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Solare Wärmenetze für Quartiere

Wärmenetze mit großen Solarthermie-Anlagen auf Freiflächen stellen ein vielversprechendes und bewährtes Konzept zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung dar. Große saisonale Erdbecken-Wärmespeicher ermöglichen die zeitliche Verschiebung von überschüssigem Wärmeangebot im Sommer in den Winter.

Was sind solare Wärmenetze?

Solare Wärmenetze nutzen als Wärmequelle große Flächen mit Solarthermiekollektoren. Im Englischen ist das Konzept auch unter dem Begriff Solar District Heating (SDH) bekannt. Die Technologie solarer Wärmenetze hat sich bereits seit Jahren bewährt und sie kann zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung einen wichtigen Beitrag leisten. Anders als Umweltwärme, wie zum Beispiel aus Flüssen, oberflächennaher Geothermie oder Niedertemperatur-Abwärmequellen, können Solarthermieanlagen vergleichsweise hohe Temperaturen von 90 °C und mehr bereitstellen. Dies ermöglicht die Dekarbonisierung bestehender urbaner Wärmenetze, ohne dass Vorlauftemperaturen abgesenkt werden müssen oder der Einsatz von Großwärmepumpen notwendig wäre.

Saisonalität des Wärmeangebots

Entscheidender Nachteil von solaren Wärmenetzen ist die ausgeprägte Saisonalität der Wärmeerzeugung. Im Winter ist der Ertrag solarthermischer Kollektoren wesentlich vermindert, der Wärmebedarf zur Beheizung jedoch am höchsten. Im Sommer hingegen, steht einem großen Wärmeangebot ein kleiner Bedarf (durch Trinkwarmwasser) gegenüber. Sofern die Solarthermie nur einen kleinen Anteil der Wärmeversorgung des Wärmenetzes ausmacht stellt dies kein Problem dar. Insbesondere im Sommer ist es in diesem Fall sogar möglich, fossile Wärmequellen (Blockheizkraftwerke oder Kessel) gänzlich abzuschalten und die Wärmeversorgung für Trinkwarmwasser komplett über das Solarthermiefeld zu decken. Stellt das Solarthermiefeld jedoch einen großen Anteil an der Wärmeversorgung des Wärmenetzes dar, müssen Speicher vorgesehen werden, um den Nutzungsgrad der Solarthermie zu steigern.

Saisonale Wärmespeicherung in solaren Wärmenetzen

Zur Verschiebung des Wärmeangebots vom Sommer in den Winter werden zunehmend saisonale Erdbecken-Wärmespeicher geplant. Dies sind wassergefüllte große Becken mit Volumina von 100.000 m³ und mehr. Im Sommer wird überschüssige Wärme genutzt, um das Wasser zu erwärmen. Im Winter wird das Wasserbecken abgekühlt und die Wärme zur Beheizung des Quartiers genutzt. Zusätzlich kann eine Wärmepumpe installiert werden, um das Wasser im Becken auf Temperaturen unterhalb der Vorlauftemperatur des Wärmenetzes zu entladen. Aufgrund des günstigen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses sind die Speicherverluste auch bei einer saisonalen Speicherung gering. Eine Vorreiterrolle nimmt bei dieser Technologie Dänemark ein, wo seit Jahren in zahlreichen Projekten Solarthermiefelder zusammen mit Erdbecken-Wärmespeicher geplant und erfolgreich betrieben werden.

Im nPro-Tool können solare Wärmenetze mit Solarthermiekollektoren und saisonalen Wärmespeichern ausgelegt und simuliert werden.

Quellen

  1. Danish District Heating Association / PlanEnergi, IEA SHC Task 55, 2018.

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