Virtus case story Niederrhein, Germany

Die Fernwärmeverbund Niederrhein Duisburg/Dinslaken GmbH & Co. KG ist ein Gemeinschaftsunternehmen der Stadtwerke Duisburg AG und der Stadtwerke Dinslaken GmbH. Seit über 40 Jahren gilt sie als Pionier nachhaltiger Fernwärme. Mit der zwischen 1980 und 1984 errichteten Fernwärmeschiene Niederrhein gehörte sie zu den ersten Fernwärmeverbundsystemen in Deutschland, die industrielle Abwärme zur Gebäudeheizung  nutzbar machten.

Heute erstreckt sich die Hauptschiene über rund 40 Kilometer und versorgt über Netzstationen mehrere Verteilnetze mit insgesamt 700 Kilometern Leitungslänge. Jährlich stellt das Netz rund 980 Millionen Kilowattstunden Wärmeenergie bereit – genug, um rechnerisch über 168.500 Haushalte in Dinslaken, Voerde und Moers zu versorgen.

Neben industrieller Abwärme wird zunehmend Wärme aus biomethanbetriebenen Blockheizkraftwerken, Biomasseanlagen und Altholzverwertung genutzt. Die Fernwärmeabnahme aus dem Kohlekraftwerk Duisburg-Walsum wurde bereits 2022 beendet.

Aktuell stammen über 50 % der jährlich verteilten 980 Millionen kWh Wärme aus erneuerbaren Quellen – bis 2030 sollen es über 80 % sein. Damit liegt das Netz deutlich über dem Bundesdurchschnitt von 20 %.

Der Übergang zu kleineren, dezentralen erneuerbaren Energiequellen und deren Ausbau haben die Komplexität von Druck-, Temperatur- und Durchflussbedingungen im Netz erhöht. Zusätzlich zur schwankenden Verfügbarkeit unvermeidbarer industrieller Abwärme, die innerhalb weniger Minuten zwischen 0 und 70 MW variieren kann, verschärft die zunehmende Anzahl von Einspeisepunkten diese Herausforderungen.

Besonders an den verschiedenen Netzstationen, an denen bis zu 60 MW Wärmeleistung aus dem Netz in die Verteilnetze ausgekoppelt werden, stieß die vorhandene Ventil- und Regeltechnik an ihre Grenzen. Die Folge waren Instabilitäten bei der Differenzdruck- und Volumenstromregelung, was zu schwankenden Temperaturen, suboptimaler Abstimmung der Stationen und Ineffizienzen im Pumpenbetrieb führte – mit negativen Auswirkungen auf die Netzstabilität, den Komfort der Endnutzer und steigende Betriebskosten.

Um den Netzbetrieb zu stabilisieren, entschied sich die Fernwärmeverbund Niederrhein für die schrittweise Modernisierung ihrer Netzstationen und den Einbau von Danfoss Virtus AFQMP 2 Hochleistungs-Differenzdruck- und Durchflussreglern mit Motorstellventilen und intelligenten AMEi 6 iSET-Stellantrieben.

Diese fortschrittlichen Regler:

• Erkennen Schwingungen bei geringer Last und passen die Ventileinstellungen autonom an, um optimale Durchflussbedingungen zu gewährleisten
• Passen sich dynamisch an wechselnde Differenzdruck- und Lastbedingungen an und sorgen so für Stabilität bei schwankender Nachfrage
• Ermöglichen durch Fernsteuerung (mit iSET-Anpassung an den iNET-Modus) noch mehr Präzision und Flexibilität
• Reduzieren die erforderliche Nennweite: Wo bisher DN 200 notwendig war, erwies sich DN 150 als ausreichend – ein spürbarer Kostenvorteil
• Gewährleisten den ganzjährigen Betrieb mit einem einzigen Ventiltyp; saisonale Anpassungen entfallen
• Erfüllen die Sicherheitsnormen DIN EN 14 597 und gewährleisten so einen sicheren Betrieb in kritischen Fernwärmeumgebungen

Nachdem die Danfoss Virtus AFQMP 2 Regler in insgesamt drei Netzstationen in Dinslaken und Duisburg installiert wurden, waren folgende Ergebnisse zu verzeichnen:

✓ Verbesserung des Schwingungsverhaltens bei Teil- bzw. Kleinstlast, was zu einer stabilen Durchflussregelung führt
✓ Stabilisierte Temperaturen in den lokalen Verteilnetzen
✓ Optimierung der hydraulischen Verhältnisse in der zentralen Fernwärmeschiene, dadurch reduzierte Betriebskosten
✓ Verbesserung der Gesamteffizienz durch niedrigere Rücklauftemperaturen
✓ Nahtlose Integration in das digitale Netzmanagement ebnet den Weg für weitere Modernisierung

Aufgrund dieser sehr guten Resultate werden die Danfoss Lösungen nun .schrittweise in weiteren Netzwerkstationen installiert

Darüber hinaus ist geplant, die Lösung Virtus AFQMP 2 bis 2028 in allen Stationen des Fernwärmeverbunds Niederrhein zu installieren.

Die Realisierung intelligenter Hydraulikregelungen ist ein wichtiger Schritt zu Fernwärmenetzen, die sich auch bei dezentraler Energieeinspeisung als effizient und resilient erweisen und so die umfassende Einbindung Erneuerbarer Energiequellen in die Fernwärmeversorgung ermöglichen.

Der Einbau der intelligenten Danfoss Virtus Regler mit iSET-Stellantrieben ermöglicht zudem die nahtlose Integration der Netzstationen in ein digitales Netzmanagement, was den Weg für weitere Modernisierungen ebnet.

Die Fernwärmeverbund Duisburg/Dinslaken GmbH & Co. KG setzt mit dieser Lösung Maßstäbe für eine hydraulisch optimierte Fernwärmeversorgung.