Von: Oliver Kisignácz, Senior Manager bei der Horizonte-Group AG
Bislang wurde die Wärmeversorgung mehr als ein analoges, denn als ein digitales Thema betrachtet. Die Steuerung einer Wärmeerzeugungsanlage oder eines Wärmeversorgungsnetzes geschieht zwar schon seit langem über elektronische Regelungen und hochkomplexe Prozessleitsysteme. Der Fokus der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik liegt bisher jedoch in erster Linie auf der Bereithaltung von Temperaturen und Druckniveaus in Abhängigkeit von Außentemperatur und ggfs. von realisierten Volumenströmen.
Effizienz im wechselnden Anlagenbetrieb ist im Standardfall das Ergebnis aus dem realisierten Anlagenbau, das heißt dem Aufbau und der Dimensionierung der Anlagen, der Anlagenhydraulik sowie der analogen Einregulierung von Volumenströmen beim Verbraucher. Doch die Digitalisierung durchzieht nun auch den Wärmebereich.
Oben rechts: Leistungdauer der Leistungsspitzen
Unten links: Fahrweise der Erzeuger zur Wärmeversorgung im geordneten Lastgang
Unten rechts: Entnahme der Wärme im geordneten Lastgang
Einheitliche Messkonzepte können Ineffizienzen reduzieren
Was passiert mit der Anlageneffizienz, wenn Anlagen überdimensioniert sind, hydraulisch ungünstig verschaltet sind oder nicht im bestimmungsgemäßen Betrieb gefahren werden? In den meisten Fällen werden solche Ineffizienzen gar nicht sichtbar und führen zu unnötigen Energieverbrauch. Vor allem bei großen Gebäudekomplexen und Fernwärmenetzen wirkt die Ineffizienz der Verbraucher auf den Verteilungs- und Erzeugungswirkungsgrad.
Versorgungsunternehmen schützen sich soweit wie möglich durch Regelungen in den technischen Anschlussbestimmungen und begrenzen die Rücklauftemperatur auf ein „erträgliches“ Temperaturniveau. Wirkliche Effizienzsteigerungen werden jedoch erst dann möglich, wenn Wärmemengenmessung und die Übertragung der Zählermesswerte auf ein intelligentes, selbstlernendes System übertragen werden. Um dies zu erreichen müssen einheitliche Messkonzepte entwickelt werden.
Das Messkonzept umfasst dabei neben messtechnischen Lösungen auch die digitale Messdatenübertragung für die verschiedene Anwendungsfälle und die örtlichen Gegebenheiten. Weiterhin sind jedoch insbesondere auch die Prozesse, Verantwortlichkeiten und Systeme für beispielsweise die Stammdatenhaltung, abrechnungsrelevante Daten und die Erzeugung von „Mehrwertdaten“ mitzudenken.
Erkenntnisse aus der Umsetzung
Die Horizonte-Group hat im Zuge der Entwicklung eines Anlagenmonitorings für die Sparte der Wärmeversorgung mehrere Projekte begleitet und ausgewertet. Neben den Anforderungen an das Back-End-System mit den Datenverarbeitungsprozessen sowie den Anforderungen an das Front-End-System zur Visualisierung der Messwerte, konnten zahlreiche Erkenntnisse gesammelt werden.
Zum Einen konnten die Experten Wissen zur Messung selbst aufbauen, etwa zu Abtastraten, Erfassung der relevanten Werte wie Temperatur, Durchfluss, Dimensionierung, aber auch zum Datenlogging. Darüber hinaus konnten verschiedene Faktoren der Übertragungstechnik (Funkmessung, LoRa, Gateway-Integration) sowie der Übertragung in die Abrechnungssysteme geprüft und verglichen werden.
In den realisierten Projekten bestätigten sich Ergebnisse hinsichtlich der erwarteten Überdimensionierung von Wärmeversorgungsanlagen, die auf Lastspitzen ausgelegt sind. Die Fahrweise von multivalenten Anlagen, der Einfluss von Pufferspeichern, die Höhe und Dauer einer Leistungsspitze und die hydraulischen Verhältnisse in Wärmestationen haben jedoch neue Erkenntnisse für die Dimensionierung und Planung, den Bau und effizienzorientierten Betrieb gebracht.
Neue Überlegungen für Fernwärmeversorger und Wärme-Vertrieb
Für Fernwärmeversorger ergeben sich auf Basis dieser Erkenntnisse grundsätzlich neue Überlegungen – insbesondere im Rahmen der Wärmetransformation und der Anforderung einer Effizienzsteigerung im Fernwärmenetz.
Aber auch für den Wärmevertrieb ergeben sich neue Impulse bei der Gestaltung der Abrechnung wie der Tarifierung von abgenommenen Wärmemengen in Abhängigkeit der Rücklauftemperatur, dem Aufbau der Monatsrechnung mit Hinweisen für den Kunden und sein Nutzerverhalten, der Ableitung von Zeiten für die Vorlaufsenkung im Netz oder der Kundenanlage sowie Ableitungen für die Entwicklung von Business-Cases zum Anreizen von Energieeinsparung oder auch zur Umsetzung der CO2-Kostenteilung.
Erfolgt eine Übertragung der Ergebnisse in eine Energiesimulation zur Wärmeversorgung wird deutlich, wie groß die Leistung des regenerativen Grundlast- und Spitzenlasterzeugers sein muss, um die gesetzliche Anforderung von 65 Prozent der Erneuerbaren Energien in der Wärmeversorgung zu realisieren.
Neben dem Aufbau des Messkonzeptes, der nachgelagerten Datenübertragung und -Verarbeitung ist der Aufbau für ein ganzheitliches Effizienz-Monitoring besonders relevant. In der Praxis hat sich dabei der Aufbau folgender einzelner Entwicklungsstufen bewährt: Sichtbarkeit erreichen, Benachrichtigungsketten implementieren, Handlungsempfehlungen für Effizienz automatisiert ableiten, Effizienzsteigerungen umsetzen – diese Hebel können langfristig einen Beitrag zum nachhaltigeren Betrieb der Wärmeversorgung leisten und gleichzeitig Kosten senken.
Fazit: Intelligente Wärmemessung bietet viele Hebel für Effizienzsteigerungen
Die intelligente Messung in der Wärmeversorgung ist ein Baustein zur Sicherstellung von Effizienz für Fernwärmeversorger und Anlagenbetreiber gleichermaßen. Die reine Erzeugung von Daten darf hier jedoch nicht im Vordergrund stehen.
Vielmehr muss vor Aufbau der Messkonzepte der Verwendungs- und Entwicklungspfad sowie die Datenorganisation bedacht werden. Dabei steht die intelligente Wärmemengenmessung direkt im Zusammenhang mit den Anforderungen der AVBFernwärmeV (Stichwort Vertragsleistung), der FFVAV, der Transformationsplanung der Wärmenetze sowie des Energieeffizienzgesetzes. (sg)
