Die Wärme-Energiewende braucht Netze!

Es steht fifty-fifty für die Energiewende: Während im Strombereich bereits über ein “Zuviel” diskutiert wird, hat der Wärmemarkt und damit auch Fernwärme immer noch ein riesiges Potenzial, denn mehr als die Hälfte der benötigten Endenergie entfällt auf Wärme. Und noch etwas ist anders als beim Strom: Auch wenn über fehlende Netzkapazitäten gejammert wird, so ist doch in unseren Breiten jeder Haushalt und jeder Betrieb ganz selbstverständlich an das öffentliche Stromnetz angeschlossen.

Solarwärme kann Energiewende anheizen

Das Heizen mit Fernwärme ist dagegen im deutschsprachigen Raum noch nicht so etabliert. Der Marktanteil in Europa liegt bei ca. 10 Prozent; einzelne Länder bringen es aber jetzt schon auf über 50 Prozent – besonders Dänemark hat bei den Solaren Großanlagen die Nase vorn. Im deutschsprachigen Raum ist immer noch das Heizen mit einer hauseigenen Anlage der Standard. Dabei lässt sich Fernwärme effizient bereitstellen und nutzen. Gerade die solare Fernwärme kann einiges dazu beitragen: Der Energiebunker in Hamburg beispielsweise versorgt ein Stadtviertel mit Wärme und die gerade entstehende Anlage in Büsingen ein ganzes Dorf. Die Wärme stammt jeweils aus einer großen Solarthermieanlage in Verbindung mit einem Biomassekraftwerk.

Wie kommt die Fernwärme ins Haus?

Hier kommen die Fernwärmenetze ins Spiel. Ganz ähnlich wie beim Trinkwasser geschieht die Verteilung der Wärme über ein verzweigtes Rohrleitungsnetz. Es ist als Druckleitungsnetz ausgelegt, durch das heißes Wasser als Wärmeträgermedium gepumpt wird. Die einzelnen Gebäude werden über Hausanschlussstationen versorgt. Im Normalfall handelt es sich um Systeme mit Vor- und Rücklauf. Dabei wird das warme Wasser zu den Endverbrauchern transportiert und die Wärme über einen Wärmetauscher abgegeben, das abgekühlte Wasser fließt zum Wärmeerzeuger (Heizkraftwerk, solare Großanlage…) zurück.

Viele Planungsentscheidungen rund um das Netz

Entweder besteht eine direkte Verbindung vom Heizwerk zu jeder Anschlussstelle (Strahlennetz), oder es wird ein Ringnetz aufgebaut. Letzteres eignet sich gut für größere Netze und es können mehrere Heizwerke integriert werden. Die Rohre sind schon ab Werk wärmegedämmt; am gebräuchlichsten ist das Kunststoffverbundmantelrohr (KMR) mit Stahlmediumrohr, das Temperaturen bis 140 Grad und bis zu 95 bar Druck aushält. Zum Vergleich: Ein Autoreifen benötigt einen Luftdruck um die 2 bar.

Die Rohre haben einen Durchmesser von wenigen Zentimetern bis einen Meter; bei einem kleinen Nahwärme-Netz kann man sich den Innendurchmesser um die 15 cm vorstellen. Verlegt werden die Rohre meist in öffentlichen Straßen und Wegen; bei einer Haus-zu-Haus-Verlegung können die Eigentumsverhältnisse zum Problem werden. Meistens liegen die Leitungen auf einem Sandbett im Boden, aber es gibt auch welche, die oberirdisch oder in begehbaren Leitungsgängen verlegt sind. Eingebaut werden die Leitungen entweder in einem offenen Rohrgraben (Vorsicht Baustelle :-)), oder auch unterirdisch: Z.B. wenn eine Autobahn im Weg ist – aber auch hier braucht es zumindest Start- und Zielbaugruben, und grabenlose Verfahren sind teuer.

Vorsicht Baustelle: Der beste Platz im Untergrund

Am besten lassen sich Fernwärmenetze realisieren, wenn sie von Anfang an in die Erschließungsplanung eines Baugebietes integriert sind. Beim Öffnen einer bestehende Straße findet man manchmal mehr Leitungen vor als Boden: Gas, Wasser und Abwasser, Telefon, Lichtwellenleiter und Kabelbündel für Strom konkurrieren um den besten Platz in der Unterwelt. Hier wäre eine Mehr-Sparten-Strategie gefragt, zum Beispiel wenn Sanierungen anderer Netzbetreiber anstehen – aus meiner Erfahrung im Tiefbau weiß ich, dass es oft alles andere als einfach ist, das zu koordinieren. Zumal nicht alle Netzbetreiber überhaupt ihren Leitungsbestand komplett im Griff haben.

Fernwärmenetz im Betrieb: Ein ausgeklügeltes System

Doch unser ideales Fernwärmenetz ist natürlich bestens dokumentiert und gesteuert. Die zwei wesentlichen Parameter im Betrieb sind Druck und Temperatur. Der Druck hängt von der Struktur des Netzes und der Topografie ab: Das warme Wasser muss auch den am ungünstigsten gelegenen Verbraucher noch sicher erreichen, und es darf nirgendwo Dampf entstehen. Die Strömungsgeschwindigkeit hängt mit dem Druck zusammen und darf weder zu niedrig sein (sonst kühlt das Wasser aus), noch zu hoch (Geräuschentwicklung). Die Betriebstemperaturen liegen meist zwischen 70 und 130 Grad beim Vorlauf bzw. 30 – 60 Grad beim Rücklauf. Bei kleinen Nahwärmnetzen hat sich eine niedrigere Netzvorlauftemperatur um die 90 Grad als wirtschaftlich erwiesen.

Einspeisetarife für Wärme aus Solarthermie?

Wer hat die Fernwärme erfunden? Gewissermaßen mal wieder die Römer, die ihre berühmten Bodenheizungen zum Teil über Rohrleitungssysteme mit warmem Thermalwasser versorgten. Fernwärme aus Geothermie ist auch heute möglich, denn Fernwärmenetze haben den Vorteil, dass Wärmeenergie aus verschiedenen Quellen eingespeist werden kann – nicht nur aus Biomassekraftwerken, Kraft-Wärme-Kopplung und Solarthermie, sondern z.B. auch aus industrieller Abwärme oder Abwasser – und sogar aus Stromüberschüssen, wie Bloggerkollege Andreas Kühl hier aus Flensburg berichtet. Ich sehe das als sinnvolle Ergänzung an, wenn durch PV-Strom fossile Brennstoffe ersetzt werden können (so wie in Flensburg, wo der Kohlekessel entlastet wird). Wenn bereits Solarthermie vorhanden ist, wird die “Stromwärme” nicht so dringend gebraucht… Trotzdem: Je besser die Abdeckung mit Wärmenetzen, desto einfacher ist es jedenfalls, alle möglichen Quellen zu nutzen. Ganz ähnlich wie beim Strom könnte es auch Einspeisetarife für Wärme geben – in Italien ist das für Wärme aus Solarthermie bereits Wirklichkeit. Und das, finde ich, ist eine mindestens so bahnbrechende Neuerung wie die Bodenheizung der Antike.

Quellen und Links:

• Informationsportal Nahwärme-Forum
• Euroheat & Power
• Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. (AGFW)

Titelfoto: (c) REHAU AG + Co, Foto Übergabestation: (c) Energy Solutions GmbH