Forschung für Energieeffizienz: Projekt: Simulationsbasierte Optimierung energieeffizienter Wärmenetze in Ludwigsburg

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Simulationsbasierte Optimierung energieeffizienter Wärmenetze in Ludwigsburg

Verlegung der Erdsonden

Das Projekt beschäftigt sich mit der intelligenten Betriebsführung eines existierenden Wärmenetzes mit LowEx-Komponenten. Hauptziel ist die Weiterentwicklung eines Simulationsprogramms zur effizienten Integration dezentraler erneuerbarer Wärmequellen in bestehende und geplante Wärmenetze. Teilergebnisse werden am Wärmenetz im Ludwigsburger Stadtteil Sonnenberg umgesetzt. Ausserdem geht es um die Entwicklung und Umsetzung von Konzepten zur dezentralen Wärmeeinspeisung. Diese Konzepte kombiniert mit innovativen Netzstrukturen sollen die Erschließung weniger dichter Versorgungsgebiete für Netzbetreiber attraktiver machen. In der ersten Phase werden Modelle für die einzelnen Komponenten im Netz miteinander gekoppelt und für dynamische Simulationen eingesetzt. Ein Kalkulationstool wird parallel zu der thermohydraulischen Modellentwicklung aufgebaut. In der praxisintensiven Phase wird eine Testumgebung für dezentrale Einspeisung in Wärmenetze am Institut konstruiert. Am realen Wärmenetz in Ludwigsburg wird eine betriebsbegleitende Simulation realisiert.

Projektsteckbrief

Projektstatus	Planung
Standort des Netzes	Ludwigsburg-Sonnenberg
Standort der Kommune	71638 Ludwigsburg, Baden-Württemberg
Träger	Hochschule für Technik Stuttgart (HfT), Ludwigsburger Energieagentur (LEA)
Netzbetreiber	Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim
CO₂-Emissionen	499 t/a
Projektthemen	Betriebsoptimierung, Energiemanagementsysteme, Lokale Wärme- und Kältenetze, Erneuerbare Energien, Zentrale + dezentrale Energieversorgung, Neubau, Wohnungsbau, Dezentrale Lösungen, Gebäudeübergreifende Energiekonzepte

Projektbeschreibung

Das Hauptziel des Forschungsvorhabens ist die Weiterentwicklung einer Simulationsumgebung zur effizienten Integration dezentraler erneuerbarer Wärmequellen in bestehende und geplante Wärmenetze. Mit dem Programm wird der Frage nachgegangen, welche Technologien der erneuerbaren Wärmeversorgung in welchen Infrastrukturen (Netze) und mit welchen Betriebsstrategien erfolgreich eingesetzt werden können. Der Erfolg einer Strategie wird an der Erreichung vordefinierter Zielwerte für Wärmeverluste, Jahresgesamtkosten und umweltschädliche Emissionen gemessen.

Konzept

Verschiedene erneuerbare Energiequellen wurden zur Abdeckung der Grundlast in Nahwärmenetzen eingesetzt (Geothermie, Biomasse, Pellets). Solarthermisch unterstützte Versorgungsnetze sind ebenfalls Stand der Technik. Sowohl die direkte (ohne Zwischenspeicherung) als auch die indirekte (mit saisonalen Speichern) Nutzung der Solarenergie bildete den Schwerpunkt von vielen Projekten im europäischen Raum.

Die dezentrale Versorgung kleinerer und entfernter Gebiete und die Bildung sogenannter Mikronetze gewinnen ständig an Bedeutung, weil die Erschließung solcher Gebiete durch die Erweiterung von bestehenden Wärmenetzen oft unwirtschaftlich ist. Mit steigenden Energiestandards und dadurch sinkenden Wärmeverbräuchen von Neubauten besitzen vor allem Verbraucher mit eigenen erneuerbaren Energiequellen immer mehr Überschuss an Wärme. Das Interesse an einer Wärmeeinspeisung ins Netz wuchs unter diesen Bedingungen sehr stark.

Das Vorhaben gliedert sich in einen theoretischen und praktischen Teil. In der ersten Phase werden Modelle für die einzelnen Komponenten im Netz weiterentwickelt (Leitungssystem, Verbraucher, verschiedene Wärmequellen). Sie werden miteinander gekoppelt und für dynamische Simulationen eingesetzt. Ein Kalkulationstool wird parallel zu der thermohydraulischen Modellentwicklung aufgebaut. In der praxisintensiven Phase wird eine Testumgebung für Wärmenetze am Institut konstruiert. Am realen Wärmenetz in Ludwigsburg wird nach Möglichkeit ein zuvor simuliertes Konzept zur dezentralen Wärmeeinspeisung umgesetzt. Eine betriebsbegleitende bzw. betriebsüberwachende Simulation dieses Netzes wird ebenfalls realisiert.

Finanzierung

Das Forschungsprojekt wird im Rahmen der BMWi-Forschungsinitiative EnEff:Wärme und durch Eigenbeteiligung der Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim finanziert.