Inhalt in myYADOS gespeichert

Datei in myYADOS gespeichert

Es ist ein Fehler beim Merken des Inhalts in myYADOS aufgetreten.

Niedrige Rücklauftemperaturen durch Planungs- und Systemkompetenz in Wärmenetzen

Niedrige Rücklauftemperaturen durch Planungs- und Systemkompetenz in Wärmenetzen

  • Blog
  • Installateur und Planer

Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bietet enormes Potenzial, CO2-Einsparungen und Energieeffizienz von Wärmenetzen zu maximieren. Ihr optimales Leistungsniveau erreichen die Anlagen in einem intelligenten Zusammenspiel aller integrierten Komponenten. Das gelingt dann, wenn Planungsprozess und Komponentenauswahl die spezifischen Anforderungen an das spätere Versorgungssystem effektiv umsetzen.

Um die im Klimaschutzgesetz verankerten Ziele zu erreichen, muss die Wärmewende konsequent vorangetrieben werden. Die zentrale Wärmebereitstellung und -verteilung über moderne Wärmenetze kann hier aus ökologischer und ökonomischer Sicht einen wertvollen Beitrag leisten. Energieversorger, Contracting- Anbieter, Betreiber kommunaler Wohn- und Verwaltungsgebäude sowie Gewerbe und Industrie mit einer hohen Wärmegrundlast profitieren von den technischen und wirtschaftlichen Vorteilen, etwa den günstigeren Wärmegestehungskosten in Heizzentralen. Zudem können vorhandene, zentrale (Ab-)Wärmequellen mit niedrigem Temperaturniveau durch Großwärmepumpen ins Wärmenetz eingebunden werden. Gleiches gilt für große saisonale Speicher mit entsprechend hoher Kapazität, die nur sehr geringe Wärmeverluste aufweisen und Wärme aus Solarthermieanlagen über mehrere Monate bis in den Winter speichern können. Auch hohe Wärmemengen, die beispielsweise über die Tiefengeothermie gefördert werden können, lassen sich effizienter nutzen. Der Einsatz moderner KWK-Technologie hebt zusätzliche Potenziale. In einem langfristig nachhaltigen Energiesystem überzeugt die Leistung der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung bei gleichzeitig maximaler Flexibilität hinsichtlich Anlagengröße und Einsatzart sowohl in zentralen als auch dezentralen Lösungen. Neben der Steigerung des Stromertrags wird die Nutzung industrieller Abwärme möglich. Ein kontinuierlich hoher Wärme- und Strombedarf ist dabei ideal für das Erreichen bestmöglicher Nutzungsgrade der Anlagen. Die außerordentlich gute Brennstoffeffizienz sorgt für eine messbar bessere CO2-Bilanz der gekoppelten Erzeugung gegenüber einer getrennten Erzeugung von Strom und Wärme.
Planung und Auslegung bestimmen die Anlagenwirtschaftlichkeit
Der Grundstein für den späteren wirtschaftlichen und klimaschonenden Betrieb einer KWK-Anlage wird bereits bei der Planung gelegt. Nur ein angemessen dimensioniertes Blockheizkraftwerk (BHKW) kann auch eine effiziente BHKWAnlage sein – und dafür muss ihr Nutzungsgrad möglichst hoch liegen. Eine BHKW-Anlage wird daher über die Volllastbetriebszeit ausgelegt. Diese liegt typischerweise zwischen 4 000 und 5 000 Betriebsstunden im Jahr. Ist ein BHKW auf eine zu hohe Leistung ausgelegt, können die notwendigen Volllaststunden nicht erreicht werden. Bei zu geringen zugrundegelegten Stundenlaufzeiten nehmen in der Folge Verschleiß und Wartungsbedarf der Anlage zu. Strom und Wärme werden dann zu teuer generiert. Ein BHKW wärmegeführt auszulegen, ist meist vorteilhaft. Zum einen schwankt der Wärmebedarf im Tagesverlauf nicht so stark wie der Strombedarf. Zum anderen kann produzierter, ungenutzter Strom in das öffentliche Netz eingespeist werden. Wärmegeführte BHKW werden über die Spitzenlast oder die Grundlast dimensioniert. Ist die Grundlast maßgebend, wird für Spitzenlastzeiten eine zusätzliche Wärmequelle, etwa ein Heizkessel, zugeschaltet.
Effizienz resultiert aus einer belastbaren Datenbasis
Größere (auch kommunale) Unternehmen sind zur Durchführung und Umsetzung von Energieaudits verpflichtet und verfügen folglich über eine solide Datengrundlage, die Aufschluss gibt über den realen Wärmeverbrauch. Diese Informationen bilden die Basis einer anforderungsgerechten Anlagenplanung und -auslegung. Liegt keine belastbare vollständige Datenerfassung zum elektrischen und thermischen Bedarf im Einsatzbereich vor oder fehlt diese gänzlich, stellt dies zuständige Planer – vor allem bei energetischer Modernisierung oder Sanierung im Bestand – vor große Probleme. „Aus unserem Projektgeschäft wissen wir nur zu genau, dass die Effizienzprobleme einer Anlage meist daraus resultieren, dass ohne Datenbasis geplant werden musste, und die Anlage den Anforderungen daher häufig gar nicht entsprechen kann. Was zu Projektbeginn fehlt, kann später teuer werden“, erklärt Sven Mahlitz, Vertriebsleiter Energiesysteme der Yados GmbH. Dies gilt sowohl für überdimensionierte als auch für unterdimensionierte Anlagen. Yados unterstützt Planer und Betreiber deshalb mit fundierten Voranalysen zur Ableitung der technischen Notwendigkeiten neuer oder zu modernisierender Anlagen. Ergänzende, anlagenoptimierende Komponenten, z. B. zusätzliche Wärmeübertrager für weitere Auskopplungen bei der Optimierung eines BHKW, können so planungs- und betriebsseitig eindeutig begründet werden. Spezifische Bedarfsgrößen können durch den Einbau und die Auswertung von Wärmemengenzählern ermittelt werden. Zur „technischen Fehlervorwegnahme“ wird zudem eruiert, wo und wann welcher Abnehmer wieviel thermische Energie verbraucht. Für jeden Heizkreis wird der Wärmelauf gesondert analysiert, um diesen später bedarfsspezifisch bedienen zu können. Eine systematische Analyse sollte auch dann vorgenommen werden, wenn nur einzelne Komponenten einer Gesamtanlage erneuert werden. „Wird beispielsweise ein Heizkessel durch einen Brennwertkessel ohne Kenntnis der bedarfsspezifischen Anforderungen ersetzt, verpufft im schlimmsten Fall der Brennwertnutzen. Das ist aus betriebswirtschaftlicher Sicht ärgerlich und trägt nicht zur Umweltentlastung bei“, so Mahlitz. Für die Analyse selbst wird ein projektspezifischer Zeitrahmen gewählt. Optimal ist eine Datenerfassung über eine Laufzeit von einem Jahr, um sowohl die Lasten der Sommer- als auch der Winterzeit ableiten zu können. Ist dies nicht möglich, sollten Grund- und Spitzenlast zumindest über einen Zeitraum von sechs Monaten erfasst werden, vorzugsweise über die Sommermonate.
Niedrige Rücklauftemperaturen für noch mehr Wirtschaftlichkeit
Yados begleitet Planer und Betreiber bei der Konzeptionierung von Energiezentralen (Bild 1) mit dem Ziel, diese auf den Stand von zukunftsfähigen Effizienzzentralen zu heben. Die Anlagengesamtwirkung steht dabei im Fokus. Dafür wird in modernen Wärmenetzen eine möglichst hohe Spreizung der Vor- und Rücklauftemperaturen bei möglichst niedriger Rücklauftemperatur angestrebt. Sie sind entscheidend für den wirtschaftlichen Betrieb und den Nutzungsgrad des Systems und beeinflussen maßgeblich u. a. die thermische Übertragungskapazität, den Volumenstrom, vorhandene Strömungs- und Wärmeverluste, den Wirkungsgrad der KWK und den elektrischen Pumpenaufwand. „Eine wirksame Optimierung des Rücklaufs setzt die genaue Kenntnis der Verbraucher voraus. Das heißt, wenn wir wissen, welches Temperaturniveau von welchen Abnehmern, etwa in einem Verwaltungs- oder Industriegebäude, benötigt wird, können wir feststellen, ob und wo es ‚Effizienzkiller‘ gibt, die im Betrieb wenig Wärmeenergie fordern und das niedrige Niveau der Rücklauftemperatur dadurch gefährden“, erklärt Mahlitz. Das Gesamtsystem und seine Komponenten werden entsprechend anforderungs- und anwendungsabhängig geplant.
Systemkompetenz: Effizienz ist mehr als die Summe der Komponenten
Standardhydraulik gilt als einfach, verlässlich und für den Regelbetrieb ausreichend. Ein Irrtum der teuer werden kann. Arbeiten die integrierten Komponenten nicht optimal zusammen, ist die Hydraulik nicht ausbalanciert oder werden Rücklauftemperaturen im Kreislauf „zerstört“, kann auch die beste Technologie nicht viel ausrichten, die theoretisch hohen Effizienzpotenziale lassen sich in der Praxis nicht ausschöpfen. Vor diesem Hintergrund gewinnt die objektbezogene Anlagenplanung und -fertigung mit hocheffizienten und gleichzeitig komplexitätsreduzierten Lösungen an Relevanz. Maßgeschneiderte Systemlösungen ermöglichen es, das Leistungsmaximum aus den Einzeltechnologien im Verbund zu erschließen. „Durch Kenntnis der örtlichen, technischen und bedarfsabhängigen Anforderungen können wir passgenaue Anlagen fertigen und liefern“, so Mahlitz. „Gleichzeitig verzichten wir auf das marktübliche Baukastenprinzip und bieten Planern die Möglichkeit, Produkte individuell nach den jeweiligen objektspezifischen Anforderungen und Gegebenheiten zu konfigurieren.“ Für den Energieeffizienzverteiler Yado-Share beispielsweise sind sowohl die Anschlussrichtung als auch die Anzahl der Heizkreise frei wählbar. Die mit zwei getrennten Rücklaufsammlern ausgestattete Maßanfertigung wird exakt nach Planungsvorgaben mit vormontierten Bauteilgruppen, z. B. Drei-Wege- Ventil mit Stellantrieb, Hocheffizienzpumpen und Wärmezähler, just-in-time gefertigt und geliefert. Während Rückläufe üblicherweise an einem Punkt im System zusammengeführt und vermischt werden, lassen sich die getrennten Temperaturströme hier auf zwei Wegen verteilen und energetisch nutzen. Ein niedertemperierter Rücklauf steigert den Wirkungsgrad der Brennwertanlage und ein höher temperierter Rücklauf kann parallel als Vorlauf ins Versorgungsnetz eingebunden bzw. einem Pufferspeicher zugeführt werden. Das senkt die Betriebskosten und spart CO2-Emissionen. Zusätzlich reduzieren anschlussfertig vormontierte Komponenten Montagezeit und -aufwand; das Fehlerrisiko beim Aufziehen von Kabeln und Elektrik entfällt
Intelligente Steuerung erhöht Primärenergieeinsparung
Eine stabile und versorgungssichere Wärmeversorgung, in der unterschiedliche Erzeugungstechnologien, Energieträger und Verbraucher integriert sind, erfordert eine intelligente Steuerung per Leit- und Kommunikationssystem (Bild 2). Übergeordnete Steuerungssysteme vernetzen sämtliche Anlagenkomponenten – etwa Energiezentrale mit BHKW, Wärmeübergabestation, Heizungsverteiler und Trinkwassersystem – und ermöglichen es, vorhandene ökonomische und ökologische Einsparmöglichkeiten zu identifizieren. Eine hochentwickelte Leittechnik ist zentraler Teil des „Alles-aus-ei ner-Hand-Portfolios“ von Yados. „Yado-Link steuert konstant die komplette Anlagentechnologie. Das übergeordnete, Bus-basierte Regelsystem überwacht, erfasst und analysiert alle relevanten Daten in Echtzeit. Auf dieser Basis können dann weitere konkrete Optimierungsmaßnahmen abgeleitet werden“, erörtert Mahlitz. Die erfassten Betriebsstunden, Energieflüsse und Verbräuche werden transparent aufbereitet und nutzerfreundlich visualisiert. Die angesteuerten Anlagenteile und Anlagenparameter liefern wesentliche Kennzahlen und bieten Zugriff auf wichtige Informationen wie Temperaturen oder Drücke (Bild 3). Anlagenbetreiber und Techniker haben die Möglichkeit, die für sie relevanten Betriebsprozesse mobil zu überwachen und zu steuern. Im Falle eines Falles wird eine Alarm-/ Störmeldung an ein vordefiniertes Endgerät, z. B. Smart Phone oder Laptop, übertragen. Gegebenenfalls kann per Fernwartung in die laufenden Erzeugungs- und Verteilprozesse eingegriffen werden.
Auf der sicheren Seite trotz CO2-Bepreisung

Aufgrund hochentwickelter (Automotive-) Technologie erfüllen BHKWMotoren umfassend aktuelle und geplante gesetzliche Emissionsvorgaben. Grundsätzlich unterstützen BHKW-Anlagen die dringend notwendige CO2-Einsparung – wenn auch noch nicht ganz klimaneutral. Der vielfach eingesetzte Brennstoff Erdgas produziert zwar messbar weniger CO2 als Öl und Kohle, bleibt aber ein zum größten Teil fossiler Energieträger. Es ist jedoch davon auszugehen, dass Erdgas( netzen) zukünftig mehr und mehr Synthesegase und Wasserstoff beigemischt werden. Die Klimabilanz kann sich damit weiter verbessern. Dennoch wird die beschlossene CO2-Bepreisung (CO2-Steuer) auch die Betreiber von BHKW-Anlagen betreffen. So soll eine Tonne ausgestoßenes CO2 ab dem Jahr 2021 bereits 25 € kosten. Bis 2026 soll der Preis nach und nach auf 60 €/t steigen. Anlagenbetreiber können sich jedoch über die im Vergleich zu konventionellen Energieträgern deutlich geringeren CO2-Kosten freuen. Da sich die Bepreisung auf das Inverkehrbringen bezieht, tragen die Betreiber diese Kosten zudem nicht direkt. Lediglich der Brennstoff wird sich verteuern. Damit wird die CO2-Bepreisung eher zum Vorteil für KWK-Technologien, die gasförmige Primärenergie nutzen – und Blockheizkraftwerke bleiben weiterhin eine wirtschaftlich und ökologisch lohnende Investition.

 

Autor:
Sven Mahlitz
Vertriebsleiter Energiesysteme
sven.mahlitz@yados.de