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Logistikkonzept für mobile Wärmespeicher in Biogasanlagen

Im Versorgungsgebiet der badenova gibt es etwa 160 Biogasanlagen. Weil Fernwärmeleitungen relativ teuer sind, nutzen nur etwa 30 von ihnen die während der Gärung entstehende Wärme vollständig. Jährlich etwa fünf MW Wärme bleiben so bisher ungenutzt. Würde diese Wärme genutzt, würden allein in Südbaden etwa 20.000 t CO2 eingespart.

Am Beispiel der Biogasanlage Neuried entwickelte die Hochschule Offenburg deshalb ein Konzept für mobile Wärmespeicher, die die Wärme flexibel und ohne Fernleitungen direkt zum Abnehmer bringen. Mobile Wärmespeicher sind handelsübliche Container, die ein Speichermedium, beispielsweise Natriumacetat – auch bekannt als Pökelsalz - , enthalten. Ein wasserbasierter Wärmetauscher übergibt die Wärme aus der Biogasanlage in wenigen Stunden an den Speicher, den der Kunde oder ein Transportunternehmen anschließend auf einem Anhänger zum Verbrauchsort transportiert und dort anschließt.

Wärmeproduktion und Verbrauch sind so zeitlich und räumlich entkoppelt. Der im Projekt untersuchte La-Therm-Latentwärmespeicher beispielsweise speichert 2,5 MWh, was genug ist, um ein Einfamilienhaus für ein Vierteljahr mit Warmwasser und Heizwärme zu versorgen. Pro Tag verliert der Speicher Tag weniger als ein Prozent an Wärme.

Für solche Wärmespeicher fehlt bisher ein umfassendes Logistikkonzept, das die gesamte Wertschöpfungskette von der Biogasanlage zur Beladestation über den Transport der Speicher zum Verbraucher berücksichtigt. Die Wissenschaftler analysierten deshalb zuerst bestehende Übergabestationen, Speichersysteme und Technik und berechneten anschließend die Wirtschaftlichkeit. Die Speicher sind an die Neurieder Ladestation angeschlossen und bringen so die Wärme zu den Nutzern. Einem Landwirt, der damit im Herbst seine Tabakblätter trocknet, ein Schwimmbad und Wohnhäuser im Winter und im Frühjahr Gewächshäuser.

Zusammenfassend kann aus den Projektergebnissen festgestellt werden, dass die Entnahmetemperatur sowohl beim Warmwasserspeicher als auch beim PCM-Speicher durch die Bauart und das verwendete Speichermaterial festgelegt sind. Nur im Falle des Zeolithspeicher kann die Entnahmetemperatur beliebig eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil des Zeolithspeichers liegt in der pro Volumeneinheit speicherbaren Energiemenge. Diese liegt beim Zeolithspeicher ca. 220 kWh/m3. Im Gegensatz dazu kann in einem PCMSpeicher ca. 100 kWh/m3 und im Warmwasserspeicher ca. 60 kWh/m3 gespeichert werden. Die Lade- als auch die Entladezeiten sprechen auch für den Zeolithspeicher, da sie kürzer sind als bei den beiden anderen Speichersystemen.

Eine vergleichende Kostenabschätzung ist z.Z. noch nicht möglich, da im Falle des Zeolithwärmespeichers noch offende Felder existieren. Zeigen sich jedoch im Anschluss an das Projekt machbare Potentiale, ist das Konzept nicht nur für Biogasanlagen in attraktiv, sondern auch für andere Wärmeproduzenten wie beispielsweise Müllverbrennungs- oder Industrieanlagen. KWK-Gutschriften oder CO2 Zertifikate können die noch hohen Investitionskosten zumindest teilweise refinanzieren.

Projektdaten

Projektnummer 2011-14
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Hochschule Offenburg
Laufzeit Mai 2011 bis Frühjahr 2014
Zuschuss 70.000

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Mobile Wärmespeicher zur Effizienzsteigerung bei Biogasanlagen
Offenburg

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Machbarkeitsstudie Kalte Fernwärme, Steinen
Lörrach

Kalte Fernwärme für Steinen

In Steinen untersuchte eine Machbarkeitsstudie, ob die Abwärme der dortigen Verbandskläranlage zur Kälte- und Wärmeversorgung zweier Neubaugebiete – Alte Weberei und Gewerbegebiet an der Wiese III – nutzbar ist. Anders als beispielsweise in der Schweiz hat sich die Nutzung von Abwärme aus Abwasser in Deutschland noch nicht durchgesetzt. Insbesondere die Abwärme aus Kläranlagen bleibt noch ungenutzt. Momentan wird das warme Abwasser der Kläranlage Steinen ungenutzt in den Fluss Wiese geleitet, was dessen Ökosystem verändert. Mit circa 10-15 °C liegt die Abwassertemperatur in einem Bereich, der bisher nur sehr aufwändig als Wärme- oder Kältequelle genutzt werden kann, jedoch bei einem Trockenwetterabfluss von 7.500 Kubikmeter pro Tag aber immer noch etwa 1 MW potentielle Wärmeleistung enthält. Neben dem Model eines konventionellen Fernwärmenetzes mit zwei Leitungen für Vor- und Rücklauf, untersuchte die Studie auch ein innovatives 1-Leitersystem. Dabei durchfließt das gereinigte Abwasser zunächst einen Feinstfilter und Entkeimer bevor es direkt zu den Abnehmern geleitet wird, wo Wärmepumpen die Abwärmeenergie nutzen. Danach fließt das ausgekühlte Reinwasser über die Regenwasserkanäle in den Vorfluter, also die Wiese. Die Studie kam zum Ergebnis, dass ein solches System rechtlich und technologisch machbar und ökologisch und wirtschaftlich sinnvoll ist. Die Umsetzung liegt nun bei der Gemeinde Steinen oder anderen Interessierten. Drei Haupterkenntnisse: Die Studie zeigt einen innovativen, bisher unrealisierten Weg auf, Abwärme in einem 1-Leitersystem zu nutzen. Um Erfahrungswerte zu sammeln, ist eine Versuchsanlage notwendig. Die Frage, ob sich ein Biofilm im Leitungssystem und auf den Wärmepumpen bildet, und inwieweit dieser den Reinigungs- und Wartungsaufwand beeinflusst lässt sich ohne Versuchsanlage noch nicht abschätzen. Die Zeitschiene für eine Realisierung muss sehr früh in der Bauplanung ansetzen und es müssen Erfahrungen (siehe 1. und 2.) vorhanden sein.