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Solar District Heating

Der Ausbau der erneuerbaren Energien im Bereich des Wärmemarktes wurde in den letzten Jahren verstärkt vorangetrieben. Dennoch betrug der Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch für Wärme im Jahr 2012 nur 10,4 %, gegenüber einem Anteil von 22,9 % am Bruttostromverbrauch. Seit dem Januar 2009 ist in Deutschland das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) in Kraft. Ziel des Gesetzes ist es, den Anteil der erneuerbaren Energien am Endenergieverbrauch für Wärme bis zum Jahr 2020 auf 14 % zu erhöhen.

In Deutschland verbrauchen die Privathaushalte rund 30 % des gesamten Endenergieverbrauchs. Damit bieten sie eines der größten Einsparpotentiale aller Energiesektoren. Für die Energieversorgung von Wohnsiedlungen wurden in den vergangenen Jahren Konzepte entwickelt, die bei möglichst geringen Mehrkosten den fossilen Brennstoffbedarf um etwa 50 % reduzieren. Ein wichtiger Baustein dieser Konzepte ist die Nutzung von solarthermischer Energie in Nahwärmeversorgungen mit und ohne saisonaler Wärmespeicherung.

Seit 1993 wurden in den Energieforschungsprogrammen "Solarthermie2000" und "Solarthermie2000plus" u. a. die Technik der Langzeit-Wärmespeicherung entwickelt und in Pilotanlagen umgesetzt. Das Forschungsprogramm "Solarthermie2000plus" endete im Dezember 2008. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu solarer Nahwärme und Langzeit-Wärmespeicherung werden mit der "Förderung von Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbare Energien" fortgeführt.



Pilotanlagen

Seit 1996 wurden in Deutschland insgesamt 11 Pilotanlagen mit Langzeit-Wärmespeicher realisiert. In der unten stehenden Tabelle sind die Baujahre, die Speichertypen, das Speichervolumen und die Kollektorfläche der einzelnen Pilotanlagen aufgeführt. Die Langzeit-Wärmespeicher wurden als Warmwasser-Wärmespeicher, Kies/Wasser-Wärmespeicher, Erdsonden-Wärmespeicher und Aquifer-Wärmespeicher ausgeführt, siehe Bild 2. Der 1996 gebaute Speicher in Hamburg wurde im Jahr 2010 zu einem Multifunktionsspeicher umgebaut und dient nunmehr nicht mehr nur als Wärmespeicher für die Solarkollektoren sondern nimmt auch Wärme aus KWK-Anlagen auf. Ausführliche Informationen über die Anlagen können zum Beispiel der Literatur, siehe "Relevante Projekte", entnommen werden.

Der Kies/Wasser-Wärmespeicher in Eggenstein ist in ein Schulgelände integriert, siehe Bild. Direkt an den Speicher ist ein so genanntes "Außenklassenzimmer" angeschlossen und der Speicher fügt sich harmonisch in das Gelände ein.

Bild 1: Blick auf den Kies/Wasser-Wärmespeicher in Eggenstein

Tabelle 1: Kenndaten der Pilotprojekte mit Langzeit-Wärmespeicher

 
Hamburg
Friedrichshafen
Neckarsulm
Steinfurt
Hannover
Baujahr
1996
1996
1997
1998
2000
Speichertyp
Warmwasser-
Wärmespeicher
Warmwasser-
Wärmespeicher
Erdsonden-Wärmespeicher
Kies/Wasser-Wärmespeicher
Warmwasser-
Wärmespeicher
Speichervolumen
4 500 m³
12 000 m³
63 360 m³
1 500 m³
2 750 m³
Kollektorfläche
3 000 m²
4 050 m²
5 884 m²
510 m²
1 500 m²
 
 
 
 
 
 
 
Chemnitz
Rostock
Attenkirchen
München
Eggenstein
Baujahr
 2000
 2000
 2001/2002  
2007 
2007 
Speichertyp
 Kies/Wasser-Wärmespeicher
 Aquifer-Wärmespeicher
Warmwasser- & Erdsonden-
Wärmespeicher
Warmwasser-
Wärmespeicher 
 Kies/Wasser-Wärmespeicher
Speichervolumen
 8 000 m³
20 000 m³ 
500 m³ &
9 350 m³ 
 6 000 m³
4 500 m³ 
Kollektorfläche
 540 m²*
 1 000 m²
 800 m²
2 877 m²
1 600 m² 
 
 
 
 
 
 
 
Crailsheim
Hamburg**
 
 
 
Baujahr
 2008
 2010
 
 
 
Speichertyp
 Erdsonden-Wärmespeicher
Warmwasser-Wärmespeicher 
 
 
 
Speichervolumen
 39 000 m³
 4 100 m³
 
 
 
Kollektorfläche
 7 410 m²
 
 
 
 

* Vakuumröhrenkollektoren, ** Multifunktionsspeicher, errichtet auf dem ursprünglichen Warmwasser-Wärmespeicher

Bild 2: Baukonzepte für Langzeit-Wärmespeicher

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Pilotanlage in Crailsheim

In Crailsheim entsteht gegenwärtig auf einem ehemaligen Kasernengelände die größte Anlage zur solaren Nahwärmeversorgung (SuN) in Deutschland, siehe Bild 3. Die Anlage um­fasst derzeit etwa 250 Wohneinheiten sowie eine Schule mit Sporthalle. Im Jahr 2012 waren an die sola­re Nahwärmeversorgung 7 410 m² Kollektorfläche, ein 39 000 m³ Erdsonden-Wärme­­speicher, zwei Pufferspeicher (100 m³ & 480 m³) und eine elektrisch an­ge­trie­be­ne Kompressions-Wärmepumpe mit einer elektrischen Leistung von 80 kW an­ge­schlossen. Das Anlagenschema ist in Bild 4 dargestellt und in Bild 5 sind die sanierten ehemalige Kasernengebäude (CBE-Gebäude) mit dachintegrierten Kollektoren zu sehen. Die solare Nahwärmeversorgung ist auf einen solaren Deckungs­an­teil von 50 %, bezogen auf den Wärmebedarf für Raumheizung und Trinkwarm­wasser, ausgelegt. Detaillierte Informationen können der Literatur, z. B. OTTI2012, entnommen werden.

Bild 3: Luftaufnahme der solaren Nahwärme in Crailsheim (Quelle: Stadtwerke Crailsheim)

Bild 4: Anlagenschema der solaren Nahwärme in Crailsheim

Bild 5: Blick auf die CBE-Gebäude mit dachintegrierten Kollektoren

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Relevante Projekte

* Weiterentwicklung innovativer Technologien zur solaren Nahwärme und saisonalen Wärmespeicherung (WinterSun, FKZ 0325998A) von Januar 2013 bis Mai 2015

* Wissen­schaftlich-technische Begleitung des Förderprogramms Solar­thermie2000plus zu solar unterstützter Nahwärme und Langzeit-Wärmespeicher (FKZ 0329607P) von August 2008 bis September 2012

* Solar unterstützte Nahwärme und Langzeit-Wärmespeicher (FKZ 0329607J) von Juni 2005 bis Juli 2008 

Solar unterstützte Nahwärme und Langzeit-Wärmespeicher (FKZ 0329607F) von Februar 2003 bis Mai 2005

* Solar unterstützte Nahwärmeversorgung mit und ohne Langzeit-Wärme­spei­cher (FKZ 0329606S) von November 1998 bis Januar 2003

* Solar unterstützte Nahwärmeversorgung mit und ohne Lang­zeit­wärme­spei­cher (FKZ 0329606C) von September 1994 bis Oktober 1998

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Projektpartner

Stadtwerke Crailsheim

Stadtwerke Neckarsulm

Gemeinde Eggenstein-Leopoldshafen

Wohnen in Rostock (WIRO)

Stadtwerk am See (früher Technische Werke Friedrichshafen)

Universität Innsbruck, Fakultät Technische Wissenschaften, Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften, Energieeffizientes Bauen (UIBK)

ZAE Bayern, Forschungsthema "Energiespeicher"

TU Chemnitz, Professur Technische Thermodynamik

TU Ilmenau, FG Thermo- und Magnetofluiddynamik

TU Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaften, Arbeitsgruppe "Angewandte Geothermie"

TU Braunschweig, Institut für Gebäude- und Solartechnik

Uni Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) 

Uni Stuttgart, Institut für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren (ILEK)

Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft

Steinbeis Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme (SOLITES)

Ingenieurgesellschaft für Energie-, Gebäude- und Solartechnik GmbH (EGS-plan)

Geothermie Neubrandenburg (GTN)

Sirch Tankbau

EINSTEIN (Effective INtegration of Seasonal Thermal Energy storage systems IN existing buildings)

DHI-WASY

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Links

www.saisonalspeicher.de

www.iea-shc.org

www.solar-district-heating.eu

www.ptj.de/solarthermie

www.bine.info 

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Kontakt

Dipl.-Ing. Dominik Bestenlehner

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