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Beschreibung

Fernwärme- und Fernkältesysteme verteilen thermische Energie in Form von Dampf, Heißwasser oder gekühlten Flüssigkeiten von zentralen oder dezentralen Erzeugungsquellen über ein Netz an mehrere Gebäude oder Standorte zur Nutzung von Raum- oder Prozesswärme oder -kühlung. Im Interesse einer geringeren Umweltbelastung steht bei Fernwärmesystemen eine Kombination aus rückgewonnener und erneuerbarer Wärme im Mittelpunkt. Infolge des Pariser Abkommens von 2015 und des EU-Ziels, die Emissionen bis 2030 um mindestens 40 % unter das Niveau von 1990 zu senken, bemühen sich die Mitgliedstaaten verstärkt um die Förderung von Fernwärme und Fernkälte unter Verwendung alternativer Brennstoffquellen und kohlenstoffneutraler Wärmeerzeugungstechnologien. Diese Umstellung ist eine Herausforderung, da die Fernwärme nur 12 % der Wärmeversorgung in der EU ausmacht, wobei der Großteil der Energie in KWK-Anlagen erzeugt wird, die mit Erdgas und festen Brennstoffen wie Braunkohle betrieben werden.

Zu lösende Probleme

 

Kohlenstoffemissionen

Niedrigeffiziente Wärmeversorgung

Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen

Treibhausgasemissionen

Vorteile

Wichtigste Vorteile
  • Reduzierung der Treibhausgasemissionen

  • Reduzierung der lokalen Luftverschmutzung

Potenzielle Vorteile
  • Reduzierung des Verbrauchs von Fossilien

  • Steigender Anteil erneuerbarer Energien

  • Verbesserung der Energieeffizienz in der Energieversorgung

  • Reduzierung des Spitzenenergiebedarfs

  • Verbessert die Netzstabilität

Funktionen

Funktionen helfen Ihnen zu verstehen, was die Produkte für Sie tun können und welche Ihnen helfen werden, Ihre Ziele zu erreichen.
Jede Lösung hat mindestens eine Hauptfunktion, die zum Erreichen des grundlegenden Zwecks der Lösung erforderlich ist, und mehrere Zusatzfunktionen, die hinzugefügt werden können, um zusätzliche Vorteile zu bieten.

Hauptfunktionen
    Betreiben Sie with at least 32.5% energy efficiency

    Durch regionale Richtlinien festgelegte Mindesteffizienz

    Angebot heating temperature between 80 and 120°C

    Temperaturbereich für eine angemessene Verteilung und Nutzung

    Angebot cooling temperature between 6 and 7°C

    Temperaturbereich für eine angemessene Verteilung und Nutzung

    Verbinden Sie decentral systems to district network

    Diese Systeme müssen in das DH-Netz der Stadt integriert werden können.

Zusatzfunktionen
    Wiederherstellen up to 40% of energy

    Rückgewinnung von verschwendeter Wärmeenergie

    Verwenden Sie renewable energy sources for heat and cooling production

    Reduzierung der Energieerzeugung durch fossile Brennstoffe

    Erzeugen Sie low-temperature District Heating supply

    Senkung der variablen Kosten der Wärme- und Kälteerzeugung

Varianten

Beschreibung

Kohlenstoffneutrale und kohlenstoffarme Brennstoffe wie Biomasse, Abfall und Biogas werden zu einer attraktiven Alternative, um die Umweltauswirkungen von Feuerungsanlagen zu verringern. Obwohl diese Energiequellen Kohlenstoffemissionen erzeugen, sind sie über den gesamten Lebenszyklus hinweg kohlenstoffneutral. Biomasse-Energie ist kohlenstoffneutral, wenn beim Anbau der Biomasse so viel CO2 entfernt wird, wie bei ihrer Verbrennung in die Atmosphäre abgegeben wird. Abfälle und Biogas sind wiedergewonnene Materialien, die sonst entsorgt werden würden.

Beschreibung

Die Popularität von P2H-Anlagen wächst dank der zunehmenden installierten Kapazität von erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie. P2H-Anlagen nutzen den erzeugten Strom aus erneuerbaren Energien und wandeln ihn in Wärme um, entweder durch Heizwiderstände, Elektrodenkessel oder Wärmepumpen. Für eine effektive Integration von P2H ist das Verhältnis von erneuerbarer Energie zu fossiler Energieerzeugung zu berücksichtigen. Eine höhere installierte Kapazität an erneuerbaren Energien würde die Durchführbarkeit einer P2H-Anlage begünstigen. P2H bietet eine Alternative für ein Demand Side Management System. Wenn ein Überschuss an Strom aus erneuerbaren Energiequellen vorhanden ist, werden P2H-Anlagen zur Wärmeerzeugung eingesetzt.

Beschreibung

Die Solarthermie nutzt die Energie der Sonne zur Erzeugung von Wärmeenergie für den Einsatz in der Industrie sowie im Wohn- und Gewerbebereich. An Standorten mit hoher Sonneneinstrahlung (Jahres-GHI über 1000 kWh/m2) sind solarthermische Anlagen am günstigsten. In nordeuropäischen Ländern wie Dänemark (mit einem Jahres-GHI unter 1000 kWh/m2) trägt die Solarthermie jedoch in erheblichem Maße zum Fernwärmenetz bei. Die Solarthermie trägt in der Regel bis zu 20 % zur Gesamtwärmeversorgung bei, obwohl der Anteil der durch Solarenergie gedeckten Wärme auf Jahresbasis durch die Einbeziehung von saisonalen Speichern auf 50 % erhöht werden kann (SDH 2020). Große städtische Fernwärmenetze beziehen ihre Wärmeenergie in der Regel aus solarthermischen Großanlagen. Solarthermische Flachkollektoren sind die am häufigsten installierten Systeme.

Beschreibung

Diese Variante der Wärmeerzeugung wurde für die Nutzung der thermischen Energie von Rohren konzipiert, die den Rücklauf von Fernkältesystemen oder Abwasserleitungen führen. Dies wird durch die Verwendung eines Wärmetauschers und einer Wärmepumpe erreicht, die durch PV-Paneele angetrieben wird, in denen die Wärme für die Warmwasserbereitung in Wohngebäuden zurückgewonnen wird.

Die Durchführbarkeit der Abwärmenutzung hängt weitgehend von den nivellierten Kosten der Wärme für konventionelle Wärmeerzeugungsquellen ab. Diese Anwendungen sind mit hohen Kapitalkosten verbunden, so dass wirtschaftliche Anreize erforderlich sind, um eine Ausweitung zu ermöglichen.

Beschreibung

Niedertemperatur-Fernwärme ist eine Wärmeversorgungstechnologie für eine effiziente, umweltfreundliche und kostengünstige Gemeinschaftsversorgung. Im Vergleich zur konventionellen Fernwärme wird die Netzvorlauftemperatur auf ca. 50 °C oder sogar weniger abgesenkt.

Beschreibung

Das neuartige Konzept der kalten Fernwärmenetze zielt darauf ab, die Vorteile eines zentralisierten Energieverteilungssystems mit geringen Wärmeverlusten bei der Energieversorgung zu kombinieren. Dieser kombinierte Effekt wird durch die zentrale Bereitstellung von Wasser mit relativ niedrigen Temperaturen erreicht, das dann von dezentralen Wärmepumpen erwärmt wird. Diese Umwälzpumpen entnehmen das Wasser aus der warmen Leitung, nutzen es in einer Wärmepumpe, um es auf eine für die Raumheizung geeignete Temperatur zu bringen, und leiten das abgekühlte Wasser dann in die kalte Leitung ein.

Beschreibung

Absorptionskältemaschinen nutzen die Sammlung von Abwärme aus anderen Prozessen oder Anlagen, um einen thermodynamischen Prozess anzutreiben, mit dem Wasser gekühlt und für den HLK-Bedarf verteilt werden kann. Absorptionskältemaschinen erfordern nicht die Installation eines stadtweiten Fernkältesystems. Sie müssen in der Nähe eines konstanten Abwärmestroms installiert werden, z. B. in der Nähe des Abwassers einer Industrieanlage oder eines Universitätsgeländes.

Treibende Faktoren

  • Verringerung des Marktwettbewerbs: Abschaffung von Subventionen und anderen Anreizen für fossile Heizsysteme
  • Zugang zu Kapital: Bereitstellung von Demonstrationsprojekten, innovativer Finanzierung und Schuldengarantiemechanismen für die weitere Entwicklung großer Infrastrukturprojekte in Städten.
  • Akzeptanz bei den Bürgern: Die Akzeptanz bei den Bürgern muss erhöht werden, indem das Bewusstsein für die Vorteile von Fernwärme und -kälte gestärkt und diese herausgestellt werden. Angemessene Aktivitäten zur Einbindung der Bürger, wie z. B. lokale Informationsveranstaltungen, könnten geeignete Instrumente sein, um die Zustimmung zu erreichen.
  • Kommunale Unterstützung: Ermöglichung des Zugangs zu Straßen und öffentlichen Grundstücken für den Bau von Netzen und Wärmequellen. Außerdem muss sichergestellt werden, dass kommunale Gebäude an das Fernwärmesystem angeschlossen werden.
  • Transparenz: Daten über lokale Energieaudits, Forschung und Entwicklung sowie Leistung müssen verfügbar gemacht werden.
  • Ausstieg aus fossilen Brennstoffen: Hohe Steuern auf fossile Brennstoffe machen Umsetzungen, wie sie unter Varianten vorgestellt werden, wettbewerbsfähig.

Stadtkontext

Allgemeine Anforderungen für die Einführung von Fernwärme:

  • Hohe Wärmelastdichte: Da Wärmenetze sehr kapitalintensiv sind, muss das beheizte Gebiet dicht bebaut sein, um die erforderlichen Leitungslängen zu minimieren.
  • Wirtschaftliche Tragfähigkeit: Als Faustregel gilt, dass die Wärmelastdichte für die Fernwärmeversorgung höher sein sollte als 23 MWh pro Meter geplanter Netzlänge, um wirtschaftlich rentabel zu sein.
  • Standort des Gebäudebestands: Die Gebäude, die an das Wärmenetz angeschlossen werden sollen, sollten in der Nähe des bestehenden Netzes liegen, um die Länge der Anschlussleitungen zu minimieren. Dies wird sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten senken.
  • Standort der Wärmequellen: Moderne Wärmequellen verfügen über hochwertige Abgasreinigungssysteme. Daher können Wärmequellen, vorbehaltlich der Planungsbedingungen, in der Nähe oder im Zentrum von städtischen Gebieten angesiedelt werden, um die Länge der Netze zu minimieren. Der Standort der Wärmequellen muss im Voraus vereinbart werden.

Für die Nutzung von Fernwärme gibt es mehrere Voraussetzungen für die Flächennutzung:

  • Es ist sehr nützlich, eine Wärmebedarfskarte und einen entsprechenden Wärmeplan für eine Stadt zu erstellen, um festzustellen, welche Gebiete sich am besten für die Fernwärmeversorgung eignen und welche Gebiete am besten von einzelnen Gebäudesystemen versorgt werden
  • Wärmequellen sollten in der Nähe des Kunden (Wirtschaft) liegen, aber auch Lärmschutz und Transportlogistik berücksichtigen
  • Unterirdische Netze benötigen Platz, der teilweise bereits durch andere Infrastrukturen belegt ist: z. B. Strom, Telekommunikation, Abwasser, Wasser
  • Mögliche Druckerhöhungsanlagen
  • Die Transportwege für Brennstoffe und Asche sollten die Bevölkerung so wenig wie möglich belasten und gefährden

Regierungsinitiativen

EU

1) RHC-ETIP

Die Europäische Technologie- und Innovationsplattform für erneuerbare Wärme- und Kälteerzeugung (RHC-ETIP) bringt Interessenvertreter aus den Bereichen Biomasse, Geothermie, Solarthermie und Wärmepumpen - einschließlich der damit verbundenen Branchen wie Fernwärme und -kühlung, thermische Energiespeicherung und Hybridsysteme - zusammen, um eine gemeinsame Strategie für die verstärkte Nutzung von Technologien für erneuerbare Energien zum Heizen und Kühlen festzulegen.

2. internationale Energieagentur (IEA)

Das Technology Collaboration Programme on District Heating and Cooling including Combined Heat and Power[JH1] befasst sich mit der Auslegung, der Leistung und dem Betrieb von Verteilungssystemen und Verbraucheranlagen. Das Abkommen soll dazu beitragen, Fernwärme und -kühlung sowie Kraft-Wärme-Kopplung zu leistungsfähigen Instrumenten zur Energieeinsparung und zur Verringerung der Umweltauswirkungen der Wärmeversorgung zu machen. Das Programm bietet eine Plattform für Online-Berichte und einen Austausch bewährter Verfahren.

UK

1. die Einheit für die Lieferung von Wärmenetzen (HNDU)

DieHeat Networks Delivery Unit wurde 2013 gegründet, um die Herausforderungen in Bezug auf Kapazitäten und Fähigkeiten anzugehen, die von den lokalen Behörden als Hindernisse für die Einführung von Wärmenetzen im Vereinigten Königreich genannt wurden. Die Einheit bietet Finanzmittel und fachliche Beratung für lokale Behörden, die Wärmenetzprojekte entwickeln.

2. das Investitionsprojekt Wärmenetze (HNIP)

Das HeatNetworks Investment Project stellt 320 Millionen Pfund an Investitionsmitteln bereit, um die Anzahl der gebauten Wärmenetze zu erhöhen, Kohlenstoffeinsparungen für die Kohlenstoffbudgets zu erzielen und die Bedingungen für einen nachhaltigen Markt zu schaffen, der ohne direkte staatliche Subventionen funktionieren kann. Die Pilotphase des Wärmenetz-Investitionsprojekts lief sechs Monate lang und vergab im März 2017 24 Millionen Pfund an neun erfolgreiche Projekte lokaler Behörden.

Stakeholder Mapping

Stakeholder Map für ein Fernwärme- oder Fernkältesystem (BABLE, 2021)

Wertschöpfungsmodell

Die folgende Liste von Vorteilen ist mit einer Wichtigkeitseinstufung versehen. Ein Wert von eins bedeutet eine hohe Bedeutung.

Wertmodell für ein Fernwärme- oder Fernkältesystem (BABLE, 2021)

Die Entwicklung dieser Lösung wurde mit EU-Mitteln unterstützt.

Anwendungsfälle

Energie

Integration von Solarthermie in Fernwärmenetze

Die Integration einer Solaranlage in das Fernwärmesystem trägt dazu bei, ein positives Energieviertel zu schaffen.

Energie

Bewertung des Abwärmepotenzials für die Integration in das zentrale Fernwärmesystem

Bereitstellung eines Überblicks über die branchenspezifisch nutzbare Abwärmemenge in Leipzig, um das Potenzial für Städte mit einer ähnlichen Struktur zu bewerten.

Energie

Wärmespeicherung einschließlich IKT-Integration für wirtschaftliche Wärmeversorgung

Überwindung der unzureichenden Stromerzeugung durch Einbeziehung der Solaranlage Dunker zur Wärmeversorgung eines Stadtteils, der nicht genug erneuerbare Energie erzeugen kann.

Energie

Nachhaltige Fernkältelösung, die Restwärme nutzt

Im dicht besiedelten Stadtzentrum von Tartu wurde ein hoch energieeffizientes Fernkältesystem mit flussgekühlten Kältemaschinen installiert. Das System wurde von Fortum durch den Einsatz einer Wärmepumpe, die die Restwärme des Kühlsystems für das Fernwärmesystem wiederverwendet, noch energieeffizienter gemacht.

Energie

Offene Fernwärme für nachhaltige Wärmerückgewinnung

Die Offene Fernwärme zielt darauf ab, Abwärme in das bestehende Fernwärmenetz einzuspeisen, indem ein innovatives Geschäftsmodell für Plug-and-Play-Wärmepumpen und Verträge entwickelt wird, bei denen der Fernwärmeanbieter Abwärme von lokalen Quellen wie Rechenzentren und Supermärkten kauft.

Energie

Energieeffiziente Fernwärme- und Warmwassernachrüstung

Renovierung des gesamten Fernwärmesystems, um die Energieeffizienz zu erhöhen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.

Energie

ICT

Niedertemperatur-Fernwärme (LTDH) und intelligente Steuerungen

Entwicklung eines effizienten Niedertemperatur-Heizsystems aus dem Rückfluss eines Hochtemperatur-Wärmenetzes.

Ähnliche Lösungen

Intelligente Microgrids

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