EnEff:Wärme: ENA – Energieleitplanung zur netzgebundenen Abwärmenutzung

Um die Klimaschutzziele bis 2050 zu erreichen, ist es notwendig, die Treibhausgasemissionen der Wärmeversorgung des Gebäudebestandes gegen Null zu bringen. Möglich wird dies zum einen durch eine deutliche Reduktion des absoluten Energieverbrauchs, vor allem getrieben durch einen verbesserten baulichen Wärmeschutz, und zum anderen durch die fortlaufende Erschließung erneuerbarer Energien und Abwärme für die Wärmeversorgung. Wärmenetzsysteme haben in diesem Kontext eine wesentliche systemische Funktion, denn sie verbinden treibhausgasarme Wärmequellen und Wärmeabnehmer räumlich miteinander.

Im Rahmen des NENIA-Projektes (Laufzeit 08/2015 – 07/2018), das die netzgebundene Nutzung industrieller Abwärme für die Wärmeversorgung von Gebäuden untersucht hat, wurden für Deutschland signifikante technisch-wirtschaftlich nutzbare Potenziale von rund 20 TWh pro Jahr ermittelt. Praxisfallstudien, Umfragen und Stakeholder-Workshops verdeutlichten, dass ein lokal abgestimmter, integraler Energieleitplanungsprozess ein wichtiger Hebel zur Aktivierung der Potenziale in der Praxis ist. Unerlässlich ist eine darin enthaltene systematische Aufbereitung und Analyse hochaufgelöster lokaler Daten zu Abwärmequellen, Energieinfrastrukturen und Wärmebedarfsstruktur. Ferner ist es wichtig, relevante Akteure aus der Industrie (potenzielle Abwärmelieferanten), der Energieversorgung (potenzielle Wärmeabnehmer/Netzbetreiber) und aus Städten und Kommunen (Stadtplanung, kommunaler Klimaschutz) dauerhaft einzubinden.

Der vom ifeu koordinierte Forschungsverbund, dem auch die GEF Ingenieur AG, die indevo GmbH sowie Praxispartner aus Industrie, Energieversorgung und Kommunalverwaltung angehörten, hat im ENA-Vorhaben ganzheitliche, innovative Wärmenetzkonzepte zur Erschließung industrieller Abwärme für zwei Modellquartiere in Krefeld und Osnabrück entwickelt.

Dafür wurden eine umfassende Analyse von Prozessdaten der Industrieunternehmen durchgeführt, um einzelne Abwärmeströme in Form stundenscharfer Lastprofile einer potenziellen Auskopplung in Wärmenetze zu erfassen. Im Austausch mit den Industriepartnern wurden darüber hinaus die mittel- und langfristigen Entwicklungsperspektiven der Abwärmequellen eruiert (z.B. geplante Produktionsumstellungen oder Effizienzmaßnahmen).

Im Rahmen der Wärmesenkenanalysen in den Modellquartieren wurden zahlreiche Datensätze aufbereitet, ausgewertet und in gebäudescharfe Modelle des potenziellen Fernwärmebedarfs überführt. In diesem Kontext wurde ein Software-Tool zur automatischen Erstellung stundenscharfer Lastprofile des Wärmebedarfs in Form eines Plugins für die kostenfreie Open-Source-Software Quantum GIS entwickelt. In Zusammenarbeit mit den Praxispartnern wurden Wärmenetzkonzepte für die Nutzung geeigneter Abwärmequellen entwickelt und verschiedene Varianten maximaler Betriebstemperaturen bzw. der Dimensionierung simuliert und technisch, wirtschaftlich und ökologisch bewertet.

In prozessbegleitenden Arbeitstreffen, Experten-Interviews und Diskussions-/Informationsrunden wurden akteursspezifische Anforderungen an eine erfolgreiche Abwärmenutzungsprojekte formuliert und mit den laufenden Prozessen der kommunalen Wärmeplanung und der Dekarbonisierung von Wärmenetzen in Verbindung gesetzt. Dafür wurden sowohl externe Stakeholder befragt als auch die ENA-Praxispartnern eingebunden.

Die Ergebnisse zeigen, dass industrielle Abwärme eine wichtige Wärmequelle für den Aus- oder Neubau von Wärmenetzen sein kann. Die verfügbaren Kapazitäten innerhalb der Industrieunternehmen und die Priorisierung von Projekten zu außerbetrieblichen Abwärmenutzung sind jedoch sehr begrenzt. Hier besteht Bedarf an systematischer, externer Beratung für eine fundierte Bewertung von Abwärmepotenzialen, die durch die Anforderungen der EU-Energieeffizienzrichtlinie bzw. durch das Energiedienstleistungsgesetz und das Energieeffizienzgesetz gestärkt werden. Methodisch eignen sich Input-Output-Bilanzen auf verschiedenen Ebenen (Werksteilen / Anlagen) und immer ein fachbezogener Austausch mit Unternehmensvertretern auch zur Einordnung zukünftiger Entwicklungen bei einer Quantifizierung von Abwärmepotenzialen. An den untersuchten Standorten konnten mit vorhandenen Daten, ergänzt zum Teil durch modellbasierte Ansätze stundenscharfe Profile des Abwärmeangebots für die Entwicklung von Wärmenetzkonzepten erstellt werden.

Für die netzgebundene Nutzung spielte niedriger temperierter Abwärme aus Abwasser oder Kühltürmen (<40°) an den untersuchten Industriestandorten eine wichtige Rolle. Für die Verteilung der Wärme in Bestandsquartieren wurde in den Netzkonzepten immer eine Temperaturerhöhung durch elektrische Wärmepumpen angesetzt. Der Vergleich verschiedener simulierter Varianten der Netzauslegung mit verschiedenen Maximaltemperaturen (70°C, 80°C, 90°C) des Vorlaufs zeigte in dieser Konstellation keine eindeutigen wirtschaftlichen Vorteile niedrigerer Maximaltemperaturen. Energieversorgungsunternehmen sehen sich in der Rolle Wärmenetzprojekte zu entwickeln und technisch-wirtschaftlich zu bewerten. Auch hier sind jedoch die personellen und finanziellen Ressourcen begrenzt. Ohne externe Finanzmittel und ggf. Umlageverfahren wird die Umsetzbarkeit neuer Wärmenetzprojekte in der Breite als schwierig bewertet.

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