Fernwärme Technik

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Fernwärme – die Technik verständlich erklärt

Einen großen Anteil an der Deckung des Strombedarfs in Deutschland haben thermische Dampfkraftwerke. Sie wandeln die bei der Verbrennung eines Stoffes freigesetzte Dampfwärme ausschließlich in Strom um. Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) arbeiten nach dem gleichen Prinzip. Auch hier wird Strom aus dem entstehenden Dampf erzeugt, allerdings wird ein Teil dieses Dampfes ausgekoppelt und für die Wärmebereitstellung genutzt.

Fernwärmeleitungen © focus finder, stock.adobe.com
Fernwärmeleitungen © focus finder, stock.adobe.com

Der Wirkungsgrad der elektrischen Energiegewinnung sinkt hierdurch zwar, dafür ist der Gesamtnutzungsgrad bei der Kraft-Wärme-Kopplung mit 60 bis 90 Prozent jedoch deutlich höher, als bei rein stromerzeugenden Anlagen, die es auf einen Wirkungsgrad von 30 bis 60 Prozent bringen. Durch die Erzeugung von Strom und Wärme innerhalb nur eines Industriebetriebes, kann der Brennstoffbedarf also deutlich gesenkt und die Wärme innerhalb eines Fernwärmenetzes für den Verbraucher bereitgestellt werden.

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Erzeugung der Wärme

Mehr als 80 Prozent der per Fernwärme bereitgestellten thermischen Energie wird innerhalb einer KWK-Anlage gewonnen. Die benötigte Wärme wird dabei vom Kraftwerk selbst durch einen Verbrennungsvorgang erzeugt. Hierbei kann generell jeder Brennstoff verwendet werden, der ein Temperaturniveau von mindestens 210 Grad Celsius aufweist. Neben fossilen Energieträgern, wie Kohle, Gas und Öl, kommen auch erneuerbare Energieträger, wie Holz, Biogas in Frage, ebenso wie Wärme, die aus Kernenergie oder Solar-, bzw. Geothermie gewonnen wird.

Für Fernwärme eigenen sich viele Brennstoffe
Für Fernwärme eigenen sich viele Brennstoffe

Die Wärme wird bei KWK-Anlagen zunächst innerhalb einer Kraftmaschine in Bewegungsenergie umgewandelt – aus thermischer Energie wird also mechanische Energie. Über einen Generator wird diese Bewegungsenergie dann in elektrische Energie umgewandelt. Bei einem Dampfkraftwerk, einer der am häufigsten für die Wärmebereitstellung innerhalb des Fernwärmenetzes genutzte KWK, wird der Energiequelle ein Teil der Wärme entzogen und an ein so genanntes Arbeitsmittel, in diesem Fall Wasserdampf, überführt.

Fernwärme: KWK-Anlagen sind effizienter als Dampfkraftwerke

Innerhalb einer Turbine wird nun ein Teil des Wasserdampfes mit Hilfe von Druckunterschieden in mechanische Arbeit umgewandelt. Nach der Ausdehnung des Arbeitsmittels verlässt dieses die Turbine wieder und gibt die restliche, ungenutzte Wärme an die Umgebung ab. Diese Abwärme wird für die Bereitstellung der Wärmeenergie über das Fernwärmenetz genutzt.

Fernwärme Schema
Fernwärme nutzt die Kraft-Wärme-Kopplung, © Bild: BFW Bundesverband Fernwärmeleitungen

Transport und Verteilung der Wärme

Als Transportmedium für die in der KWK-Anlage ausgekoppelte Abwärme wird in der Regel Wasser, entweder als Dampf oder in flüssiger Form verwendet, da es sich durch seine große Wärmekapazität besonders gut für den Wärmetransport eignet. In jüngster Zeit setzt man vermehrt auf Heißwassernetze und sondert Dampfnetze allmählich aus, da diese deutlich risikoanfälliger sind. Über isolierte Rohrleitungssysteme wird das heiße Wasser unter Druck zu den Verbrauchern transportiert. Über eine Kompaktstation erfolgt die Wärmeübergabe dann in den Warmwasserkreislauf des Verbrauchers. Bei Großverbrauchern kann der Fernwärmekreislauf auch direkt, ohne eine Trennung, an den Verbraucherkreislauf angekoppelt sein.

Fernwärme nutzt Wasserdampf der in der Turbine nicht mehr gebraucht wird
Fernwärme nutzt Wasserdampf der in der Turbine nicht mehr gebraucht wird
Übergabestation
Übergabestation, © Bild ulrichulrich wikipedia

Wie die Auslegung der Übergabestation beim Verbraucher beschaffen ist, richtet sich dabei in erster Linie nach dem Wärmebedarf für das Brauchwasser, weniger nach dem primären Bedarf an Heizwärme. Der Grund ist darin zu suchen, dass in jedem Fall die Wassertemperatur in der Warmwasseranlage auf einem Temperaturniveau von über 60 Grad Celsius gehalten werden muss, um eine Verunreinigung mit Legionellen zu vermeiden.

Zur Warmwasserbereitung sind drei gängige Varianten durchführbar, die sich nach den Bedürfnissen des Verbrauchers richten und einen entsprechend dimensionierten Fernwärmeanschluss voraussetzen. Das Durchflusssystem ist besonders für Verbraucher mit gleichmäßigem Warmwasserbedarf geeignet, da das benötigte Wasser direkt an der Übergabestation, ähnlich eines Durchlauferhitzers, erwärmt wird.

Für Einfamilienhäuser, die in der Regel über einen schwankenden Warmwasserbedarf verfügen, ist das Speichersystem besser geeignet. Hierbei kann der Fernwärmeanschluss kleiner ausgelegt werden, da das Wasser innerhalb eines Speichers erwärmt wird und bei Bedarf entnommen werden kann. Das Speicher-Lade-System kombiniert die beiden Varianten miteinander und wird auf einen Durchschnittswasserverbrauch ausgelegt, der ebenfalls eine kleinere Auslegung des Fernwärmeanschlusses erlaubt. Bei allen Varianten wird das abgekühlte Wasser nach dem Gebrauch über die Hausstation wieder an das Rohrsystem des Versorgers abgegeben und zur Erzeugeranlage zurück transportiert.

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