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ThermaFLEX-Thermal demand and supply as flexible elements of future sustainable energy systems

In einem nachhaltigen und vollständig dekarbonisierten Energiesystem werden z.B. große Anteile an erneuerbaren, mitunter volatilen Energieträgern, integrierte Sektorkopplung, dezentralisierte Energieumwandlungsstrukturen, etc. zu einer erheblich gesteigerten Systemkomplexität führen. Gleichzeitig muss aber einerseits die Versorgungssicherheit gewahrt bleiben sowie müssen andererseits die Energiekosten für die Endkunden erschwinglich bleiben. Dies kann nur durch eine erhöhte Flexibilität des Gesamtsystems, das ein intelligentes Zusammenspiel von technischen Elementen und nicht-technischen Elementen erlaubt, erreicht werden.

Fernwärmesysteme eignen sich hervorragend für Maßnahmen zur Erhöhung der Flexibilität in Bezug auf Sektorkopplung, der Integration erneuerbarer Energiequellen, der Abwärmenutzung, den Einsatz von Wärmespeichern, neuen Betriebsstrategien und der Integration des Nutzers. Diese Flexibilisierungspotenziale können noch gesteigert werden, wenn ganzheitliche Ansätze verfolgt werden sowie neue wissenschaftliche Methoden für Simulation und Optimierung in der Planung, Implementierung und im Betrieb eingesetzt werden.

Im Fokus stehen beispielhafte Demonstratoren in Fernwärmeversorgungsgebieten in kleinen, mittleren und großen Städten, welche alle im Rahmen des ThermaFLEX-Leitprojekts unter dem Dach von Green Energy Lab wissenschaftlich begleitet und in der Praxis umgesetzt werden.

 

 

Ausgangssituation

Im Jahr 2016 betrug der Raumwärmebedarf Österreichs ca. 87 TWh/a (Gesamtenergiebedarf: 311 TWh/a). Ein Viertel davon wird über netzgebundene Wärmeversorgung durch mehr als 2000 Fernwärmesysteme bereitgestellt.

Damit spielt der Nah- und Fernwärmesektor bereits heute eine zentrale Rolle in der Energieversorgung Österreichs. Rund 5.400 Kilometer kostbare Wärmeleitungsinfrastruktur sind in Österreich derzeit verlegt. Sie führen vorbei an Kläranlagen sowie Industrie- und Gewerbebetrieben, deren Rest- und Abwärme vielfach genutzt werden könnte, und auf ihrem Weg liegen Freiflächen, auf denen Solarwärmeanlagen und Wärmespeicher installiert werden könnten. Durch die bereits installierte Infrastruktur, das vorhandene Ausbaupotenzial besonders im dichten urbanen Raum, den Einsatz neuer Konzepte, Technologien und erneuerbarer Energieträger, der Nutzung von Möglichkeiten zur Sektorkopplung und die dadurch erreichbaren Beiträge zur Dekarbonisierung unseres Energiesystems erhält der Sektor zukünftig eine gesteigerte Bedeutung.

Schon heute wird jedes vierte Haus in Österreich über Wärmenetze versorgt – sie zu flexibilisieren ist das Ziel des Leitprojekts ThermaFLEX. Eine konsequente Integration von erneuerbaren Energien und Abwärme in die Wärmenetze der Zukunft würde nicht nur die Luft in den Städten verbessern, sondern auch beträchtliche Anteile an CO2-Emissionen vermeiden, die Versorgungssicherheit erhöhen und die Verbraucher langfristig vor steigenden Öl- und Gaspreisen schützen.

 

Projektverlauf

Ziel von ThermaFLEX ist es Konzepte für die Flexibilisierung von Wärmenetzen zu entwickeln und diese in geeigneten Wärmenetzen zu demonstrieren. Die Methodik für die Entwicklung der Flexibiliserungskonzepte basiert auf drei Ebenen. Es werden technische, nicht-technische und systemische Maßnahmen betrachtet.
Durch die Definition und Verständnis von Flexibilisierung wurden entsprechende potentielle Flexibiliserungsmaßnahmen identifiziert und sogenannte Key Performance Indicators (KPI´s) und Benchmarks entwickelt.
Basierend darauf wurden Konzepte für die Flexibilisierung für individuelle Technologien sowie systemische Maßnahmen erarbeitet und spezifische Konzepte für die Anwendungen in realen Wärmenetze entwickelt.
In insgesamt 11 Demonstratoren in unterschiedlichen österreichischen Regionen wurden die Konzepte umgesetzt. Die Umsetzung wurde entlang der gesamten Implementierungskette wissenschaftlich begleitet. Nach Umsetzung dient ein entsprechendes Monitoring und Datenevaluierung zur Bewertung der Konzepte und Erarbeitung von Optimierungspotentialen um anschließend Systemanalysen (z.B. Lebenszyklusanalysen) durchzuführen und Best Practices zur Ausrollung zu erstellen. Ein weiterer wesentlicher Aspekt im Zuge der Konzepterstellung sowie Implementierungsphase war die Entwicklung von Kommunikationsbausteinen und Analysemethoden zur Integration und Identifizierung relevanter Stakeholder sowie die aktive Einbindung von NutzerInnen/BürgerInnen.
Breite Disseminierung der Methodik, Konzepte und Ergebnisse werden für unterschiedliche Zielgruppen erstellt um die Sichtbarkeit zu erhöhen. Durch die Erarbeitung entsprechender Verwertungs-Strategien der erarbeiteten Konzepte und Tools wird eine entsprechende Skalierung und Übertragung der Ergebnisse sichergestellt.

 

Meilensteine

  1. Evaluierung der Flexibilitätspotenziale in Fernwärmesystemen
  2. Entwicklung von Technologien zur Erhöhung der Flexibilität und Dekarbonisierung
  3. Entwicklung von Systemlösungen für mehr Flexibilität, Dekarbonisierung und zusätzliche Funktionen
  4. Demonstration der Entwicklungen anhand von Demonstratoren und Unterstützung bei Implementierung und Betrieb
  5. Datenmonitoring, Datenauswertung und Bewertung der umgesetzten Flexibilitätsmaßnahmen
  6. Systemevealuierungen, Lebenszkylusanalysen und Ableitung von Best Practice
  7. Stakeholder und Nutzerintegration
  8. Entwicklung von Verwertungsstrategien
  9. Umfassende Verbreitungsaktivitäten

"Klimafreundliche und nachhaltige Lösungen in der Fernwärme sind die Basis für eine intelligente Wärmeversorgung der Zukunft."

- ZITAT Dipl.-Ing. (FH) Joachim Kelz -

Ergebnisse

Übergeordnetes Ziel ist es, Strategien für die Flexibilisierung von Wärmenetzen zu entwickeln und alternative Energiequellen für die Wärmenetze zu erschließen, um den Anteil erneuerbarer Wärme zu erhöhen.
Basierend auf den entwickelten Konzepten zur Integration einzelner Technologien sowie von Systemlösungen wurden diese in unterschiedlichen Wärmenetzen demonstriert und realisiert sowie Musterlösungen entwickelt. Durch umfassendes Monitoring werden die Konzepte evaluiert und bewertet sowie nachfolgend optimiert.

Weitere Informationen unter:

https://thermaflex.greenenergylab.at/

https://greenenergylab.at/projects/thermaflex/

 

  • Joachim Kelz

    Joachim Kelz ist ein erfahrener wissenschaftlicher Mitarbeiter auf dem Gebiet erneuerbarer Energiequellen, Biomasse-Umwandlungstechnologien und Wärmenetze. Nach Abschluss des Diplomstudiums Energie- u. Umweltmanagement an der Fachhochschule Burgenland arbeitete er über 10 Jahre bei einem Kompetenzzentrum für Bioenergieforschung. Seit 2020 ist Joachim Kelz mit der Leitung und Durchführung nationaler und internationaler Projekte zu verschiedensten Themen und Fragestellungen mit Schwerpunkt Fernwärme und Fernkälte, Entwicklung zukünftiger Energiesysteme sowie Systemanalysen (Städte, Gemeinden, Quartiere)
    bei der AEE INTEC tätig und leitet u.a. das Leitprojekt ThermaFLEX.

    j.kelz@aee.at

  • Harald Schrammel

    Programmleiter QM-Heizwerke, Fernwärme und -kälte, Zukünftige Energiesysteme

    h.schrammel@aee.at

  • Jakob Binder

    Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Städte und Netze, Arbeitsschwerpunkt: Fernwärme und -kälte

    j.binder@aee.at

  • Wolfgang Gruber-Glatzl

    Projektleiter im Bereich Industrielle Systeme, Arbeitsschwerpunkte: Energie- und Ressourceneffizienz, Innovative Prozess- und Versorgungssysteme

    w.gruber-glatzl@aee.at

  • Bettina Muster

    Leiterin der Forschungsgruppen Wasser- und Prozesstechnologien

    b.muster@aee.at

  • Ingo Leusbrock

    Leiter des Bereichs Städte und Netze

    i.leusbrock@aee.at

Steckbrief

Projektnummer

868852

Partner

AIT Austrian Institute of Technology GmbH – https://www.ait.ac.at/

Alois Haselbacher GmbH – https://www.haselbacher.at/

AWV Gleisdorfer Becken – https://awv-gleisdorf.at/

BEST – Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH –

https://www.best-research.eu/

ENAS Energietechnik und Anlagenbau GmbH – http://www.enas.at/

Energie Steiermark AG – https://www.e-steiermark.com/

Feistritzwerke-STEWEAG-GmbH – https://www.feistritzwerke.at/

FH JOANNEUM GmbH – https://www.fh-joanneum.at/

FRIGOPOL Kälteanlagen GmbH – http://www.frigopol.com/

Green Tech Cluster Styria GmbH –https://www.greentech.at/

GREENoneTEC Solarindustrie GmbH – https://www.greenonetec.com/

Horn Consult

JOANNEUM RESEARCH Forschungsges. mbH – 

https://www.joanneum.at/

Nahwärme Tillmitsch GmbH & Co KG – 

https://www.haselbacher.at/nahwaerme

Pink GmbH – https://www.pink.co.at/

Rabmer Greentech GmbH – https://www.rabmer.at/

ROTREAT Abwasserreinigung GmbH – https://www.rotreat.at/

Salzburg AG – https://www.salzburg-ag.at/

Schneid GmbH – https://schneid.at/

SIR Salzburger Institut f. Raumordnung&Wohnen –

https://www.salzburg.gv.at/dienststellen/sonstige-einrichtungen/sir/

SOLID Solar Energy Systems – https://www.solid.at

StadtLABOR Graz – https://www.stadtlaborgraz.at/de

Stadtwerke Gleisdorf GmbH – https://www.stadtwerke-gleisdorf.at/

STM Schweißtechnik Meitz eU –http://www.stm-meitz.at/

TU Graz, Institut für Wärmetechnik –

https://www.tugraz.at/institute/iwt/home/

TU Wien EEG – https://www.ea.tuwien.ac.at/home/

Wien Energie GmbH –https://www.wienenergie.at/

 

Schlagwörter

netzgekoppelte Wärmeversorgung, Flexibilität, Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energieträger, Dekarbonisierung des Wärmesektors

Projektleitung

Dipl.-Ing. (FH) Joachim Kelz, j.kelz@aee.at

Dauer

01/11/2018 - 31/10/2022

Budget

4,578,000€