Fernwärmesysteme sind bei der Bereitstellung von Wärme nicht mehr wegzudenken und bekommen im Zuge der Umstellung auf umweltfreundlichere Technologien eine noch größere Bedeutung als je zuvor. Fernwärmesysteme gibt es schon seit einiger Zeit und ihre stetige Weiterentwicklung macht sie zu einer Schlüssellösung zur Dekarbonisierung der Wärmeerzeugung.
Im Laufe der Jahre hat es sich weiterentwickelt, um den Anforderungen gerecht zu werden, die sich in der Regel durch die Nachfrage nach geringeren Investitions- und Heizkosten ergeben haben. Es wurde auch an den geringeren Platzbedarf der Ausrüstung, die Energieeffizienz und das Erreichen nachhaltiger Ziele angepasst. Die Entwicklung wird in 4 Generationen unterteilt, die auf große technologische Veränderungen hinweisen.
Wie haben sich die Systeme verändert und entwickelt, welche Quellen und Technologien waren und sind heute im Einsatz? Welche neuen Technologien sind auf dem Weg? Alle Antworten finden Sie unten.
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.
Das Hauptmerkmal des FW-Systems der 2. Generation ist, dass die Wärme durch unter Druck stehendes überhitztes Wasser bei Temperaturen über 100 °C transportiert wird. Dies ist ein erheblicher Unterschied zu den FW-Systemen der 1. Generation, bei denen Dampf zum Transport der Wärme verwendet wird.
Diese Generation ermöglichte eine energieeffiziente Abwärmenutzung aus Kraftwerken und stellte sie in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) um. Durch die Nutzung der Abwärme aus Kraftwerken konnte der Verbrauch fossiler Brennstoffe im Vergleich zur getrennten Erzeugung von Wärme und Strom wie bei der ersten Generation um 50 % reduziert werden.
Haupttreiber für die Entwicklung des FW-Systems der 2. Generation waren eine erhöhte Betriebssicherheit, eine höhere Effizienz sowohl bei der Wärmeverteilung als auch beim Betrieb von Heizanlagen und die Möglichkeit, eine größere Vielfalt an Wärmequellen als bei der 1. Generation zu nutzen.
Das FW-System der 3. Generation brachte die eingesetzten material- und arbeitsschonenden Komponenten in Kombination mit generell niedrigeren Temperaturen (unter 100 °C) hervor.
Der Hauptvorteil des FW-Systems der dritten Generation gegenüber dem FW-System der zweiten Generation ist die erhöhte Energieeffizienz durch niedrigere Betriebstemperaturen und die reduzierten Investitions- und Betriebskosten durch mehr Vorfertigung, Vormontage und Vordämmung im Werk. Außerdem wurde das Gemisch an Brennstoffen durch den Einsatz umweltfreundlicherer und erneuerbarer Quellen verändert, was unter anderem zu verringerten Emissionswerten führt.
Nach der 3. Generation ist ein neuer Entwicklungspfad geprägt, der das Energiesystem in Richtung eines nachhaltigen und vernetzten Energiesystems transformiert. 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, vierte und fortschrittlichste Generation übergehen.
Über Fernwärmeerzeugung wird in der Branche viel über neue, kommende Generationen 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 kalte Nahwärme?
Unsere Experten vom Danfoss Application Center – Oddgeir Gudmundsson und Jan Eric Thorsen – haben kürzlich einen Artikel veröffentlicht, in dem sie die 4. und 5. Generation vergleichen. Ihr Vergleich basiert auf einer Reihe von Schlüsselparametern wie Kosteneffizienz und Flexibilität, während die Studie sich auf Dänemark und das Vereinigte Königreich bezieht. 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.
Sie können auf die vollständige Studie auf ScienceDirect zugreifen oder die folgenden Ressourcen lesen:
