Projekt 06876/01

Solare Nahwärmeversorgung für den ländlichen Raum in Verbindung mit saisonaler Wärmespeicherung – Vorstudie

Projektdurchführung

Innovation-Umwelt-Arbeit (INUMA) GmbH
26863 Papenburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der großflächige Einsatz von Sonnenkollektoren ist nur durch die Entwicklung kostengünstiger Konzepte für die Nahwärmeversorgung in Verbindung mit saisonaler Wäremspeicherung möglich. In einer Voruntersuchung wurde festgestellt, daß die Kombination mit einem Blockheizkraftwerk die solare Nahwärmeversorgung preislich interessanter gestaltet.
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines Nahwärmeversorgungskonzepts für den ländlichen Raum auf der Basis der Kombination von Solarenergienutzung und Kraft-Wärme-Kopplung. Ferner sollte ein Konzept für einen Saisonalspeicher erarbeitet werden. Die Schwerpunkte lagen hierbei auf der Verifizierung eines Konzeptes für eine radiale Temperaturzonierung zur Verringerung der Wäremverluste des Speichers sowie auf der Verwendung neuer Materialien für den Speicheraufbau und die Dämmung.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Beurteilung des Konzeptes einer radialen Temperaturzonierung wurde in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen eine Detailsimulation der Wärme- und Stoffströme in einem Saisonalspeicher durchgeführt. Dabei wurde einmal ein Speicher ohne Zonierung und einmal ein Speicher mit Zonierung berechnet.
Zur Erprobung des Speicherkonzeptes wurde ein Modellspeicher mit einem Volumen von 20 m³ aufgebaut und vermessen. Der Speicher wurde hierbei in wetterfestem Stahl ausgeführt, und die Dämmung erfolgte mit Schaumglasgranulat. Anschließend wurde der Speicher in einer mehrtägigen Messung mehrfach be- und entladen.
Außerdem wurde eine genaue Kostenanalyse für eine Nahwärmeversorgung auf der Grundlage der oben beschriebenen Komponenten (Kollektoren, BHKW und Speicher) durchgeführt. Hierbei wurde eine konkrete Planung für eine solare Ferienhaussiedlung durchgeführt.
Für dieses Vorhaben wurden außerdem Computersimulationen der Energiebilanzen erstellt. Hierbei wurden sowohl die thermischen als auch die elektrischen Energieströme betrachtet.


Ergebnisse und Diskussion

Die Detailsimulationen ergaben, daß kurzfristig eine radiale Temperaturschichtung im Speicher erreicht wird. Langfristige Aussagen waren aufgrund der Komplexität des Simulationsmodells nicht möglich. Hierzu wären weitere physikalische Untersuchungen der Wärme- und Stoffströme in einem Saisonalspeicher notwendig. Eine positive Empfehlung für den Bau eines Speichers mit radialer Temperaturzonierung und eine Abschätzung der Verringerung der Energieverluste sowie der Steigerung der Verfügbarkeit von Energie auf hohem Temperaturniveau ist so schlecht möglich.
Der Aufbau des Modellspeichers und die Vermessung desselben konnten erwartungsgemäß durchgeführt werden. Die gewählte Konstruktion erwies sich als problemlos ausführbar und die Messungen bestätigten die erwartete Effizienz des Speichers. Schaumglasgranulat ist somit als Dämmaterial, das leicht geschüttet werden kann, sehr geeignet für den Einsatz in Saisonalspeichern.
Die Simulation der Energieströme in einer Siedlung bei einer Kombination von Sonnenkollektoren und Blockheizkraftwerk ergaben, daß ein verträglicher Betrieb beider Anlagen möglich ist. Voraussetzung für eine weitere Verfeinerung eines solchen Konzeptes ist jedoch auf jeden Fall ein geeignetes Energiemanagement in der Siedlung. Hierbei muß auf jeden Fall ein hoher Eigenverbrauch des erzeugten Stromes erreicht werden. Ein Betrieb auf der Basis der Einspeisung des vom BHKW erzeugten Stromes ist wirtschaftlich nicht möglich.
Die Kostenanalyse zeigte, daß vor allem die Kosten für den Speicher doch höher waren als zum Zeitpunkt der Antragstellung angenommen. Vor allem durch die Verwendung wetterfesten Stahls wurden die Kosten erhöht. Dennoch zeigte sich, daß dies die günstigste Möglichkeit des Korrosionschutzes ist.
Für eine Ferienhaussiedlung konnte ein Nahwärmeversorgungskonzept entwickelt werden. Der anlegbare Wärmepreis für die Versorgung lag mit etwa 0,46 DM/kWh erwartungsgemäß über dem einer konventionellen Wärmeversorgung, bei der unter 0,20 DM/kWh erreichbar sind. Allerdings muß im Falle der Ferienhaussiedlung die ungewöhnliche Verbrauchsstruktur berücksichtigt werden.


Fazit

Im Rahmen des Projektes wurden die Ansätze für ein Speicherkonzept auf der Basis einer Stahlkonstruktion mit radialer Temperaturzonierung verfeinert. Die Realisierungskosten für ein entsprechendes Nahwärmekonzept sind allerdings höher als anfänglich angenommen.
Weitere Ansätze für ein Nahwärmekonzept setzten vor allem ein geeignetes Energiemanagementsystem voraus. Es wird deshalb empfohlen, in diesem Bereich weitere Arbeiten durchzuführen.