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

Im Jahr 2016 wurde mehr als 25% des Raumwärmebedarfs Österreichs durch mehr als 2000 Fernwärmesysteme bereitgestellt. ThermaFLEX will hier untersuchen und demonstrieren, wie das vorhandene Ausbau- und Dekarbonisierungspotenzial – besonders im dichten urbanen Raum – in der Fernwärme genutzt werden kann.

Ausgangssituation

Mehr Flexibilität für mehr Erneuerbare in der netzgebundenen Wärmeversorgung – das Leitprojekt „ThermaFLEX“
Im Jahr 2016 betrug der Raumwärmebedarf Österreichs ca. 87 TWh/a (Gesamtenergiebedarf: 311 TWh/a)1. Ein Viertel davon wird über netzgebundene Wärmeversorgung mittels mehr als 2000 Fernwärmesystemen bereitgestellt1. Damit spielt der Nah- und Fernwärmesektor bereits heute eine zentrale Rolle in der Energieversorgung Österreichs. Durch die bereits installierte Infrastruktur (ca. 5.400 km Leitungslänge2), das vorhandene Ausbaupotenzial besonders im dichten urbanen Raum, den Einsatz neuer Technologien, Konzepte und erneuerbarer Energieträger wie Großspeicher, Wärmepumpen und modell-prädiktiver Regelung, der Nutzung von Möglichkeiten zur Sektorkopplung und die dadurch erreichbaren Beiträge zur Dekarbonisierung unseres Energiesystems erhält der Sektor zukünftig eine gesteigerte Bedeutung.

Flexibilitätselemente als zentrale Bausteine eines zukünftigen Energiesystems
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 Versorgungs¬sicherheit 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.

Das Leitprojekt „ThermaFLEX“
Genau hier setzt das Leitprojekt „ThermaFLEX“ an, das sich innerhalb der Vorzeigeregion „GreenEnergyLab“ schwerpunktmäßig mit der Erhöhung der Energieflexibilität und den daraus resultierenden CO2-Emissionsreduktionen im Fernwärmesektor beschäftigt. Nicht weniger als 27 Projektpartner (Fernwärmenetzbetreiber, Technologieanbieter und Forschungs¬einrichtungen) bearbeiten in acht Arbeitspaketen die Identifikation, die simulationsgestützte Planung, Bewertung und Auswahl als auch die Umsetzung in Kombination mit detaillierten Monitoring und daraus resultierender Optimierung von Flexibilisierungsmaßnahmen. Im Fokus stehen dabei sieben beispielhafte Demonstratoren in Fernwärmeversorgungsgebieten von kleinen, mittleren und großen Städten. Das Fördervolumen für ThermaFLEX und ausgewählte Demonstratoren beträgt ca. neun Mio. € und macht dieses Projekt in Bezug auf das gesamte Fördervolumen zum größten Projekt im Zuge der zweiten Ausschreibung des Programms „Vorzeigeregion Energie“.

Projektverlauf

Flexibilisierung von Fernwärmesystemen anhand von sieben Demonstratoren
Die Bearbeitung des Forschungprojektes ThermaFLEX basiert dabei auf der wissenschaftlichen Begleitung der sieben ausgewählten und nachfolgend dargestellten Demonstratoren auf systemischer Ebene entlang des gesamten Prozesses von Idee und Konzeptentwicklung über Planung und Umsetzung hinzu Inbetriebnahmen, Monitoring sowie Bewertung und fortlaufender Optimierung:

Big Solar Salzburg
Das geplante Projektvorhaben zielt auf die Integration eines BigSolar-Ansatzes3 in das Fernwärmenetz der Stadt Salzburg ab. Die zentralen Elemente des Konzeptes bilden ein zentrales Solar-Kollektorfeld mit ca. 30 MWth in Verbindung mit einem Großwasserwärmespeicher von ca. 65.000 m³ in direkter Kopplung mit einer Absorptionswärmepumpe. Hierdurch kann das System ersten Abschätzungen nach 30 GWh zur Einspeisung in das Fernwärmenetz bereitstellen.

Virtuelles Heizwerk Gleisdorf
Zentrales Element des Vorhabens in Gleisdorf ist die Kopplung der Abwasserreinigungsanlage mit der Energieversorgung der Stadt Gleisdorf. Durch gezielte Optimierungsmaßnahmen soll der Biogasoutput des Kläranlagenfaulturms gesteigert werden und das überschüssige Biogas in einer Biogas-KWK-Anlage für erneuerbaren Strom und Wärme sorgen. Die Wärme soll dabei in das kontinuierlich wachsende Netz der Stadtwerke Gleisdorf eingespeist werden, der Strom wird ebenfalls eingespeist bzw. für den Eigenbedarf verwendet. Diese Anlage ergänzt ein Portfolio an verteilten Erzeugungsanlagen bestehend aus Biomasseanlagen (1,7 MWth), Solarthermieanlagen (0,7 MWth) und Spitzenlastkessel auf Basis Erdgas (3 MWth). Ein Großwasserwärmespeicher von 500 m³, Rücklauftemperaturabsenkung durch gezielte Objektversorgung aus dem Rücklauf und eine simulationsgestützte, smarte Regelung sind als weitere Elemente des „Virtuellen Heizwerks“ geplant.

Müllverbrennungsanlage Spittelau – Nutzung latenter Energie aus dem Rauchgas mittels Hochtemperatur-Wärmepumpe
In diesem Projekt ist geplant, die anfallende Abwärme aus der Rauchgaskondensation der Müllverbrennungsanlage in der Spittelau in Wien als Quelle für eine Wärmepumpe zu nutzen und unter Einbezug der Erkenntnisse aus dem Test verschiedener Betriebsstrategien, eine direkte Einspeisung ins primäre Fernwärmenetz (Vorlauftemperaturen: 80˚C (Sommer) – 145 ˚C (Winter)) der Stadt Wien zu ermöglichen. Die thermische Leistung der Wärmepumpe ist mit ca. 12 MWth geplant.

Low-Carbon-Fernwärme für die Stadt Leibnitz
Die Möglichkeit der gezielten Nutzung von Abwärme eines Produktionsbetriebes bildet die Basis für das Vorhaben eines beschleunigten Ausbaus des Fernwärmegebietes durch den multidirektionalen Zusammenschluss von drei bestehenden Wärmenetzgebieten unterschiedlicher Eigentümer. Aufgrund des Netzzusammenschlusses und des Einsatzes von Großwasserspeichern (insgesamt ca. 1.000 m³) wird die nicht permanent verfügbare Abwärme in optimierter Abstimmung mit dem Portfolio an verteilten Erzeugungsanlagen (insgesamt ca. 20 MWth) und smarter Regelung bestmöglich genutzt werden können.

Integration von Industrieabwärme niedriger Temperatur in Salzburg
Um am Fernwärmestandort Salzburg-Süd derzeit nicht nutzbare Niedertemperatur-Abwärmepotenziale aus einem Industriebetrieb zu erschließen, soll die Rücklauftemperatur des Fernwärmestranges am Standort Salzburg SÜD von 65°C auf ca. 40°C gesenkt werden. Dazu ist eine Absorptionswärmepumpe mit ca. 8 MWth Leistung geplant, welche die Antriebsenergie aus dem Abdampf einer zu errichtenden und mit Biomasse angetriebenen Kraft-Wärme-Kopplungsanlage beziehen soll. Das Gesamtpaket soll eine zusätzliche Leistung von ca. 35 MWth auf Basis von Abwärme und Biomasse ermöglichen

Wärmerückgewinnung aus Abwasser in Wien-Liesing
Basierend auf umfangreichen Voruntersuchungen soll am Standort Wien-Liesing dem Abwasser im dortigen Kanal (Temperatur 10 – 14°C)  Energie entzogen werden, um mit einer Kompressionswärmepumpe kontinuierlich Wärme in das sekundäre Fernwärmenetz Fernwärmenetz (Vorlauftemperaturen: 63˚C (Sommer) – 95 ˚C (Winter)) des Stadtteils einzuspeisen. Die thermische Leistung der Wärmepumpe soll bei ca. 560 kW und auf einem Temperaturniveau bis 70°C eingespeist werden.

Energy Island Weiz
Das Stadtquartier Weiz-Nord (ca. 10 Hektar Grundfläche) wird in den nächsten Jahren dynamisch entwickelt und soll bilanziell zu 100% mit erneuerbarer Energie aus dem Quartier, der Stadt und der Region versorgt werden. Da Fernwärme bzw. Insellösungen für netzgebundene Wärme- und Kälteversorgung in diesem Quartier eine zentrale Rolle spielen, soll innerhalb von „ThermaFLEX“ die Quartiersentwicklung begleitet werden.

ThermaFLEX adressiert diese Forschungsbedürfnisse auf Basis mehrerer Demonstratoren, die den Hintergrund für die Entwicklung, Implementierung und Optimierung innovativer DH-Konzepte und technischer Lösungen bilden.

Die Ergebnisse von ThermaFLEX werden durch die enge Zusammenarbeit mit Forschungspartnern und Technologie-/Know-how-Anbietern im ThermaFLEX-Konsortium während des gesamten Innovations- und Implementierungsprozesses zu effizienteren und effektiveren Demonstratoren führen. ThermaFLEX nutzt die angeschlossenen Demonstratoren Low-Carbon-Fernwärme Leibnitz, Big Solar Salzburg, Salzburg Absorptionswärmepumpe, Virtuelles Heizwerk Gleisdorf, Wien Hochtemperatur-Wärmepumpe Spittelau, Wien Abwärmenutzung aus Abwasser und Energieinsel Weiz zur Darstellung, Validierung und Optimierung der entwickelten Konzepte.

Wir werden die Ergebnisse und Erfahrungen aus der Umsetzung und dem Betrieb nutzen, um Best Practices abzuleiten, vielversprechende Konzepte und Wege aufzuzeigen und quantitativ technische, ökonomische und ökologische Vorteile und Auswirkungen der Demonstratoren aufzuzeigen. ThermaFLEX wird die Demonstratoren durch die Zusammenarbeit und Unterstützung eines starken Konsortiums aus renommierten Forschungspartnern und Universitäten, Energieversorgern und FW-Betreibern sowie Technologie- und Knowhow-Anbietern während der gesamten Umsetzung auf ein höheres Niveau heben. Zusätzlich bietet ThermaFLEX die Möglichkeit, diese Konzepte zu replizieren und führt damit zu einem massiven Ausbau der Flexibilitätsoptionen für FW-Systeme in Österreich und Europa.

"Wenn man an Nachhaltigkeit in der Wärmeversorgung interessiert ist, sind Einzeltechnologien alleine nicht zielführend. Es ist notwendig, verschiedene Maßnahmen zu kombinieren, um das Bestmögliche herauszuholen."

- ZITAT Ingo Leusbrock -

Ergebnisse

Wir werden die Ergebnisse und Erfahrungen aus der Umsetzung und dem Betrieb nutzen, um Best Practices abzuleiten, vielversprechende Konzepte und Wege aufzuzeigen und quantitativ technische, ökonomische und ökologische Vorteile und Auswirkungen der Demonstratoren aufzuzeigen. ThermaFLEX wird die Demonstratoren durch die Zusammenarbeit und Unterstützung eines starken Konsortiums aus renommierten Forschungspartnern und Universitäten, Energieversorgern und FW-Betreibern sowie Technologie- und Knowhow-Anbietern während der gesamten Umsetzung auf ein höheres Niveau heben. Zusätzlich bietet ThermaFLEX die Möglichkeit, diese Konzepte zu replizieren ThermaFLEX führt damit zu einem massiven Ausbau der Flexibilitätsoptionen für FW-Systeme in Österreich und Europa.

Presse

Artikel im Standard

Artikel in Zeitschrift zu ThermaFLEX

Projektwebsite

Twitter:

@leusbrocki
@aee_intec

 

 

Steckbrief

Projektnummer

868852

Koordinator

AEE - Institut für Nachhaltige Technologien (kurz: AEE INTEC)

Partner

FH JOANNEUM www.fh-joanneum.at
BIOENERGY 2020+ GmbH www.bioenergy2020.eu
StadtLABOR Innovationen für urbane Lebensqualität GmbH www.stadtlaborgraz.at
Technische Universität Graz – Institut für Wärmetechnik www.tugraz.at
Stadtwerke Gleisdorf GmbH www.stadtwerke-gleisdorf.at
WIEN ENERGIE GmbH www.wienenergie.at
Technische Universität Wien – Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe www.tuwien.at
Feistritzwerke-STEWEAG-GmbH www.feistritzwerke.at
JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH www.joanneum.at
AIT Austrian Institute of Technology GmbH www.ait.ac.at
Salzburg AG für Energie, Verkehr und Telekommunikation www.salzburg-ag.at
Rotreat Abwasserreinigung GmbH www.rotreat.at
SIR – Salzburger Institut für Raumordnung und Wohnen www.salzburg.gv.at/sir
Alois Haselbacher Gesellschaft m.b.H. www.haselbacher.at
Energie Steiermark AG www.energie-steiermark.at
Horn Consult
ENAS Energietechnik und Anlagenbau GmbH www.enas.at
Pink GmbH www.pink.co.at
GREENoneTEC Solarindustrie GmbH www.greenonetec.com
STM Schweißtechnik Meitz eU www.stm-meitz.at
Green Tech Cluster Styria GmbH www.greentech.at
FRIGOPOL Kälteanlagen GmbH www.frigopol.com
Abwasserverband Gleisdorfer Becken www.awv-gleisdorf.at
Schneid Gesellschaft m.b.H. www.schneid.at
Nahwärme Tillmitsch GmbH & Co KG www.haselbacher.at/nahwaerme

Schlagwörter

Fernwärme, Dekarbonisierung, Flexibilität, Wärmewende

Projektleitung

Ingo Leusbrock, i.leusbrock@aee.at

Dauer

02/11/2018 - 01/11/2022

Budget

4,578,347€