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Hochtemperatur-Wärmepumpen-Energiespeicher als dekarbonisierter Flexibilitäts-Ersatz fossiler Kraftwerke, Teilvorhaben: Untersuchung der Wärmeauskopplung von MHWS-Speichern und des Einsatzpotenzials der MHWS-Speicher in Deutschland

In diesem Vorhaben wird eine der Schlüsselkomponenten zu einer netzdienlichen Langzeit-Energiespeicherlösung auf Basis von Malta’s Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern (MHWS) entwickelt und das MHWS Einsatzpotential in Deutschland untersucht. Die MHWS-Speichertechnologie stellt bei der Ausspeicherung gleichzeitig Strom und Wärme bereit, sodass die Elektrifizierung des Wärmesektors über Kraft-Wärmekopplung ebenfalls erfolgen kann. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Kraftwerks-maßstäbliche Untersuchung neuer Flüssigsalz-Luft Wärmeübertrager als kritische MHWS-Schlüsselkomponente in der Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (TESIS) des DLR. Diese Untersuchung stellt einen sehr wichtigen Qualifikations-Schritt dar, das Wärmepumpen Strom- und Wärmespeicher Konzept zu Kraftwerksgröße hochzuskalieren und damit fossile Gaskraftwerke samt ihren Flexibilitäts- und Netzstabilisierungsdiensten in Zukunft zu ersetzen. Damit ebnet dieses Vorhaben den Weg, für die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit deutsche Turbomaschinen als weitere Kernkomponente von Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern einzusetzen. MHWS verfolgt folgende Hauptziele im Teilvorhaben: - Definition geeigneter Zielparameter für die Wärmeübertrager-Untersuchungen und die Integration der MHWS-Speichertechnologie in das Energiesystem (AP2) - Begleitung der Wärmeübertragertests und Auswertung der Testergebnisse (AP 3) samt ihrer Auswirkung auf Design und Betrieb eines MHWS-Speichers (AP 6) - Anpassung des MHWS-Speichermodells für Wärmeauskopplung und Kostenermittlung unterschiedlicher Speicherkonfigurationen (AP6) - Technoökonomische Bewertung der MHWS-Speichertechnologie mit Integration in Strom- und Wärmenetze und Untersuchung des Marktpotentials in Deutschland (AP7)

Saisonale Kaeltespeicherung im Erdreich

Zielsetzung: Bereits 1987 wurde in einem Firmengebaeude in Wetzlar erstmals der Erdsondenteil einer erdgekoppelten Waermepumpe als Kaeltespeicher benutzt und direkt zur Kuehlung eines Konferenzraumes im Sommer herangezogen. Nunmehr sollen durch weitere Untersuchungen die Einsatzfaehigkeit und Auslegungskriterien fuer derartige energiesparende Raumkuehlungsanlagen festgestellt werden. Arbeiten und bisherige Ergebnisse: In zwei Gebaeuden (Technorama, Duesseldorf, und Betriebsgebaeude Geotherm, Linden) wird eine Raumkuehlung mit Kaeltespeicherung im Erdreich betrieben. Dabei ist in Linden nur die direkte Kaelterueckgewinnung vorgesehen, waehrend in Duesseldorf zur Deckung des Spitzenbedarfs reversible Waermepumpen zugeschaltet werden koennen. Beide Anlagen haben im Sommer 1991 voll zufriedenstellend gearbeitet. Studien fuer den Einsatz in anderen Gebaeuden liegen vor; fuer die Auslegungsrechnung wurden PC-Programme der Universitaet Lund, Schweden, eingesetzt. In einem eigenen Projekt wurde ein Bericht zum Stand der Technik erstellt.

Regionaler zellularer Verbund von Versorgungseinheiten mit Netzregelaufgaben

Für einen stabilen Netzbetrieb muss das Angebot an elektrischer Leistung stets dem Verbrauch entsprechen. Dazu halten die Übertragungsnetzbetreiber Regelleistung zur Primär- und Sekundärregelung sowie Minutenreserve vor. Mit der Zunahme der Leistungseinheiten mit volatiler Netzeinspeisung aus erneuerbaren Energien, wie Windkraft und Photovoltaik, erhöht sich permanent der Bedarf an Regelleistung. Gleichzeitig wird die eingespeiste Leistung aus konventionellen Großkraftwerken und damit die zur Verfügung stehende Regelleistung abnehmen. Aktuelle Studien zeigen zudem, dass in der Primärregelung künftig signifikant kürzere Reaktionszeiten und höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeiten erforderlich sind. Die so entstehende Bedarfslücke kann künftig durch regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten abgedeckt werden. Sie sind gekennzeichnet durch eigene dezentrale Versorger-, Verbraucher- und Speicherkapazitäten , insbesondere Industriebetriebe mit eigenen Heizkraftwerken auf Basis von Gas, Biomasse oder Kohle mit Priorität der Wärmeversorgung, Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen sowie elektrische Batteriesysteme und thermische Speicher. Sie stellen nach außen einen Verbund mit positiver und negativer Regelreserve dar. Der Netzbetreiber kann die einzelnen Verbünde gestuft einsetzen und abrufen. Hierdurch entstehen zusätzliche Redundanzen, welche die Gesamtsystemstabilität erhöhen. Ziel des Vorhabens ist es zunächst, Lösungsansätze zu entwickeln, so dass regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten auch hochdynamische Netzregelaufgaben erfüllen können. Das komplexe Zusammenwirken von Energiebereitstellungs-, Nutzungs- und Speichereinheiten unterschiedlicher Energieformen stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. Die Übernahme von Netzregelaufgaben muss ohne Abstriche bei Prozess- und Versorgungsstabilität, Betriebszuverlässigkeit und Anlagenlebensdauer erfolgen. Nur durch die Integration geeigneter Speicher, einer intelligenten Nutzung systeminhärenter Speicherkapazitäten sowie einer übergeordneten Steuerung und Überwachung des komplexen dezentralen Systems können die Anforderungen erfüllt werden. Als Entwicklungsplattform und Demonstrator soll das Technikum des Zentrum für Energietechnik (ZET) der TUD dienen. Es repräsentiert einen derartigen Verbund dezentraler Erzeuger- und Verbrauchereinheiten von Elektroenergie und Wärme mit Kopplung zum Strom- und Wärmenetz des lokalen Energieversorgers im Universitätscampus.

Hochtemperatur-Wärmepumpen-Energiespeicher als dekarbonisierter Flexibilitäts-Ersatz fossiler Kraftwerke, Teilvorhaben: Wärmeüberträgeruntersuchungen und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des entwickelten Speichers

In diesem Vorhaben wird die Schlüsselkomponente zu einer netzdienlichen Langzeit-Energiespeicherlösung auf Basis von Malta’s Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern (MHWS) entwickelt und das MHWS Einsatzpotential in Deutschland untersucht Die MHWS-Speichertechnologie stellt bei der Ausspeicherung gleichzeitig Strom und Wärme bereit, sodass die Elektrifizierung des Wärmesektors über Kraft-Wärmekopplung ebenfalls erfolgen kann. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Kraftwerks-maßstäbliche Untersuchung neuer Flüssigsalz-Luft Wärmeübertrager als kritische MHWS-Komponente in der Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (TESIS) des DLR. Diese Untersuchung stellt einen sehr wichtigen Qualifikations-Schritt dar, das Wärmepumpen Strom- und Wärmespeicher Konzept zu Kraftwerksgröße hochzuskalieren und damit fossile Gaskraftwerke samt ihren Flexibilitäts- und Netzstabilisierungsdiensten in Zukunft zu ersetzen. Damit ebnet dieses Vorhaben den Weg, für die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit deutsche Turbomaschinen als Kernkomponente von Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern einzusetzen. Das DLR verfolgt folgende Hauptziele im Teilvorhaben: - Definition geeigneter Zielparameter für die Wärmeübertrager-Untersuchungen und die Integration der MHWS-Speichertechnologie in das Energiesystem (AP2) - Untersuchung kritischer Detailaspekte an Wärmeübertragerprototypen (AP4) - Großskaligen 5 MW Wärmeübertragertest mit Testaufbau und Versuchsdurchführung (AP5) - Entwicklung und gegenseitige Validierung von thermodynamischen und abstrahierten Modellen der MHWS-Speichertechnologie (AP6) - Technoökonomische Bewertung der MHWS-Speichertechnologie mit Integration in Strom- und Wärmenetze mit Parameterstudien (AP7)

Fernwärme Stadtwerke Uelzen

Die Stadtwerke Uelzen GmbH ist ein modernes Energieversorgungsunternehmen im Herzen der Lüneburger Heide und bietet Ihnen alle Services rund um das Thema Energie aus einer Hand. Unter der Marke mycity versorgt das Unternehmen die Stadt Uelzen neben Erdgas und Wasser mit 100 % Ökostrom. Hier wird das Fernwärmenetz digital geführt, es werden alle Leitungen der Stadtwerke aus diesem Bereich dargestellt. Die Daten werden fortlaufend aktualisiert. Die Daten können von berechtigten Personen eingesehen werden.

EVI Energieversorgung Hildesheim GmbH & Co. KG - Fernwärmeversorgung.

Die EVI Energieversorgung Hildesheim ist ein Tochterunternehmen der Stadtwerke Hildesheim AG. Als modernes und dienstleistungsorientiertes Unternehmen bieten wir Ihnen eine sichere Energie- und Wasserversorgung zu wettbewerbsfähigen Konditionen. Zusätzlich profitieren Sie von unseren Service- und Beratungsleistungen. In unser Fernwärmenetz wird ausschließlich Wärme eigespeist, die in unserem Holzhackschnitzelheizkraftwerk erzeugt wird. Dieses produziert neben Wärme auch Ökostrom durch die Verbrennung von Biomasse in Form von Holzhackschnitzeln. Diese werden ausschließlich aus Waldresthölzern gewonnen.

Wärmespeicher für moderne Gebäude - Wohlfühlen und Geldsparen für die Wärmewende

Zielsetzung: Kaufentscheidungen werden zunehmend von Nachhaltigkeitsgedanken beeinflusst. Bei Gebäuden ist eine nachhaltige Entscheidung eine Entscheidung gegen Stahl und Beton, denn diese Baustoffe verursachen bereits bei der Gewinnung nicht vertretbare Mengen an CO2 (500-800kg CO2 /m² bei Massivbauten (DGNB)). Zudem sind sie nicht oder nur eingeschränkt recyclingfähig. Trotzdem fällt es vielen Kund:innen nach wie vor schwer in dieser „Once in a lifetime“-Entscheidung die ökologische Alternative, wie z. B. die Holzbauweise, zu wählen. Ein Grund sind die thermischen Eigenschaften solcher Leichtbauten. Die MELT-Ing GmbH ist eine Ausgründung der Hochschule Mannheim. Die Gründer forschen schon seit 10+ Jahren an Wärmespeicherlösungen. Das Produkt der jungen Firma sind sogenannte MELT-Plates. Das sind dünne und frei skalierbare Wärmespeicherplatten auf Basis von Phasenwechselmaterialien (PCM) die für den Einsatz in Gebäuden in ökologischer Leichtbauweise optimiert wurden. Sie können im Neubau oder bei Dachsanierungen in die Gebäudestruktur integriert werden und speichern in 1,2 cm die gleiche Wärmemenge wie eine 20 - 30 cm Betonwand. - Im Sommer bieten sie einen passiven Überhitzungsschutz - in den Übergangszeiten werden Schwankungen durch passive Pufferung reduziert und damit die Heizperiode verkürzt - im Winter ermöglichen sie Flexibilität für moderne Heizsysteme mit Wärmepumpen und erneuerbarem Strom Die Zielgruppe sind in erster Linie Hersteller:innen von Gebäuden in Leichtbauweise - zum Beispiel Holzfertighausbau, Modulbau, serielles Sanieren, temporäre Bauten - Unternehmergruppen auf die Trends effiziente serielle Vorfertigungen und ökologische Baumaterialien aufsetzen. Die MELT-Ing hat sich zum Ziel gesetzt die Wärme- und Bauwende als größte Hebel der Transformation gleichzeitig zu adressieren. Die größten Herausforderungen für das Startup sind neben langen Entscheidungsprozessen und unterschiedlichen Interessen verschiedener Akteure die aufwendige Zertifizierung neuer Bauprodukte und die Integration ihres Produktes in etablierte Gebäudekonstruktionen.

Errichtung einer Anlage zur Beheizung der Gewächshäuser einer Gärtnerei mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen, die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme nutzbar machen

Bei dem Pilotvorhaben der OCER Energie GmbH im niedersächsischen Zetel (Kreis Friesland/Niedersachsen), wird die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme genutzt, um Gewächshäuser einer Gärtnerei ganzjährig, kontinuierlich mit Wärme zu versorgen. Damit kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Erdgasheizung rund die Hälfte des Brennstoffs eingespart werden. Der Ausstoß an klimaschädlichem Kohlendioxid wird um rund 368 Tonnen pro Jahr verringert. Die im Rahmen des Vorhabens benötigte Wärmeenergie soll mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen Brunnenwasser aus rund 30 Meter Tiefe, das ganzjährig ca. 10 Grad Celsius warm ist, gewonnen werden. Zusätzlich soll auch die Abwärme der Gasmotoren genutzt werden. Da an sonnenscheinreichen Tagen eine Beheizung der Gewächshäuser nicht nötig ist, wird die Wärme in dieser Zeit in Wassertanks gespeichert und je nach Bedarf zugeführt. Das Vorhaben kann ein Modell für eine Vielzahl von anderen Gärtnereien und Einrichtungen sein, bei denen die benötigte Energie oft die größten Kosten verursacht und Grundwasser in ausreichender Menge zur Verfügung steht.

Erneuerbare Wärmenetze für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung ländlicher Siedlungen

Der ländliche Raum stellt eine besondere Herausforderung für die Wärmewende dar. Während in den Städten auf einen deutlichen Ausbau der Fernwärme gesetzt wird, findet regenerative Nahwärmenetze in ländlichen Siedlungen bisher zu wenig Berücksichtigung in den Studien für die Wärmewende. Hier setzt das Projekt ruralHeat an. Das Projektziel ist zum einen die wissenschaftliche Begleitung von Planung und Umsetzung der solaren Nahwärme in Bracht und Rüdigheim sowie zum anderen die Übertragbarkeit auf andere ländliche Siedlungen. Die Innovation in Bracht und Rüdigheim liegt darin, dass über 70% des Wärmebedarfs durch Solarwärme in Verbindung mit einem saisonalen Wärmespeicher gedeckt wird. Somit ist die Solarthermie nicht mehr ein 'fuel saver', sondern der Hauptwärmeerzeuger. Komplettiert wird das System mit einer Großwärmepumpe zur Speicherentladung und zwei Holzkesseln für die Spitzenlast. Das 100% regenerative Nahwärmekonzept ist zudem günstiger und wesentlich schneller umsetzbar als Maßnahmen an Einzelgebäuden (energetische Sanierung, Umstellung der Heizung). Die wissenschaftliche Begleitung unterstützt die beiden Bürgergenossenschaften bei Planung und Bau durch Simulationen zum Betrieb und Regelung der komplexen Anlage. Die Ergebnisse aus den beiden Demonstrationsanlagen sollen anhand von 10 Fallstudien auf die Übertragbarkeit auf andere ländliche Gebiete geprüft werden. Hierbei werden auch weitere technologische und energiewirtschaftliche Konzepte für 100% erneuerbare Nahwärmelösungen betrachtet und verglichen. Aus den Erkenntnissen wird ein webbasiertes Vorauslegungstool entwickelt, dass interessierten Kommunen oder Bürgerinitiativen bereits im frühen Stadium (d.h. mit wenig Inputdaten) eine Vorauswahl möglicher Nahwärmelösungen auf Basis erneuerbarer Wärme ermöglicht. Das Ziel des Vorauslegungstools ist somit eine Lenkungswirkung hin zur EE-Wärme und eine Hilfestellung für Kommunen, um den Aufwand für die Betrachtung möglicher Varianten zu reduzieren.

Fernwärmeleitungsnetz Stadtwerke Clausthal GmbH

Die Daten umfassen das Versorgungsnetz Fernwärme Clausthal-Zellerfeld. Fernwärme gelangt über Leitungen in die angeschlossenen Gebäude. Das Prinzip ist einfach: Zur Wärmeerzeugung strömt Gas in einen Verbrennungsmotor. Kinetische Energie und damit Wärme werden frei. Aus dem verbrannten Gas werden 2/3 Wärme und 1/3 Strom. Die Wärme gelangt gespeichert in heißem Wasser in einen geschlossenen Kreislauf, der Strom wird in das allgemeine Netz eingespeist.

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