Von:
Julian Hackert, Junior Consultant bei der Horizonte-Group und
Brian Tissen, Projektleiter Transformationsplanung bei den Stadtwerken Marburg
Die Stadtwerke Marburg GmbH betreibt auf dem Stadtgebiet der Universitätsstadt Marburg mehrere Fernwärmenetze. Im Zuge der Wärmewende und der Dekarbonisierung der Wärmenetze erstellt die Stadtwerke Marburg GmbH aktuell einen Transformationsplan für das Stadtnetz und zwei kleinere Wärmenetze, welche perspektivisch verbunden werden. Ein Transformationsplan stellt den Umbau eines bestehenden Wärmenetzes – mit dem Ziel der Treibhausgasneutralität bis 2045 – in zeitlicher, technischer und ökonomischer Hinsicht dar.
Zwei Herausforderungen
Bei der Dekarbonisierung des Marburger Fernwärmenetzes ergeben sich vor allem zwei Herausforderungen.
- Das Fernwärmenetz liegt im innerstädtischen Bereich, das Umfeld der Innenstadt ist durch die topografische Lage Marburgs nur schwer zu erschließen. Es gibt also wenig Platz für flächenintensivere Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien wie z. B. mit Solar- oder mittlere und tiefe Geothermie. Auch industrielle Abwärme oder Landwirte, welche große Mengen an Biogas produzieren, gibt es im innerstädtischen Bereich praktisch nicht.
- Heute gibt es nur wenige erneuerbare Wärmeerzeuger, welche auch im Winter, wenn der Heizbedarf am größten ist, effizient Wärme erzeugen können. Großwärmepumpen sind im Winter je nach Wärmequelle sehr ineffizient, synthetische Brennstoffe sind entweder nicht verfügbar oder noch nicht wirtschaftlich einsetzbar.
Optionen zur Wärmeerzeugung
Um eine versorgungssichere, klimafreundliche und ökonomisch darstellbare Wärmeversorgung zu garantieren, müssen also neue, innovative Lösungen zur Wärmeerzeugung her. Im Rahmen der Potenzialanalyse wurden in Marburg folgende Möglichkeiten zur Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien identifiziert:
- Wärmegewinnung aus dem Abwasser ist keine Neuheit, jedoch in Deutschland noch nicht weitflächig verbreitet. Abwasser weist ganzjährig hohe Temperaturen auf und kann somit auch im Winter zur effizienten Wärmeerzeugung genutzt werden. Wärmetauscher können zudem direkt im Kanalsystem angebracht werden, so dass nur wenig der begehrten innerstädtischen Fläche benötigt wird. Es müsste dem entsprechend nur eine Fläche für die Peripherie (Wärmepumpe, Speicher, etc.) zur Verfügung gestellt werden.
- Wärmegewinnung aus Trinkwasser ist bislang in Deutschland noch nicht umgesetzt worden. In Folge des Klimawandels haben Trinkwassernetze jedoch Probleme mit steigenden Temperaturen. Eine Nutzung der Wärme würde also sowohl das Trinkwassernetz kühlen als auch Wärme für das Fernwärmenetz bereitstellen. Bei der Wärmegewinnung aus Trinkwasser, wird die Wärme mit einem externen Wärmetauscher entzogen und in den Sekundärkreislauf der Wärmepumpe übertragen. Durch den Wärmetaucher sind die beiden Kreisläufe voneinander getrennt.
- Die Wärmegewinnung aus Grundwasser ist für Marburg sehr interessant. Das Marburger Fernwärmenetz liegt unmittelbar in der Nähe der Lahn, wodurch schon in geringer Tiefe wasserführende Schichten gefunden werden können. Im Winter führt die Lahn mehr Wasser, so dass auch aus dem Grundwasser eine größere Wärmeentnahme möglich ist. Der Platzbedarf für die Wärmegewinnung ist zudem gering, teilweise kann bereits auf vorhandene Brunnen zurückgegriffen werden. Für die Wärmegewinnung werden zwei separate Brunnen benötigt (Saug- und Schluckbrunnen). Aus dem Saugbrunnen wird das Grundwasser entnommen und durch den Wärmetauscher geleitet. In dem Wärmetauscher wird anschließend die Wärme an den Primärkreislauf der Wärmepumpe übertragen und dort genutzt. Nach Abkühlung wird das Grundwasser in den Schluckbrunnen geführt.
Lösungsansatz der Stadtwerke Marburg
Für die Transformation ist eine Kombination verschiedener Technologien zur erneuerbaren Wärmeerzeugung notwendig. Im innerstädtischen Bereich sind viele Technologien zur erneuerbaren Wärmeerzeugung nur schwer oder gar nicht einsetzbar, so dass auf innovative Wärmeerzeugungsmöglichkeiten zurückgegriffen werden muss. Die Stadtwerke Marburg haben dabei vor allem die Nutzung von ganzjährig anfallenden Wasserquellen, wie Ab-, Trink-, Grund- und Flusswasser identifiziert. Dies unterstreicht auch, dass bei der künftigen Planung von Energienetzen im Zuge der Wärmeplanung auch Trink- und Abwassernetze berücksichtigt werden müssen.
Zudem hat sich gezeigt, dass die Transformationsplanung eine fachbereichsübergreifende Zusammenarbeit erfordert. Für das Projektmanagement und die technische Unterstützung begleitet die Horizonte-Group GmbH die Transformationsplanung im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Wärmenetze. Zudem werden die Stadtwerke Marburg bei der Potenzialermittlung im Zuge der Transformationsplanung durch Institute wie die TU Darmstadt (Fachbereich Wasserbau und Hydraulik) und das ITEE (Institut für Transformationsaufgaben in der Energiewirtschaft und Energietechnik) unterstützt. Bei der Umsetzung der Transformationsplanung soll auch auf die Expertise der Fachverbände (AGFW und DVGW) zurückgegriffen werden. (sg)
