruppe an Holzvergasern. Ein Vorserien-Exemplar läuft seit Anfang 2013 im Landkreis Bamberg. Jetzt sieht sich Geschäftsführer Thomas Tschaftary am Ziel: Der Ligentoplant in Containern zur Außenaufstellung funktioniere zufriedenstellend im Dauerbetrieb.

Deshalb werden nun mehrere dieser Anlagen gebaut. Einen Holzvergaser-Typ, über den schon lange stark diskutiert wird, hat der Erlanger Universitätsprofessor Jürgen Karl maßgeblich mitentwickelt: Die sogenannte Heat-Pipe-Vergasertechnologie der TU München. Bereits 2006 bekam die Erfindung eine Anerkennung des Bayerischen Energiepreises der Staatsregierung. Zwei Firmengruppen, die Bio-Age und die HS International in Freising sowie die Agnion Energy und Entrade Energiesysteme aus Pfaffenhofen, wollen aus dem TU-München-Patent serienreife Produkte entwickeln.

Trend zur Doppelrohr-Leitung

Fernwärmeleitungen können entweder einzeln verlegt werden oder Vor- und Rücklauf gemeinsam in einem Isolationsmantel. Nach Angaben der Rohrherstellers Rotec in Erlangen setzen gerade neue Versorger verstärkt auf Doppelrohr-Leitungen. Solche Leitungen mit Vor- und Rücklauf in nur einer Isolationshülle seien leichter zu montieren. Doppelrohrleitungen sind bis zu einem Durchmesser von 200mm lieferbar.

Heinz Wraneschitz

Erschienen in Ausgabe: 09/2013