Solarwärme Bracht eG iG Gemeinde Bracht | Bracht-Siedlung
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Das technische Konzept: 84 Prozent Erneuerbare Energie! 80 Prozent weniger CO₂!

Aufbauend auf früheren Überlegungen wurde das solare Wärmeversorgungskonzept für Bracht innerhalb einer Machbarkeitsstudie durch die Uni Kassel entwickelt. Die Überprüfung der technischen Funktion des Wärmeversorgungssystems, bestehend aus solarthermischer Freiflächenanlage, Saisonalspeicher, Wärmepumpe, Blockheizkraftwerk, Holzkessel und Pufferspeicher, erfolgte mithilfe von Simulationen. Der solare Deckungsanteil des Systems liegt bei ca. 70% und aufgrund des zusätzlichen Holzeinsatzes der EE-Anteil bei insgesamt ca. 84%. Verglichen mit anderen klimafreundlichen Wärmeversorgungsoptionen, sind die Wärmekosten der solaren Wärmeversorgung absolut konkurrenzfähig. Darüber hinaus gibt es aus Klimaschutzsicht jedoch noch einen wesentlichen Vorteil: Die in der Wärmeversorgung auftretenden CO2-Emissionen können innerhalb kürzester Zeit um etwa 80% gesenkt werden. Allein mit umfassenden Sanierungsmaßnahmen in den jeweiligen Häusern wäre das dagegen nicht zu erreichen!

Die wesentlichste Kostenreduktion ergab unter anderem die veränderte technische Ausführung und Verkleinerung des Saisonalspeichers. Anstelle der zu Beginn geplanten Stahlbauweise ist jetzt ein Grubenspeicher dänischer Bauart vorgesehen. Dieser wird ca. 20.500m³ umfassen und im Erdreich eingelassen sein, siehe Bild.

Bild 1: Aufbau eines Grubenspeichers, IFOK

Bild 2:  Grubenspeicher Dronninglund (DK) mit 62.000 m³, https://planenergi.eu/activities/district-heating/seasonal-heat-storage

Aufgrund ihrer Verbreitung in Dänemark gehören Grubenspeicher bereits zum Stand der Technik. Auf den Fotos ist der Speicher in Dronninglund dargestellt, der ein Volumen von 62.000 m³ aufweist. Der in Bracht angedachte Speicher umfasst dagegen rund 20.500 m³, was immerhin etwas mehr als 8 Olympia-Schwimmbecken (je 2.500m³ bzw. 50m x 25m x 2m) entspricht. Die Wärmeverluste großer Saisonalspeicher sind aufgrund ihrer Größe und Geometrie trotz des geringen Einsatzes von Dämmmaterial verhältnismäßig niedrig. 

Bild 3: Grubenspeicher vor der Befüllung mit Wasser (Dronninglund, DK), https://planenergi.eu/activities/district-heating/seasonal-heat-storage/

Der Saisonalspeicher in Bracht wird im aktuellen Konzept ausschließlich mit der Wärme der solarthermischen Freiflächenanlage (Kollektorfläche ca. 11.600 m²) gespeist. Auch Solaranlagen dieser Größenordnung gehören schon zum Stand der Technik und kommen vor allem in Dänemark häufig in der Fernwärmeversorgung zum Einsatz. Durch die Einbindung einer Wärmepumpe, die den saisonalen Wärmespeicher als Wärmequelle nutzt, wird die Auskühlung des Speichers deutlich verbessert, so dass dieser relativ klein ausfallen kann. Die Nutzung der Wärmepumpe erfordert eine möglichst kostengünstige Stromquelle. Hierzu dient ein Blockheizkraftwerk (BHKW), am ehesten vergleichbar mit einem großen Schiffsmotor, welches die Wärmepumpe im sogenannten „Inselbetrieb“ kostengünstig mit Strom versorgt. Im Gegensatz zum Netzstrombezug fallen bei dieser Stromversorgung die EEG-Umlage und weitere Abgaben weg. Der Brennstoffbedarf des BHKWs ist aufgrund der geringen Anlagenleistung und -auslastung verhältnismäßig gering und es kommen grundsätzlich verschiedene Brennstoffe in Frage. Für die Berechnungen wurde Heizöl angenommen. Der Betrieb der Wärmepumpe und des BHKWs erfolgt immer gleichzeitig, da aufgrund des „Inselbetriebs“ weder Strombezug aus dem Netz noch Stromeinspeisung ins Netz vorgesehen sind. Die anfallende BHKW-Abwärme wird in das Wärmenetz eingespeist und dient dabei als Nachheizung der Wärmepumpe, was die Effizienz der Wärmepumpe nochmals steigert. Gleichzeitig wird – auch über den Holzkessel, der nach Bedarf betrieben wird – weitere Erneuerbare Energie eingebunden. Der Holzkessel erfüllt außerdem eine Sicherheits-Funktion für den Fall, dass ein anderer Wärmeerzeuger ausfallen sollte (z.B. durch Wartungsarbeiten). Zusätzlich ist auch ein Pufferspeicher vorgesehen, um die bereitgestellte Wärme kurzzeitig auf dem Temperaturniveau des Nahwärmenetzvorlaufs speichern und die Wärmeerzeuger effizienter betreiben zu können. 

Bild 4: Solares Wärmeversorgungskonzept Bracht, Fachgebiet für Solar- und Anlagentechnik der Universität Kassel

Die Deckungsanteile der einzelnen Technologien an der Wärmebereitstellung wurden mit Hilfe von Simulationen berechnet und setzen sich übers Jahr gesehen wie folgt zusammen.

Bild 5: Deckungsanteile an der Wärmebereitstellung bei zentraler Solarwärme, Fachgebiet für Solar- und Anlagentechnik der Universität Kassel

Der Vergleich mit bestehenden Anlagen in Deutschland und Dänemark zeigt, dass in Dänemark bereits deutlich mehr (ca. 124) und größere Anlagen zur solaren Fernwärmeversorgung als in Deutschland (ca. 43) existieren. Der solare Deckungsanteil liegt bei der Versorgung von bestehenden Siedlungen jedoch maximal bei 50%. Mit einem solaren Deckungsanteil von rund 70% wäre das Wärmeversorgungskonzept für Bracht daher äußerst innovativ und ein bedeutsamer Schritt für die Wärmewende im ländlichen Raum.

Bild 6: Solare Wärmenetze in Deutschland und Dänemark im Vergleich, Fachgebiet für Solar- und Anlagentechnik der Universität Kassel

Hausanschlüsse

Die Haushalte werden durch zwei hochwärmegedämmte Rohrleitungen [Vor- und Rücklauf] an das Nahwärmenetz angeschlossen. Dafür werden Leitungen über eine Wandbohrung und eine Wärmeübergabestation an die bestehende Hausinstallation angeschlossen.

Neben der Einrichtung der Übergabestation ist auch ein hydraulischer Abgleich am Heizungssystem gebäudeseitig erforderlich, um möglichst geringe Rücklauftemperaturen innerhalb des Nahwärmenetzes zu erreichen und so die Effizienz zu steigern. Die Abbildung zeigt eine Hausübergabestation. 

Bild 7: Hausübergabestation

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