01.01.2024

Multikriterielle Analyse ausgewählter Flexibilisierungsmaßnahmen im Kontext der Fernwärmetransformation

Datum: Januar 2024

Autor: Fabian Kaindl

Ausbildungsinstitution: Hochschule Ansbach

Studiengang: M.Eng, Energiemanagement und Energietechnik

Betreuende Personen:

  • FfE: M.Sc. Britta Kleinertz
  • HSA: Prof. Dr.-Ing. Georg Rosenbauer

Abstract:

Fast die Hälfte des gesamten Endenergiebedarfs in Deutschland ist auf die Wärmeversorgung zurückzuführen. Aufgrund ihrer Relevanz innerhalb der Wärmewende müssen bestehende Fernwärmenetze hin zu einer klimaneutralen und zukunftsfähigen Wärmeversorgung transformiert werden. Um dabei die Resilienz dieser Systeme gegenüber sich ändernder Anforderungen zu erhöhen, ist die Umsetzung sogenannter Flexibilisierungs￾maßnahmen notwendig. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit werden zwei dieser Maßnahmen, die thermische Nutzung von Gebäudebauteilen für nutzerseitiges Lastmanagement
(DSM) und die Kopplung von Wärme- und Kälte, analysiert.

Dazu wurden zunächst Daten zu verschiedenen Wohngebäudetypen erfasst und Werkstoffkennwerte anhand historischer Quellen gesammelt. Mit Berechnungsverfahren aus Norm DIN 18599 und DIN EN ISO 13786 wurde ein Excel-Tool erstellt, welches die Wärmeverluste und Speicherkapazitäten der unterschiedlichen Gebäudekategorien unter Annahme verschiedener Baustoffkennwerte errechnet. Die Ergebnisse der Simulation haben gezeigt, dass die DSM-Maßnahme ein bisher ungenutztes Potenzial für Lastmanagement innerhalb eines Zeitraums von 0,5 bis 10 h bieten. Sie lässt sich unter Berücksichtigung eines gewissen Sicherheitszuschlags von 10 % auch dann umsetzen, wenn keine detaillierten Gebäudedaten vorliegen. Die Anwendung der Maßnahme erfordert jedoch einen hohen Digitalisierungsgrad. Zudem ist die Umsetzung der Maßnahme aktuell aus rechtlichen Gründen nicht möglich.

Die zweite Maßnahme, die Kopplung von Wärme und Kälte, gewinnt aufgrund des steigenden Kältebedarfs an Relevanz. Sie ermöglicht eine bessere Auslastung von Fernwärmenetzen und Wärmeerzeugern, die Bewältigung saisonaler Schwankungen und eine erhöhte Integration erneuerbarer Energien. Dazu wurden verschiedene Möglichkeiten der Umsetzung von zentraler und dezentraler Wärme-Kälte-Kopplung aufgezeigt. Der beispielhafte Kostenvergleich einer Kompressionskältemaschine mit einer Absorptionskältemaschine hat gezeigt, dass wärmebetriebene Kälteerzeuger nur wirtschaftlich sind,
wenn der Wärmepreis im Bereich von 0 – 4 ct/kWh liegt. Neben den wirtschaftlichen Betriebsparametern sollten bei der Auswahl der Kältemaschine auch nicht monetäre Aspekte berücksichtigt werden.