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Analyse und Evaluation von Mehrleiter-Wärmesystemen in Nahwärmenetzen auf Basis regenerativer Energien

 
: Roller, Isabelle Dominique
: Busse, Matthias; Fette, Max

Bremen, 2020, 77 S.
Bremen, Univ., Master Thesis, 2020
Deutsch
Master Thesis
Fraunhofer IFAM ()

Abstract
Die Leitfrage dieser Arbeit ist, welchen Einfluss die Verwendung eines Mehrleiterwärmenetzes (MWN) auf den Anteil erneuerbarer Energien (EE) an der Wärmeerzeugung in einem Nahwärmenetz hat und wie sich der Betrieb des Mehrleiterwärmenetzes im Vergleich zum klassischen Zweileiternetz auf die gesamten Emissionen des Versorgungsgebietes auswirkt. Um diesen Einfluss zu untersuchen, wird eine Versorgungssituation und ein Anlagenpark zur Versorgung des betrachteten Gebietes mit Wärme aus einer Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage (KWK), Wärmepumpe, Gas- und Elektrokessel und eine Solarthermie-Anlage sowie einem thermischen Speicher definiert. Die Unterscheidung der zu vergleichenden Systeme ist das Netz zur Verteilung der Wärme im Versorgungsgebiet. Einerseits dient ein klassisches Zweileiterwärmenetz als Referenz, andererseits wird ein MWN mit 4 Leitern betrachtet. Die Zielgrößen, die untersucht und verglichen werden, sind die Wärmeverluste der beiden Netztypen, der EE-Anteil der bereitgestellten Wärme, Effizienz und Laufzeiten der Wärmepumpe, Emissionen und Kosten über einen Betrachtungszeitraum von 25 Jahren in einem gestaffelten Durchlauf der Sanierungsgrade. Die Methodik ist eine Modellierung der Wärmeverluste für die festgelegte Netztopologie, eine darauf basierende Simulation eines Wärmenetzsystems mit Kopplung an den Stromsektor durch die Technologien KWK, Elektrokessel und Wärmepumpe. Die Simulation erfolgt innerhalb der für verschiedene Situationen modellierten energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen im Simulationsmodell MuGriFlex des Fraunhofer IFAM, welches für die Untersuchung leicht angepasst wird. Anschließend findet eine Auswertung in Form eines Vergleiches der Ergebnisse aus 2- Leiter- (2L) und 4-Leiternetz (4L) bezüglich der Zielgrößen statt. Die kumulierte Untersuchung hat ergeben, dass die Emissionen im 4L-Netz insgesamt im Betrachtungszeitraum um 7 % gesenkt werden. Dabei werden diese insbesondere aus der Gasverbrennung eingespart, da der Gasbedarf im 4L-Netz um 8 % reduziert wird. Der Verbrauch an Strom nimmt dagegen im 4L-Netz um 53 % zu und somit auch die Emissionen aus der Stromerzeugung. Während der Beitrag des Elektrokessels vernachlässigbar ist, ist der erhöhte Stromverbrauch im Wesentlichen auf die Wärmepumpe zurückzuführen. Die Wärmeerzeugung aus Gas wird durch einen erhöhten EE-Anteil substituiert, der per Definition die Solarthermie- und die Wärmepumpen-Umweltwärme beinhaltet, jedoch nicht den Anteil der Wärme aus Strom. Die Szenarien der Sanierungsgrade zeigen, dass es große Unterschiede in der Eignung der Systeme für die Nutzung von Mehrleiterwärmesystemen gibt. Die Anwendung dieses Netztyps bietet sich bei Versorgungsgebieten mit langfristig verbleibendem Anteil unsanierter Gebäude an. Der Vorteil eines MWN wird aufgehoben, wenn die vollständige Sanierung im Netz erreicht wird.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-608776.html