Technikcheck

Nachhaltige, zirkuläre Energiesysteme für die EUREGIO

Zur Förderung des Aufbaus einer modernen Energieinfrastruktur werden anhand der Gegebenheiten in den Städten und Gemeinden der EUREGIO zirkuläre, d.h. 100% nachhaltige und auf lokale Gegebenheiten abgestimmte Energiesysteme benötigt, welche hier entworfen und dargestellt werden sollen. Diese Systeme dienen als Benchmark und Technikcheck, an dem sich Kommunen und Betriebe orientieren können. Sie umfassen bspw. den Einsatz großflächiger Solarthermie, Langzeitspeicher, Biomassepotenziale, Potenziale aus (tiefer) Geothermie oder Oberflächengewässern.

Wir machen den Technikcheck: Wie und wo kann ich heute schon zukunftsfähig heizen?

Die zur Verfügung stehenden Technologien werden in der Kategorie “Wissen” vorgestellt.

Zudem gab es zwei Masterarbeiten zum Thema des Technikchecks.

Masterarbeit “Zukunftsfähige Wärmewende in der EUREGIO”

↘ Zusammenfassung

Der Sektor Wärme bietet durch erneuerbare Wärmeversorgungslösungen ein großes Potenzial die Treibhausgas-Emissionen zu mindern und damit auch maßgeblich zum Ziel beizutragen, die Erderwärmung auf unter 1,5 °C zu begrenzen.

Das INTERREG-Projekt „Wärme in der EUREGIO – fokussieren und modernisieren (WiEfm)“ und dessen Nachfolge-Projekt „Task Force Wärmewende“ legen den Fokus auf das Gebiet der deutsch-niederländischen Grenzregion EUREGIO. Hier wurden durch Machbarkeitsstudien eine Vielzahl an nachhaltigen Wärmeversorgungssystemen aufgezeigt, geplant und umgesetzt.

Die EUREGIO und ihre 3,35 Millionen Einwohner arbeiten intensiv an der Erreichung der regionalen, nationalen und europäischen Klimaschutz-Ziele. Vor allem im Wärmesektor, welcher etwa die Hälfte des Endenergieverbrauchs ausmacht, soll die Energieeffizienz und der Anteil der erneuerbaren Energien gesteigert werden. Bei älteren Gebäuden ohne nennenswerte Dämmmaßnahmen, welche einen großen Anteil des Verbrauchs ausmachen, soll eine Sanierung mit einer gleichzeitigen Umstellung der Wärmeversorgung verbunden werden.

Die vorliegende Arbeit beschreibt, welche Anforderungen es an die Wärmeversorgung gibt und welche Quellen für eine erneuerbare Wärmeversorgung zur Verfügung stehen. Es wird gezeigt, welche nachhaltigen Wärmeversorgungssysteme es gibt und was diese charakterisiert. Bestehende Systeme und Ansätze nachhaltiger Wärmeversorgung in Dänemark, Deutschland und die Machbarkeitsstudien des WiEfm-Projekts werden betrachtet und ausgewertet. Darüber hinaus wird die Frage aufgeworfen, welche Faktoren relevant sind, um ein nachhaltiges Wärmeversorgungssystem umzusetzen und welche Eingabeparameter für eine Empfehlung und einen Vergleich benötigt werden.

Die Ergebnisse der Untersuchung der Machbarkeitsstudien zeigen viele verschiedene Kombinationsmöglichkeiten nachhaltiger Versorgungssysteme und Technologien auf. Diese werden mithilfe eines morphologischen Kastens übersichtlich dargestellt und bieten die Möglichkeit standardisierte Wärmeversorgungssysteme zu entwerfen.

Die nachhaltigen Versorgungssysteme können dadurch miteinander verglichen werden und anhand eines solchen Vergleichs wird eine Empfehlung möglich. Die Eignung hängt von verschiedenen Parametern ab, welche häufig auf regionale Gegebenheiten zurückzuführen sind. Diese Standortdaten erhält man häufig durch interaktive Karten. In einem nächsten Schritt ist eine Software zu entwickeln, die möglichst viele Eingangsparameter für die Berechnung und den Vergleich der verschiedenen Wärmeversorgungssysteme z.B. über den Standort automatisch ermittelt, verrechnet und in den Karten oder einem übersichtlichen Dashboard anzeigt.

↘ Die wichtigsten Ergebnisse auf einen Blick

Welche nachhaltigen Wärmequellen und –technologien wurden in den WiEfm-Machbarkeitsstudien untersucht?

Abb. 1 zeigt die Anteile der untersuchten Technologien und Wärmequellen in den Machbarkeitsstudien aus WiEfm. Im Abschnitt “Grafiken” sind die jeweiligen Technologien dieser Kategorien weiter unterteilt.

  • Die meisten Studien enthielten Wärmeversorgungs-Lösungen mit Biomasse (58 %).
  • Abwärmenutzung und Power-to-Heat wurden in rund der Hälfte der Studien betrachtet (45 %).
  • Lösungen zur Nutzung der Solarenergie waren Bestandteil in rund einem Drittel der Studien (35 %).
  • Eine Wärmeversorgung über Energie aus dem Untergrund (Geothermie) wurde in rund einem Viertel der Studien betrachtet (23 %).
  • Ein Sechstel der Studien untersuchte die Wärmeversorgung mittels Energie aus Oberflächengewässern (16 %).
Abb. 1: Technologien, welche in den WiEfm-Machbarkeitsstudien untersucht wurden | Grafik: Christian Käufler / FH Münster
Kernaussagen zu den untersuchten Systemen:
  • Fossile Hochtemperatursysteme (70–100 °C) können häufig durch Biomasse- oder Biogas-Wärmeerzeuger ersetzt werden.
    Diese können mit Solarthermie-Anlagen, welche mit großen/saisonalen Wärmespeichern verbunden sind, kombiniert werden. Außerdem kann man noch die Abwärme aus Industrieprozessen nutzen, wenn diese kontinuierlich und auf einem entsprechend hohen Temperaturniveau vorliegt.  
  • Wärmepumpen in Kombination mit Photovoltaik-Anlagen werden häufig in Mitteltemperatur- und Niedertemperatur-Systemen (40–60 °C) eingesetzt.
    Durch Sanierungsmaßnahmen im Bestand oder durch Neubau ist der Energieverbrauch hier geringer. Zum saisonalen Speichern von Wärme und Kälte werden hier WKO-Systeme (Aquiferspeicher-Systeme, NL: Warmte Koude Opslag) oder große unterirdische Speicherbehälter verwendet. Zusätzliche Wärme kann aus Oberflächengewässern (Seen, Flüssen), Umgebungsluft, Abwasser, Grundwasser und dem Boden in unterschiedlichen Tiefen gewonnen werden. Bei Erdwärmesonden-Feldern oder tieferen Geothermie-Bohrungen, welche ganzjährig Wärme zur Verfügung stellen, benötigt man keine saisonalen Speicher, sondern zentrale Pufferspeicher und Reservekessel. 
  • Kalte Wärmenetze/Quellennetze (8–20 °C) benötigen keine Dämmung und können sogar ebenfalls Energie aus dem Boden aufnehmen. Die Wärmequellen sind überwiegend die gleichen wie bei den Niedertemperaturnetzen, jedoch benötigt jedes Gebäude eine eigene dezentrale Wärmepumpe.  
  • Dezentrale Systeme ohne Netz bestehen bei Neubauten häufig aus Wärmepumpen-Systemen, welche die Wärme zumeist über die Umgebungsluft oder Erdwärmesonden gewinnen. Häufig werden diese mit PV-Modulen und Holzpellet-Kesseln kombiniert. 

↘ Grafiken

Downloads

Masterarbeit: Zukunftsfähige Wärmewende in der EUREGIO
Präsentation: Zukunftsfähige Wärmewende in der EUREGIO