Wärmenetzbenchmark

Planern und Kommunen fehlen – insbesondere im ländlichen Raum – oftmals noch Erfahrungswerte zur erfolgreichen Realisierung von Wärmenetzen, sodass in vielen Fällen vor Wärmenetzen zurückgeschreckt wird. Dabei gibt es im Münsterland bereits einige Wärmenetze. Es stellt sich also die Frage, wie diese Netze betrieben werden. Wie effizient sind sie? Auf welchen Wert können sie ihre Wärmeverluste minimieren und was kann von diesen Netzen für zukünftige, neue Projekte gelernt werden? Zur Beantwortung dieser Fragen wurde im Rahmen von WiEfm die Masterarbeit „Wärmenetzbenchmark – qualitativer Vergleich bestehender Wärmenetze“ erstellt, deren Ergebnisse hier zusammengefasst werden.

Um die Energieeffizienz und die Umweltauswirkungen von Nah- und Fernwärmenetzen zu bewerten, wurden zwölf Wärmenetze im Münsterland detailliert untersucht, ausgewertet und miteinander verglichen. Dazu wurden gemeinsam mit den Betreibern Daten erhoben, aus denen vergleichbare und übertragbare Kennwerte gebildet wurden. Diese lassen sich in zwei Kategorien einordnen. Zum einen wurden Kennwerte gebildet, die das technische System selbst beschreiben, wie der Systemeffizienz, Systemverluste, Anschlussdichte, Netzverluste und Temperaturspreizung. Zum anderen wurden mit den Primärenergie- und Emissionsfaktoren Kennwerte gebildet, die über das technische System selbst hinausgehen und zusätzlich die Vorketten der Energieträger mitberücksichtigen. Anhand dieser Faktoren wurden die Netze untereinander sowie auch mit einer theoretischen, konventionellen Beheizung der Anschlussnehmer verglichen.

Die wichtigsten Erfahrungen und Erkenntnisse:

1. Wärmenetze können sehr effizient und klimafreundlich sein – sie sind es allerdings nicht automatisch.

Zu einem wirklich klimafreundlichen und effizienten Wärmenetz gehört neben einer maßgeschneiderten Auslegung im Vorfeld, vor allem der alltägliche Betrieb durch qualifiziertes Personal, welches das Netz hauptamtlich und engagiert pflegt und optimiert, sowie der Einsatz lokaler, erneuerbarer Energieträger. Ein herkömmliches Netz auf Basis von Erdgasanlagen erreicht keine besseren Werte als individuelle Heizungen.

2. Die systematische Messung und Dokumentation von Energieströmen ist Voraussetzung für ein effizientes Wärmesystem.

Die Identifikation von Einspar- und Optimierungspotenzialen ist nur durch die Messung von Brennstoff-, Strom- und Wärmemengen möglich. Den Netzbetreibern, die diese Daten noch nicht erfassen und dokumentieren, wird empfohlen, dementsprechend nachzurüsten.

3. Der Primärenergiefaktor wird in erster Linie durch die eingesetzten Energieträger und nur weniger durch die Technik und Effizienz bestimmt.

Aus ökologischer Sicht ist daher von einer Wärmeerzeugung aus fossilen Energieträgern in Wärmenetzen abzuraten. Die Wahl des Energieträgers hat in diesem Zusammenhang Priorität vor dem Systemwirkungsgrad.

4. Wärmenetze lassen sich auch in Gegenden mit sehr niedriger Anschlussdichte ökologisch sinnvoll und effizient betreiben.

Die weitläufige Meinung, Wärmenetze lohnten nur in Ballungszentren mit hoher Bebauungsdichte, kann so pauschal nicht bestätigt werden: In dieser Untersuchung hat das Wärmenetz mit der besten Systemeffizienz und einem der besten Primärenergiefaktoren gleichzeitig eine der niedrigsten Anschlussdichten. Das zeigt, dass auch im ländlichen Raum der Betrieb von effizienten und klimafreundlichen Wärmenetzen durchaus möglich und sinnvoll ist.

5. Im Hinblick auf die Energiewende sind Wärmenetze überall dort in Betracht zu ziehen, wo Abwärme oder erneuerbare Energien zur Verfügung stehen, die nicht individuell nutzbar sind.

Biogasabwärme, Industrieabwärme oder großflächige Solarthermie sind Wärmequellen, deren Nutzung in einem Wärmenetz eine höhere Systemeffizienz und einen niedrigeren Primärenergiefaktor erlauben als andere, fossile Versorgungsalternativen.

 Ergebnisse

Im Hinblick auf Wärmeverluste im Netz und auf die Anschlussdichte weisen die untersuchten Netze große Unterschiede auf (Abbildung 1). Bis auf zwei Netze liegen alle im Bereich von Netzverlusten bis zu 32 % und Anschlussdichten bis zu 3,4 MWh/(m·a). Andere Wärmenetze in Dänemark und der Schweiz liegen in einem ähnlichen Bereich, wobei sich diese insbesondere bei Anschlussdichten zwischen 0,8 und 1,8 MWh/(m·a) und Netzverlusten zwischen 10 und 30 % konzentrieren.

Abbildung 1: Anschlussdichten und Netzverluste der untersuchten Wärmenetze sowie von schweizerischen und dänischen Netzen aus ähnlichen Untersuchungen
Abbildung 1: Anschlussdichten und Netzverluste der untersuchten Wärmenetze sowie von schweizerischen und dänischen Netzen aus ähnlichen Untersuchungen

Bei der Gegenüberstellung von Primärenergiefaktor und Systemeffizienz (Abbildung 2) zeigt sich, dass insbesondere der eingesetzte Brennstoff den Primärenergiefaktor bestimmt. Während die Systemeffizienz rechnerisch zwar auch einfließt, hat sie im Vergleich zum Brennstoff eine deutlich schwächere Auswirkung. Insbesondere die Wärmenetze auf Basis erneuerbarer Energieträger weisen niedrige Primärenergiefaktoren auf. Die Systemeffizienz ist zwischen den Netzen unabhängig von Brennstoffwahl sehr unterschiedlich.

2018-04-03 Diagramm PEF
Abbildung 2: Primärenergiefaktoren und Systemeffizienz der untersuchten Wärmenetze

Für die untersuchten Netze wurde ein Benchmark erstellt, in dem jeder gebildete Kennwert mit einem Referenzwert verglichen und die Abweichung dazu beziffert wurde. Die Systemkennwerte wurden dabei auf den besten Wert der untersuchten Wärmenetze in der jeweiligen Kennwertkategorie bezogen, während die Primärenergie- und Emissionsfaktoren jeweils mit den Werten konventioneller, erdgasbetriebener Einzelheizungen verglichen wurden. Insgesamt zeigen sich dabei gute Beispiele im Hinblick auf die Systemeffizienz und auf die Primärenergieeffizienz. Allerdings erreicht nur ein einziges Wärmenetz gute Werte in beiden Kategorien. Sämtliche Netze haben noch Potenzial zur Optimierung. Den Betreibern wurden daher Empfehlungen ausgesprochen, um die Effizienz ihrer Systeme zu steigern und die Primärenergie- und Emissionsfaktoren zu senken.

Ausblick

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen bestätigen, dass Wärmenetze zu einer klimafreundlichen Wärmeversorgung beitragen können. Es sind Primärenergie- und Emissionsfaktoren möglich, die weit unter denen der konventionellen Alternativen liegen. Stehen Abwärme oder erneuerbare Energien zur Verfügung, die nicht individuell genutzt werden können, ist die Wärmeversorgung durch Nahwärmesysteme im Hinblick auf diese Faktoren in Betracht zu ziehen. Während sich zeigt, dass Wärmenetze sogar bei niedrigen Anschlussdichten im ländlichen Raum ökologisch sinnvoll und effizient betrieben werden können, wird jedoch auch deutlich, dass sie nicht grundsätzlich effizienter oder klimafreundlicher sind als konventionelle Systeme. Es ist daher wichtig, während der Auslegung und des Betriebs eines Wärmenetzes alle Effizienzkennwerte aufeinander abzustimmen, zu optimieren und erneuerbare Energieträger einzusetzen, die eine möglichst geringe fossile Vorkette aufweisen.

Download

Eine Zusammenfassung des Wärmenetzbenchmarks als Broschüre können Sie hier herunterladen:

Broschüre: Wärmenetzbenchmark
Broschüre: Wärmenetzbenchmark