TeoS - Technologieoffene Energiesystemanalyse zur Ableitung von Handlungsmaßnahmen für die Dekarbonisierung urbaner Wärmenetze

Abstract

Für eine langfristige Reduktion der Treibhausgasemissionen in Deutschland muss der Wärmesektor, z. B. über Fernwärmenetze, dekarbonisiert werden. Der Betrieb großer Wärmenetze erfolgt oft mit hohen Temperaturen bis 130 °C und komplexen Strukturen, welche die Transformation erschweren. Das Projektziel ist die Entwicklung von Entscheidungshilfen für eine effiziente Einbindung erneuerbarer Wärme in die bestehende Fernwärmesysteme. Methodische Basis bilden eine MILP in Python (Solver Gurobi) und die thermo-hydraulischen Simulationstools Sir 3S, STANET und pandapipes. Verschiedene Zieljahre, Wetterszenarien und Rahmenbedingungen wurden für die Fernwärmenetze der BTB (Berlin) und SWDU (Duisburg) angewendet. Die Untersuchungen zum optimalen Anlagenbetrieb zeigen, dass sich die operativen Wärmegestehungskosten mehr als verdoppeln können, während der Anteil erneuerbarer Wärme auf über 90 % ansteigt. Abhängig von den Szenarien kann es zu einer deutlichen Verschiebung zwischen stromerzeugenden und -beziehenden Anlagen oder den dominanten Standorten kommen. Auch die geplanten Technologien, wie z. B. der Fokus auf Wasserstoff oder biogene Brennstoffe, hat einen maßgeblichen Einfluss. In umfassenden thermo-hydraulischen Berechnungen bei BTB und SWDU konnte gezeigt werden, dass ein Netzausbau unumgänglich ist, um neue Erzeuger im Fernwärmesystem einzubinden. Auch die Absenkung von Rücklauftemperaturen ist essenziell. Gleichzeitig zeigen die Analysen, dass der optimale Anlagenbetrieb nicht für alle Szenarien hydraulisch realisierbar und der kostenoptimale Netzausbau eine simulationsgestützte Strategie erfordert. Aus den thermo-hydraulischen Simulationen mit kostenoptimaler Betriebsweise wurde ein Katalog zielführender Netzausbaumaßnahmen zur verbesserten Integration erneuerbarer Wärme abgeleitet.