Um die aufkommenden Herausforderungen hinsichtlich einer Reduzierung der Investitions- und Heizkosten zu erfüllen, haben sich die Fernwärmesysteme im Laufe der Jahre weiterentwickelt. Zusätzlich wurden sie hinsichtlich der Forderung nach einem geringeren Platzbedarf und einer verbesserten Energieeffizienz sowie zur Erreichung von Umweltzielen angepasst. Ihre Entwicklung untergliedert sich in vier Generationen, die durch wesentliche Änderungen bei den verwendeten Technologien charakterisiert sind.
Wie haben sich diese Systeme verändert und weiterentwickelt? Welche Energiequellen und Technologien wurden früher eingesetzt, und welche heute? Welche neu aufkommenden Technologien gibt es? Im nachfolgenden Text finden Sie alle Antworten.
Von der Dampf- zur Sektorintegration
Hauptmerkmale der 1. Generation Ein Fernwärmesystem der 1. Generation transportierte die Wärme mithilfe von Wasserdampf, welcher Temperaturen von bis zu 200°C erreicht. Die Verbraucher waren teilweise kleine städtische Industrien, die Dampf in ihren Prozessen verwendeten und große Wärmeverbraucher wie Krankenhäuser und Wohngebäudekomplexe. Die hohe Wärmekapazität, die zu geringen Massenströmen führte, war einer der Hauptgründe für die Anwendung dieser Technologie, die bis 1930 eine übliche Methode zur Konstruktion von Fernwärmesysteme war.
Hauptmerkmale der zweiten Generation Zum Transport der Wärme bei einem System dieser Generation wurde unter Druck stehendes und auf Temperaturen von mehr als 100°C erhitztes Wasser verwendet. Dies stellt einen wesentlichen Unterschied zu den Fernwärmesystemen der 1. Generation dar, in denen Dampf zum Wärmetransport verwendet wird.
Diese Generation ermöglichte eine energieeffiziente Abwärmenutzung aus Kraftwerken und die Nutzung von Blockheizkraftwerken (BHKW). Durch die Nutzung der Abwärme von Kraftwerken wurde der Verbrauch fossiler Brennstoffe im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Wärme und Elektroenergie, wie sie in der ersten Generation üblich war, um 50 % reduziert.
Haupttriebkräfte für die Entwicklung der 2. Generation von Fernwärmesystemen waren eine erhöhte Betriebssicherheit, eine verbesserte Effizienz der Wärmeverteilung und des Betriebs der Wärmeanlagen sowie die Möglichkeit zur Verwendung einer breiteren Vielfalt von Wärmequellen, als in der 1. Generation.
Die 3. Generation von Fernwärmesystemen brachte Komponenten mit verringertem Material- und Arbeitsaufwand mit sich, die in Kombination mit allgemein niedrigeren Temperaturen (unter 100 °C) zur Anwendung kamen.
Hauptmerkmale der dritten GenerationEin Fernwärmesystem der dritten Generation zeichnet sich im Vergleich zur zweiten Generation durch eine erhöhte Energieeffizienz aus, die durch niedrigere Betriebstemperaturen sowie reduzierte Investitions- und Betriebskosten aufgrund der Vorfertigung, Vormontage und Vorisolierung bereits bei der Fertigung erreicht wird. Außerdem wurde das Gemisch an Brennstoffen durch den Einsatz umweltfreundlicherer und erneuerbarer Quellen verändert, was unter anderem zu verringerten Emissionswerten führt.
Im Anschluss an die 3. Generation ergibt sich eine neue Entwicklungsrichtung. Diese ist durch die Transformation der Energiesysteme hin zu einem nachhaltigen, vernetzten Energiesystem gekennzeichnet. Dieses System basiert auf einem hohen Anteil erneuerbarer Energiequellen zum Heizen und Kühlen, einer intelligenten Integration der Energiesektoren und gleichzeitig auf reduzierten spezifischen Gebäudeenergieverbräuchen sowie Vor- und Rücklauftemperaturen
Zukünftige Entwicklungen: Was kommt als nächstes?
Die meisten Fernwärmesysteme, die derzeit betrieben werden, sind als Fernwärmeanlagen der dritten Generation zu klassifizieren. Gerade beginnt die Fernwärmetechnik, den Übergang zur 4. Generation zu vollziehen, um sich den Herausforderungen künftiger nichtfossiler und erneuerbarer Energiesysteme stellen zu können. Um den Anforderungen des zukünftigen Energiesystems gerecht zu werden, werden bestehende Fernwärmesysteme in die nächste Generation, die 4. und fortschrittlichste Generation, überführt.
In der Branche wird viel über zukünftige Fernwärmegenerationen gesprochen. Gleichzeitig zeigt es sich, dass die beabsichtigte Entwicklung von der 4. zur 5. Generation auf keinen Fall sequenziell, sondern eher parallel verlaufen wird.
Fernwärme auf Niedertemperatur- oder Umgebungstemperaturbasis?
Unsere Experten vom Danfoss Application Center – Oddgeir Gudmundsson und Jan Eric Thorsen – haben kürzlich eine Studie veröffentlicht, in der sie die 4. und 5. Generation miteinander vergleichen. Die Studie bezieht sich auf Dänemark und das Vereinigte Königreich und vergleicht eine Reihe von Schlüsselparametern wie Kosteneffizienz und Flexibilität.
Für die untersuchten Standorte zeigt die Studie, dass die 4. Generation angesichts der Kosten für die Einrichtung und den Betrieb des Systems nach wie vor die attraktivste Lösung ist. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Fernwärme der 4. Generation nicht nur kosteneffizienter ist als Fernwärme der 5. Generation, sondern auch in Bezug auf Sicherheit, Zuverlässigkeit, Flexibilität und Widerstandsfähigkeit eine bessere Leistung erzielt.
Die komplette Studie finden Sie auf ScienceDirect. Sie können zu diesem Thema auch die nachfolgenden Quellen nutzen:
