Das Modellprojekt Ulm Effizienzsteigerung und Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien durch exergetische Optimierung

Transkript

1 F&E-Projekt Fernwärmemodellstadt Ulm Das Modellprojekt Ulm Effizienzsteigerung und Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien durch exergetische Optimierung Dr. Stephan Richter GEF Ingenieur AG Ferdinand-Porsche-Str. 4a Leimen 06224/ Gefördert aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages; Fkz: A

2 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an Heizsysteme (Flächenheizungen) 4. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 5. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 6. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 7. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 8. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Glücksteinquartier 9. Zusammenfassung

3 Fernwärme ist wichtigster Bestandteil der Wärmeversorgung in Ulm Die kleine Großstadt Ulm hat ca Einwohner. Der Wärmemarkt der Stadt stellt mit ca. 45% Fernwärmeanteil eine Besonderheit dar. Meilensteine der Entwicklung der Fernwärme-Versorgung: Bau des HKW Magirusstraße auf Steinkohlebasis (3/15 bar) Bau des HW Daimlerstraße (schweres Heizöl /Erdgas) Bau der Verbindungsleitung zur Universität (50 MW; 25 Mio. ) Inbetriebnahme Müll-HKW Siemensstraße (Betriebsführung) Inbetriebnahme Bio-HKW I (3/15 bar; 50 MW th ; 38 Mio. ) Bau der Verbindungsleitung zw. Müll-HKW und HKW (35 MW; 10 Mio. ) Inbetriebnahme Bio-HKW II (3/15 bar; 25 MW f ; 32 Mio. )

4 Netzplan der FUG Warmwasser- und Kältenetz Science Park II Warmwassernetz Böfingen / Eichberg Warmwassernetz Eselsberg Warmwassernetz Weststadt Heißwasser- Transportleitung zur Uni Dampfnetz Warmwassernetz Neu-Ulm, SWU Heißwassernetz Donautal Warmwassernetz Wiblingen

5 Energieeinsatz und CO 2 -Emissionen der Fernwärme in Ulm

6 Fernwärmeversorgung in Ulm Die Fernwärme-Versorgung der FUG ist geprägt von: Strukturwandel von der Industrie- zur Dienstleistungsstadt. Dieser Prozess ist weit Fortgeschritten. Die Absatzverluste aus diesem Strukturwandel konnten durch neue Kunden, hauptsächlich aus dem Dienstleistungsbereich kompensiert werden. Der Sommerwärmebedarf ist auf Grund des Strukturwandels rückläufig (Produktionswärme fehlt). Starker Rückgang von Wohnungsneubauten von ca WE/a in den 1990er Jahren auf 200 WE/a in Zusätzliches Potential für die Fernwärme überwiegend im Sanierungsbereich, nicht mehr im Neubaubereich

7 Projektbeschreibung Teilprojekt 1 Reduzierung der Vorlauftemperatur der Universitätsleitung von 180 C (konst.) auf 120 C bei gleitender Fahrweise Teilprojekt 2 Absenkung der Netztemperaturen, insbesondere der Rücklauftemperatur bei der Versorgung von Neubauten und sanierten Altbauten Beide Teilprojekte werden in enger Zusammenarbeit mit den Kunden, im Teilprojekt 1 der Universität und dem Staatl. Vermögens- und Hochbauamt, im Teilprojekt 2 mit den Wohnungsbaugesellschaften ulmer heimstätte und UWS durchgeführt uh und die UWS haben zusammen einen Bestand von WE

8 Teilprojekt Rücklauftemperaturabsenkung Ziel! Stand der Technik!

10 Wohnungsbauwirtschaft braucht einfache und sichere Systeme Prämissen der Wohnungswirtschaft Systemlösungen müssen einfach und hausmeistergerecht sein. Heizungssysteme müssen hohen Belastungen durch Mieter und Mieterwechsel dauerhaft standhalten. Geringer Wartungsaufwand, deshalb möglichst eine zentrale Station und keine Wohnungsstationen. Höchstmaß an Versorgungssicherheit muss gewährleistet sein Lösungsmöglichkeiten des Investor-Nutzer-Dilemmas: Höhere Investitionen für aufwändigere Technik Beteiligung des Investors an den Einsparungen

12 Flächenheizsysteme Problemstellung der Wohnungswirtschaft: Flächenheizung an Wänden und Decken ist nicht kompatibel mit den Anforderungen der Wohnungswirtschaft die die Praktikabilität. Problematisch sind die einhergehenden Restriktionen im Zusammenhang mit hohen Fluktuationen der Mieter und Teilen der Mieterklientel.

13 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an Heizsysteme (Flächenheizungen) 4. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 5. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 6. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 7. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 8. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 9. Zusammenfassung

14 Anforderungen TWW Rechtliche Grundlage ist die Trinkwasserrichtlinie (TWRL), die u.a. eine max. Legionellenkonzentration vorgibt. Umsetzungsrelevant ist das DVGW Arbeitsblatt W 551: Kleinanlagen: Ein- und Zweifamilienhäuser und Anlagen < 400 Liter und Rohleitungen < 3 Liter zwischen TWW und Entnahmestelle Großanalagen: Am Austritt des TWW-System mindestens 60 C, Eintritt in die Zirkulation bei min 55 C Problem: Vorlauftemperatur Fernwärme und Nutzung der Fernwärme Rücklauftemperatur Lösungen, die z.b. auf chemischer Zugabe o.ä. basieren, erfordern mithin Messungen der Legionellenkonzentration, den Betrieb zusätzlicher Anlagen und stellen eine Behandlung des TWW dar. Alle drei Konsequenzen sind seitens der Wohnungswirtschaft nicht akzeptabel.

16 Klassischer FW-Anschluss

17 3-fach-Anschluss

18 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an Heizsysteme (Flächenheizungen) 4. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 5. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 6. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 7. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 8. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 9. Zusammenfassung

19 Demoanlage Sedanstr. Bauherr UWS 70 WE 160 kw Vorhalteleistung TWW-Durchflusssystem

21 Netz Wiblingen ausgewählte Bereiche

22 3-fach Anschluss in hydraulischer Simulation VL 69,7 C 11,1 t/h 1,4 t/h RL 40,5 C 12,5 t/h 0,6 t/h 49,8 C 11,1t/h 40 C 11,8 t/h 52 C 11,8 t/h 166 kw

23 Wassermengen im Rücklauf im Netzteil Wiblingen-Nord Kunde 2 Kunde 1

24 Die Hintereinanderschaltung von RL- Anschlüssen hat Grenzen VL-Temperatur : 120 C RL-Temperatur: 65 C Kunde 2 Kunde 1 Ein RL-Anschluss nach Kunde 2 bekäme nur noch 47 C aus dem RL!

25 Grenzen der Rücklaufversorgung Eine Häufung von Rücklaufanschlüssen in einem Gebiet führt zu einer signifikanten Reduzierung der Rücklauftemperatur und begrenzt die weiteren Möglichkeiten von Rücklaufanschlüssen. Bei einer gebietsweisen Sanierung in Netzbereichen die an Endstrahlen des Netzes liegen ist zu prüfen, ob nicht eine Gebietsbeimischstation besser geeignet ist als eine Rücklaufversorgung mit 3-fach-Anschluss. Jeder 3-fach-Anschluss erfordert eine zusätzliche Hausanschlussleitung und nachgeschaltete Rücklaufanschlüsse müssen verstärkt Vorlaufwasser einspritzen.

27 Beispiel Glücksteinquartier Quelle: Arbeiten Büro, Dienstleistung, Wissenschaft: ca m 2 BGF* Wohnen ca. 750 neue Wohnungen: ca m 2 BGF* Öffentliches Leben Öff. Grünflächen und Plätze: ca m 2 Gastronomie und Kultur: ca m 2

28 Quelle: Beispiel Glücksteinquartier Quelle: Glücksteinquartier

30 Erzielte Effekte Reduzierung des Pumpstromeinsatzes, höhere Temperaturspreizung, geringere Volumenströme. Höhere Netzkapazität, bei Neuanschlüssen keine Leitungsverstärkung erforderlich. Erhöhung der Nutzungsdauer der Kondensataufbereitung. Steigerung der Stromerzeugung durch Reduzierung der Vorlauftemperatur Exergetische Effizienz Mittelfristig kann auch die Vorlauftemperatur abgesenkt werden. Die Einbindung von Wärmequellen auf geringerem Einspeiseniveau (EE, Abwärme, ) wird so ermöglicht. Kostenvorteil auf Fernwärme in Deutschland hochgerechnet: Max. 30% realisierbare Rücklaufanschlüsse + Eingesparte Wärmeverluste: 33,8 Mio. EUR/a + Eingesparter Pumpstrom: 30,5 Mio. EUR/a + Strommehrerzeugung: 24,5 Mio. EUR/a Mehrkosten RL-Anschluss: 58,4 Mio. EUR/a = Saldo: 30,4 Mio. EUR/a

31 Weitere Infos Unter: