Nutzung von Umgebungswärme mittels Wärmepumpen
Umgebungswärme, also Wärme aus der Luft, aus oberflächennaher Geothermie (Erdwärme), aus Gewässern, Abwasser oder aus nichtvermeidbarer industrieller Abwärme ist fast überall verfügbar aber in unterschiedlichem Maße nutzbar.
Wärmepumpen erlauben die Nutzbarmachung dieser Ressource auf unterschiedlichen Temperaturebenen, indem sie Wärme mit Hilfe von Strom auf ein höheres oder auch niedrigeres (Kühlung) Niveau bringen.
Wärmepumpen können grundsätzlich zur Erzeugung von Raumwärme, insbesondere bei Neubauquartieren jedoch auch im Bestand genutzt werden. Bei der Erzeugung von hygienisch einwandfreiem Trinkwarmwasser und in Verbindung mit Aspekten der Sektorkopplung hat sich ihr Einsatz bewährt.
Großwärmepumpen in Wärmenetzen
Zentrale Großwärmepumpen in Wärmenetzen sind im Gegensatz zu Dänemark oder Schweden in Deutschland noch nicht weit verbreitet. DME Consult hat seit 2016 als Ergebnis der Arbeit innerhalb von Forschungsprojekten (InnoNEX) diese Technologie marktfähig gemacht und realisiert diese bereits heute. So wird z.B. verlorene Verbrennungsluft von BHKW Anlagen mittels einer Luft-Wasser-Großwärmepumpe aufgefangen und auf ein, für ein Wärmenetz geeignetes Temperaturniveau gebracht.
Von DME Consult projektierte „kaskadierte Großwärmepumpen“ sind das ganze Jahr über in der Lage (auch bei Temperaturen unter 0 Grad Celsius) aus Umgebungsluft Wärme in einem guten Wirkungsgrad für ein Wärmenetz bereit zu stellen. Dieser Prozess der Integration von Umweltwärme in ein „NT-Ready“* Wärmenetz ist ein wesentlicher Innovationsfaktor bei der Transformation von Bestandsquartieren im urbanen Raum!
*NT-Ready: Wärmenetz mit einer Vorlauftemperatur vergleichbar dem Vorlauf von Niedertemperaturheizkreisen in Wohngebäuden
Nutzung von Tiefengeothermie
Bei der Tiefengeothermie wird in 1.000 bis 4.500 Metern Tiefe nach heißem Wasser gebohrt, um es in Wärmenetzen oder Heizkraftwerken zu nutzen.
Die Möglichkeiten dafür sind regional stark unterschiedlich. Die Investitionen lohnen sich vor allem in Gebieten, in denen günstige geologische Voraussetzungen und eine hohe Wärmenachfrage zusammentreffen. Ein Hauptgrund für die bisherige Investitionszurückhaltung ist das Risiko, bei Bohrungen nicht auf geeignete wärmeführende oder wärmespeichernde Schichten zu treffen.
Bisher leistet die Geothermie in Deutschland einen geringen Beitrag zur Deckung der Wärmenachfrage. 2018 haben erst 38 solcher Anlagen Wärme für Wärmenetze bereitgestellt.
In den meisten Szenarien wird die tiefe Geothermie in den geeigneten geographischen Regionen bis 2050 erheblich ausgebaut.
Beispielsweise planen die Gemeindewerke Gilching bis zum Jahr 2025 einen erheblichen Anteil der Gilchinger Fernwärme durch tiefe Geothermie bereit zu stellen.
Bei der Projektrealisierung am Beispiel Gilching wird dabei ein erheblicher Fokus auf eine Ausfallreserve oder Alternativerzeugung auf Basis regenerativer Energien gelegt. Für den Fall, dass die vorgesehen tiefe Geothermie nicht zum Einsatz kommt, kann dennoch eine nachhaltige und erneuerbare Form der Wärmebereitstellung in Größenordnung zur Geothermie sichergestellt werden.
Je nach Szenario wird die tiefe Geothermie bis 2050 einen Anteil von sieben bis zehn Prozent der gesamten Wärme in Wärmenetzen abdecken.
Nutzung von nicht vermeidbarer industrieller Abwärme
Grundsätzlich sollten Industrieprozesse so optimiert werden, dass Abwärme erst gar nicht entsteht. Ist Abwärme aber unvermeidbar, dann ist Ihre Nutzbarmachung für ein Wärmenetz grundsätzlich sinnvoll. Unvermeidbare Abwärme fällt in zahlreichen Industrieprozessen an, zum Beispiel in Stahl- und Zementwerken, Glashütten aber auch im Rohstoff- und Lebensmittelbereich.
Abwärme wird heute noch zu selten und in geringem Umfang für Wärmenetze nutzbar gemacht. Bisher beziffert sich der Anteil in Wärmenetzen auf ca. 2% der gesamten Wärmeerzeugung. Die Gründe dafür sind vielschichtig. Das Temperaturniveau der Abwärme muss zum Anforderungsprofil der Wärmekunden passen und es muss ausreichend Interesse vorhanden sein, um eine Netzerschließung zu ermöglichen.
Produktions- oder Fertigungsprozesse der Betriebe dürfen nicht beeinträchtigt werden und es bedarf einer Ausfallsicherheit (Redundanz), die bei Nichtverfügbarkeit der Abwärme greift.
In Zukunft werden die Anforderungen an Unternehmen steigen, sich einem ökologischeren Handeln zu stellen. Dies jedoch stets im Kontext der Wirtschaftlichkeit aber auch bei steigender Akzeptanz in der Gesellschaft in Fragen nachhaltiger und CO2 verbesserter (neutraler) Produktionsprozesse.
Mit unserer Expertise ist die DME Consult GmbH hier Ihr Partner bei der Projektgestaltung und Realisierung!
Einsatz saisonaler Speicher in Wärmenetzen
Bei der Nutzung erneuerbarer und nichtbrennstoffbezogener Energie wie Solarthermie, Umweltwärme oder nichtvermeidbare industrielle Abwärme gewinnt der Einsatz großer Wärmespeicher (Saisonalspeicher) immer mehr an Bedeutung.
Wärme, die in den Sommermonaten gewonnen aber zu der Entstehungszeit kaum genutzt werden kann, wird so in die kalten Wintermonate überführt. Eine solche „Warmwasserbatterie“ bietet viele Vorteile.
Die Frage, ab welcher Größenordnung ein Speicher als saisonaler Pufferspeicher bezeichnet wird, ist projektspezifisch zu klären.
