Innovationen und Strategien zur Verbreitung

Folgende innovative Entwicklungen sind im Rahmen des Projektes vorgesehen:

Innovation 1 – Entwicklung vorgefertigter Systemkits für die effiziente Nutzung und Integration von Abwärmequellen in Wärmenetze

Ingenieurbüros und Energiemanager von Produktions-, Gewerbe-, Büro- und Wohngebäuden haben bisher wenig Erfahrungen auf dem Gebiet der effizienten Nutzung von Abwärme auf niedrigen Temperaturniveau. Insbesondere die mögliche Integration der Niedertemperaturabwärme in Nahwärmenetze erfordert ein hohes Fachwissen zu den technischen Anforderungen und der Leistungsfähigkeit der Systeme.

Durch die Entwicklung vorgefertigter Systemkits (Hydraulikstationen inklusive aller hydraulischen Komponenten, der Elektroinstallation und der MSR Technik zur intelligenten Steuerung und Überwachung) möchte das Projekt LIFE4HeatRecovery dazu beitragen, die Integration von Abwärmequellen in Nahwärmenetze zu standardisieren. Diese Systemkits werden für unterschiedliche Abwärmequellen und Anwendungsfälle entwickelt, gebaut und in Demonstrationsprojekten getestet. Über ein wissenschaftliches Monitoring werden die Systeme im realen Betrieb analysiert und optimiert.

Vorfertigung, Standardisierung und Modularität sind entscheidende Merkmale der entwickelten Systemkits. Der wesentliche Vorteil zur gängigen Praxis liegt in einer schnelleren und fehlerfreien Installation und einem optimalen Betrieb der Systeme. Dies wird die Integration von Abwärmequellen in Wärmenetze künftig deutlich erleichtern und zu einer intensiveren Nutzung dieser nachhaltigen Wärmequellen beitragen.

Innovation 2 - Integration mehrerer Abwärmequellen

Die Nutzung von Abwärme bringt folgende wesentliche Vorteile mit sich:

  • Wärmeinseleffekte in Städten werden verringert, da die abgegebene Wärme z.B. von Kühlprozessen zu Heizzwecken recycelt wird
  • Die lokalen Schadstoffemissionen sinken, da Gebäude mit Abwärme anstatt mit Öl oder Gaskesseln beheizt werden

Die Nutzung der Niedertemperaturabwärme erfolgt in der Regel über Wärmepumpen, die das Temperaturniveau für Heizzwecke und die Warmwasserbereitung durch Zufuhr elektrischer Energie anheben. Auf Grund des relativ hohen Temperaturniveaus der Abwärme, geschieht dies sehr effizient mit einem Jahreswirkungsgrad zwischen 4 und 5. D.h. zur Bereitstellung von 1 kWh Wärme auf höherem Temperaturniveau werden nur 0,20 bis 0,25 kWh Strom benötigt. Bei Nutzung von Abwärme aus Kältemaschinen, kann zusätzlich durch die effizientere Rückkühlung über die Wärmenutzung eine Steigerung des Kältemaschinenwirkungsgrads erreicht werden. Dies kann eine Stromeinsparung von 15% bis 55% mit sich bringen. Hier handelt es sich folglich um eine echte Win-Win-Situation.

Bei Einspeisung in Mittel- und Niedertemperaturwärmenetze stellt der oben berechnete Stromverbrauch den größten Teil der Endenergie dar, die zur Deckung des Heizbedarfs des Endkunden verwendet wird. Dies entspricht in etwa 0,6 MWh PE pro MWh Wärmeenergie und einem CO2-Equivalent von etwa 94 kg pro MWh. Vergleicht man dies mit der Bereitstellung der Raumheizung und des Warmwassers über einen Gaskessel, werden Einsparungen von etwa 60% PE und 70% CO2-Emissionen erzielt. Für kalte Wärmenetze, in die die Abwärme direkt eingespeist werden kann, zeigen die im Rahmen des Vorgängerprojektes ‚FLEXYNETS‘ durchgeführten Analysen, ähnliche Ergebnisse. Hier ist die Effizienz der verteilten dezentralen Wärmepumpen im Schnitt zwar etwas schlechter, allerdings weist das kalte Wärmenetz geringere bis keine Wärmeverluste auf.

Innovation 3 – Entwicklung von Geschäftsmodellen und Vertriebsstrategien

Trotz der Umweltvorteile und des positiven Effekts auf den Klimaschutz, ist die Nutzung und Einbindung von Abwärme in Wärmenetze in der Praxis oftmals nicht einfach. Dies liegt zum einen an den technischen Herausforderungen, die eine Einbindung von dezentralen Wärmequellen mit sich bringt und zum anderen an Problemen hinsichtlich deren Wirtschaftlichkeit und der längerfristig garantierten Verfügbarkeit. Außerdem ergeben sich regulatorische und rechtliche Rahmenbedingungen die bei der Nutzung der Abwärmequellen (z.B. Abwasser) zu beachten sind. Auch können künftig mehrere Abnehmer im Wärmenetz möglicherweise sowohl die Rolle des Energieverbrauchers als auch durch die Wärmeeinspeisung die des Energieversorgers einnehmen. Dies kann Einfluss auf die bisherige Monopolstellung des Wärmeversorgers nehmen und den Weg zu einem freieren Wärmemarkt ebnen, ähnlich wie dies bei den Stromnetzen durch das Unbundling bereits realisiert wurde. Im Rahmen von Life4HeatRecovery werden Strategien zur städtischen Abwärmenutzung und -einspeisung entwickelt und analysiert, die eine energetische Nutzung dieser nachhaltigen Quellen unterstützen sollen. Auf dieser Basis werden neue Geschäfts- und Vertriebsmodelle entwickelt, die Lösungen für Marktakteure aufzeigen, die technisch, wirtschaftlich und rechtlich tragbar sind.

Innovation 4 – Partizipative Finanzierungsansätze

Im Vergleich zur traditionellen öffentlich finanzierten Infrastrukturentwicklung, setzt LIFE4HeatRecovery auch auf modernere Ansätze, die private Finanzmittel mit einbeziehen. Auf diese Weise reduziert sich das finanzielle Risiko des Wärmenetzbetreibers und gleichzeitig bietet es die Möglichkeit eine breitere Öffentlichkeit an den erzielten Gewinnen partizipieren zu lassen. Im Rahmen des Projektes werden Finanzierungsmodell für diesen innovativen Ansatz entwickelt, die ausgehend vom Betreiber weitere Investoren einbeziehen und bis hin zu bürgergenossenschaftlichen Lösungen reichen.

Wissenstransfer

Durch den Demonstrations-Charakter von LIFE4HeatRecovery können die entwickelten Lösungen von den beteiligten Partnern im Rahmen der Pilotprojekte konkret getestet und praxisnah weiterentwickelt werden. Die hieraus resultierenden ökologischen und wirtschaftlichen Lösungsansätze, bieten durch den direkten Praxisbezug ein hohes Replikationspotential für ähnlich gelagerten Projekten in der Zukunft. Dadurch wird ein hoher Wissenstransfer gewährleistet. Der multinationale Charakter des Projektes, bietet darüber hinaus Möglichkeiten zum Vergleich der unterschiedlichen Lösungsansätze in den jeweiligen nationalen sozioökonomischen und regulatorischen Grenzen. Die im Projekt vorgesehene Demonstration der Abwärmeintegration in vier unterschiedlichen Wärmenetzen, die sich in unterschiedlichen Klimaregionen befinden, ermöglicht es auch die Auswirkungen der unterschiedlichen klimatischen Verhältnisse zu analysieren und zu bewerten. Hierzu sind folgende Analysen vorgesehen:

  • Monitoring und wissenschaftliche Analyse der Demonstrationsnetzwerke
  • Simulation von Szenarien zur Abwärmeintegration in Wärmenetze zur Bewertung der wirtschaftlichen Machbarkeit und technischen Zuverlässigkeit
  • Ausarbeitung von Markteinführungsszenarien unter Bewertung der möglichen Schaffung lokaler Arbeitsplätze und der Steigerung der lokalen Einnahmen
  • Eine hohe Übertragbarkeit und Replikation der entwickelten Lösungen soll durch folgende Maßnahmen erreicht werden:
  • Erstellung einer Datenbank mit Empfehlungen für optimale Systemlösungen zur Abwärmenutzung und deren Integration in Wärmenetze
  • Planung von konkreten Konzepten zur Abwärmeeinspeisung in Wärmenetze von im Projekt beteiligten zukünftigen Anwendern (Projektpartner)
  • Planung von konkreten Konzepten zur Abwärmeeinspeisung in Wärmenetze von beteiligten Partnerstädten (Assoziierte Projektpartner)
  • Entwicklung eines GIS-Tools zur individuellen Planung und Analysen der möglichen Nutzung von Abwärmequellen und deren Einspeisung in vorhandene und neue Wärmenetze

Die Ergebnisse werden einer breiten Fachöffentlichkeit zugänglich gemacht und sollen so zu einer raschen Verbreitung der entwickelten Ansätze zur Abwärmenutzung und -einspeisung in Wärmenetze beitragen.

Ein Beispiel für Klimaanlagen, die Wärme in eine überfüllte Straße verschwenden