Biomasse-Fernwärmenetze sind ein wichtiger Beitrag zur Realisierung einer nachhaltigen Energieversorgung und fördern zugleich die regionale Wertschöpfung. Der effiziente und emissionsarme Betrieb derartiger Anlagen setzt jedoch eine intelligente Vernetzung zwischen der Energiebereitstellung, der Energiespeicherung und der Energieverteilung voraus. Erst dadurch kann eine gezielte Anpassung der Lastverteilung an die optimalen Betriebsbedingungen der Wärmeversorgungseinheit unter Berücksichtigung der Nutzeranforderungen erfolgen.
Zur Analyse und Bewertung eines kleinen Fernwärmenetzes wie Mischendorf bedarf es einiger Kennzahlen, die auf Basis der gespeicherten Daten der Heizwerk-Visualisierung und zusätzlichen Messungen ermittelt werden können. Die wesentlichsten Einflussfaktoren auf die Effizienz des Fernwärmenetzes sind dabei die Netz-Wärmeverluste sowie der spezifische Volumenstrom, der Aufschluss über die notwendige Pumpenergie gibt. Mit Hilfe von Analysen aus den mehrjährigen Datenaufzeichnungen des Biomassekessels sowie des Fernwärmenetzes konnten einige Optimierungspotentiale identifiziert werden:
Netzpumpen
Die Dimensionierung der Netzpumpen erfolgt zur Deckung des Nennbetriebsfalles, der jedoch nur wenige Stunden im Jahr auftritt. Eine Detailanalyse der Netzpumpen in Mischendorf zeigte, dass die Pumpen fast 80 % der Betriebszeit mit einem Wirkungsgrad von unter 20 % betrieben wurden. Gründe dafür sind Überdimensionierung sowie ein falsches Regelungskonzept.
Durch den Einbau einer Kleinbereichspumpe mit automatischer Umschaltung sowie einer bedarfsgerechten Netzpumpenregelung konnte der elektrische Energieaufwand für die Netzpumpen erheblich reduziert werden. Vor allem in den Sommermonaten konnte der elektrische Energieaufwand für die Netzpumpen um fast 80 % reduziert werden.
Sekundärseitige Optimierung
Eine Minimierung der Netz-Rücklauftemperaturen hat folgende Vorteile:
- Minimierung von Wärmeverlusten im Netz
- Minimierung des Pumpaufwandes
- Maximierung der Energietransportkapazität des Netzes
Den größten Einfluss auf die Netz-Rücklauftemperaturen haben sekundärseitige Kundenanlagen. Mit Hilfe der analysierten Daten wurde eine Rangliste der Fernwärmekunden mit dem größten Optimierungspotential erstellt. Durch eine hydraulische Optimierung der Wärmeverteilanlage beim größten Kunden konnte somit eine deutliche Reduktion der Netz-Rücklauftemperatur erreicht werden (siehe Grafik, Differenz der blauen strichlierten und durchgezogenen Linie).
Weitere Optimierungsarbeiten
Die Datenanalyse brachte noch weitere Optimierungspotentiale zum Vorschein, die im Zuge des Projektes umgesetzt wurden
- Heizkurven und Rücklauftemperaturbegrenzung
- Boilerladung (Ladezeiten, Ladetemperaturen, Rücklauftemperaturbegrenzung im Boilerbetrieb)
- Außentemperaturabhängige Netzvorlauftemperatur
- Minimierung Differenzdruck am Netzende
- Optimierung Kesselvolumenstrom
Fazit
Durch datengetriebene Analysemethoden können Optimierungspotentiale bei Fernwärmen zielsicher identifiziert werden. Die Umsetzung führt, wie am Beispiel Mischendorf demonstriert, zu erheblichen Einsparungen von Biomasse und elektrischer Energie, welche sich innerhalb weniger Jahre amortisieren.