Helios-Anlage der Energie Graz mit dem ersten Teilkollektorfeld mit 1.4 MWth bzw. 2000 m² Kollektorfläche. ©Bild: Energie Graz

Anlagenbesichtigung des Fernheizwerks Puchstrasse mit 2750 m² Kollektorfläche. ©Bild: Guido Bröer

Mit Solarthermie Wärmenetze dekarbonisieren: Best Practices aus Österreich und Deutschland

(PM) So wie Dänemark als Vorreiterland für solare Wärmenetze gilt, so entwickelt sich das österreichische Graz immer mehr zur Vorzeigestadt für Solarthermie in der Fernwärmeversorgung. Im Projekt Big Solar Graz wurde ein Meilenstein erreicht: Die Flächen für den Bau eines Grosswärmespeichers mit Technikgebäude und eines Teils von bis zu 450‘000 m2 Solarkollektoren sind nun gesichert.


Zudem kann Graz, neben der schon länger in Betrieb befindlichen und mit 5. MWth grössten Solarthermieanlage Mitteleuropas, auch neue Vorzeigeprojekte vorweisen, so zum Beispiel das Helios-Projekt. Errichtet auf einer ehemaligen Hausmülldeponie, speisen hier drei Wärmequellen in einen Grossspeicher ein: eine Solarthermieanlage, ein Power-to-heat-Modul und ein mit Deponiegas betriebenes BHKW. Aus diesem Grund wurde die zweitgrösste Stadt Österreichs in diesem Jahr als Austragungsort für die 5th International Solar District Heating Conference ausgewählt.

Verdopplung der Teilnehmerzahl
Am 11. und 12. April 2018 tagten hier rund 350 Wissenschaftler, Vertreter aus der Industrie, von Kommunen und Energieversorgern sowie andere Entscheider aus 33 Ländern. Die Verdopplung der Teilnehmerzahl im Vergleich zur Konferenz vor zwei Jahren belegt das grosse Interesse an dieser Technologie zur Dekarbonisierung von Wärmenetzen. Die Tagungsleiter Christian Fink vom AEE - Institut für Nachhaltige Technologien in Gleisdorf und Thomas Pauschinger vom Steinbeis Forschungsinstitut Solites in Stuttgart werten dies als sehr positives Signal für die Nutzung der Solarthermie in Fernwärmenetzen.

Fast 300 Anlagen mit einer Leistung über 350 kWth, die in Wärmenetze einspeisen, gibt es derzeit in den Ländern der Europäischen Union. Die installierte Gesamtkapazität liegt bei 1100 Megawatt. Werner Lutsch, Präsident des europäischen Fernwärmeverbandes Euroheat&Power und Geschäftsführer des deutschen Fernwärmeverbands AGFW, bezeichnete die Kombination von Fernwärme und Solarthermie an der Konferenz als „eine gute Lösung“ zur CO2-Reduktion und zum Erreichen des EU-Ziels. Immerhin sollen laut Heating & Cooling-Strategie der EU bis zum Jahr 2050 80 % Kohlendioxid im Vergleich zu 1990 eingespart werden. Zu den Vorteilen sagte Lutsch: „Solarwärme ist CO2-frei, Sonnenenergie ist überall verfügbar, die Wärmekosten sind über die nächsten 25 Jahre kalkulierbar, und es ist eine ausgereifte und erprobte Technologie.“

Solare Deckungsgrade bis zu 50 %
Allerdings gebe es auch Hürden bei der Umsetzung solcher Projekte, räumte er ein. Die grösste Barriere besteht in dem Flächenbedarf für erneuerbare Energien wie z. B. die Solarthermie. Um Kosten zu minimieren, müssen sie in der Nähe der Wärmeabnehmer installiert sein, und Landflächen in Städten oder im Umland sind meist knapp und teuer. „Ausserdem ist es aktuell noch eine Nischentechnologie und das Wissen darüber ist noch zu wenig verbreitet“, sagte Lutsch weiter. Dazu kommt die Kostenkonkurrenz zu anderen Wärmeerzeugern, zum Beispiel mit günstigem Erdgas. Gleichwohl: Solarthermie-Anlagen können heute schon solare Deckungsgrade bis zu 50 % in Wärmenetzen erreichen. Die Erzeugungskosten liegen bei 30 bis 50 €/MWh. Für dieses Jahr prognostizieren Marktforscher, dass Solarthermieanlagen europaweit bereits eine Terawattstunde (= 1 Mrd. kWh) zur Fernwärmeversorgung beitragen werden.

Best-Practice-Beispiele
Wie Projekte erfolgreich umgesetzt werden können, konnten die Konferenzteilnehmer während Exkursionen in Augenschein nehmen. Eine Station war die oben erwähnte Helios-Anlage, ein Projekt des Energieversorgers Energie Graz. Im ersten Bauabschnitt wurden im vergangenen Jahr 2000 m² Flachkollektoren auf einer ehemaligen Hausmülldeponie im Grazer Stadtgebiet installiert. Dazu wurde ein Wärmespeicher mit 2500 m³ Fassungsvermögen errichtet. Zusätzlich erzeugen ein Power-to-heat-Modul mit 90 kW Leistung und ein Deponiegas-BHKW mit 170 kWth Wärme. Die Einspeiseleistung in das Fernwärmenetz liegt bei bis zu 10 MW. Ein intelligentes Speichermanagementsystem sorgt dafür, dass Spitzenlasten in dem Wärmenetz verschoben werden und somit vorrangig Wärme aus erneuerbaren Energien genutzt wird. Seit November läuft die Anlage im Testbetrieb. Die Energie Graz plant, die Kollektorfläche auf 10‘000 m² zu erweitern.

Fernheizwerk Puchstrasse
Eine andere Station war das Fernheizwerk Puchstrasse, wo bereits heute 7750 m² Solarkollektoren Wärme in das Grazer Fernwärmenetz einspeisen. Rund 5000 m² der Solarkollektoren wurden 2007 auf Gebäuden errichtet, 2014 wurden weitere 2750 m² auf dem Gelände des Heizwerks installiert. Aktuell erweitert der Betreiber S.O.L.I.D. GmbH die Anlage nochmals um 500 m² Solarkollektoren. In dieser Anlage sollen – wie in der ersten Freilandanlage – Kollektoren von verschiedenen Herstellern im Fernwärmebetrieb getestet werden.

Gemeinde Eibiswald
Die zweite Exkursion führte in die Gemeinde Eibiswald. Seit 1997 unterstützen hier eine Solarthermieanlage mit 1250 m² Solarkollektoren und ein Wärmespeicher mit 105 m³ Fassungsvermögen das Biomasseheizwerk. Zu dieser Zeit konnte die Solarthermieanlage 90 % des Sommerbedarfs im örtlichen Wärmenetz decken. Durch neue Kunden stieg der jährliche Wärmebedarf 2012 auf 8 GWh an. Das Netz war nun 10‘000 Meter lang. Deshalb wurden weitere 1200 m² Solarkollektoren und ein 70 m³ fassender Pufferspeicher installiert. Der solare Deckungsanteil liegt bei 12 %. Den Hauptteil des Wärmbedarfs decken zwei Hackschnitzelkessel mit 2.3 MW und 0.7 MW Leistung. Dank der Solarthermie können sie im Sommer komplett ausser Betrieb gehen. „Dies ist eine in den ländlichen Regionen Österreichs häufig vorkommende Kombination zweier Erneuerbarer“, so Fink.

In der Summe speisen in der Region Graz und in der Steiermark derzeit Anlagen mit rund 35 MWth (rund 50‘000 m² Kollektorfläche) Solarwärme in Fernwärmenetze ein. Die Stadt Graz will ihre Wärmeversorgung mittelfristig komplett dekarbonisieren und hat sich für Solarthermie als eine Technologie hierfür entschieden. Die Anlage Big Solar Graz soll in ihrer Endausbaustufe 20 % des Fernwärmebedarfs decken. Rund 4400 Gebäude könnten damit vollständig versorgt werden.

Wachsender Markt in Deutschland
Auch in Deutschland geht es voran. Hier sind zurzeit rund 25 grosse Solarthermie-Anlagen mit Anbindung an ein Wärmenetz in Betrieb. Weitere Anlagen mit einer Gesamtleistung von rund 40 MWth sind in Planung und Vorbereitung. Das stärkste Marktsegment sind aktuell Energiedörfer. Gleich fünf Anlagen sollen in diesem Jahr in Betrieb gehen. Sie entstehen in Randegg und Liggeringen (beide in Baden-Württemberg), Mengsberg (Hessen), Ellern (Rheinland-Pfalz) sowie Breklum (Schleswig-Holstein).

Aktiv sind aber auch städtische Energieversorger, wie an der grössten netzgebundenen Solarwärmeanlage Deutschlands im brandenburgischen Senftenberg und einer neuen Pilotanlage der Stadtwerke Düsseldorf zu erkennen ist. „Wir gehen davon aus, dass sich bei Grossanlagen die Kollektorfläche in Deutschland in den nächsten Jahren verdoppeln wird. Den wesentlichen Teil der derzeitigen Planungen sehen wir dabei im Segment der städtischen Fernwärme.“, so Pauschinger.

Vorreiter Dänemark
Die Nase weit vorn hat allerdings immer noch Dänemark. Hier gibt es mittlerweile über 110 Anlagen mit rund 700 MW thermischer Leistung. Dass Dänemark diese Vorreiterrolle einnehmen konnte, liegt auch an den politischen und infrastrukturellen Gegebenheiten. Zum einen sind die fossilen Brennstoffe Öl und Gas hoch besteuert. Zum anderen ist die Fernwärme in Dänemark stark verbreitet. Deutlich zeigt sich an den dänischen Beispielen, wie durch die grossen Wärmespeicher die Nutzung erneuerbarer Energien und der Strom-Wärme-Sektorenkopplung auf lokaler Ebene smart kombiniert werden können. Durch die Grossspeicher können sowohl KWK-Anlagen als auch Power-to-Heat-Anlagen optimal betrieben werden.

Neue Generation der Fernwärmeversorgung
Die oben genannten Projektbeispiele weisen auf Trends hin. Christian Maass, Direktor des Hamburg Instituts, sprach von der „nächsten Generation der Fernwärmeversorgung“, die nun begonnen habe. „Wärmenetze werden eine Plattform für die unterschiedlichsten Wärmequellen sein: Solarthermie, Biomasse, Industrieabwärme, Müllverbrennung, Geothermie und Wärmepumpen.“

Dass es auch für die Montage der Solarkollektoren verschiedenste Optionen gibt, zeigte Simona Weisleder vom Hamburg Institut auf. Es gäbe eine fehlende Bereitschaft, landwirtschaftliche Flächen für solarthermische Grossanlagen zur Verfügung zu stellen, konstatierte sie und präsentierte Alternativen. Bei dem Energie-Bunker in Hamburg-Wilhelmsburg sind die Solarkollektoren beispielsweise auf einem alten Bunker montiert. Sie können aber auch auf Parkhäusern, Gewächshäusern, auf Industrie- und Geschosswohnungsbauten, auf still gelegten Mülldeponien, bei Klärwerken und an Lärmschutzwänden montiert werden. Denkbar ist auch, sie entlang Strassen zu installieren oder aufgeständert über landwirtschaftlichen Flächen, wie es bei so genannten Agro-Photovoltaik-Anlagen schon erprobt wird. „In Workshops konnten wir ein grosses Interesse an Win-Win-Lösungen feststellen“, berichtete sie. Teilnehmende Vertreter von Landesinstitutionen aus der Steiermark, Thüringen und der französischen Region Auvergne-Rhone-Alpes präsentierten diesbezüglich ihre Initiativen für verbesserte rechtliche Rahmenbedingungen und eine bessere Flächenverfügbarkeit für erneuerbare Energien.

Fazit
Die Technik ist ausgereift und kann heute genutzt werden, lautete das Fazit der Konferenz. In der abschliessenden Podiumsrunde forderten die Diskutanten gleichwohl ein stärkeres Engagement der Politik, um Massnahmen zur CO2-Reduktion anzustossen. Angesichts des niedrigen Preises für fossile Energieträger müsse es Anreize geben, um erneuerbare Energien attraktiver zu machen. Eine Möglichkeit könne sein, CO2 zu besteuern. Abschliessend appellierte Maass an die Branche, trotz nicht optimaler politischer Rahmenbedingungen selbstbewusst zu sein und Projekte umzusetzen. „Wir haben alle Argumente auf unserer Seite.“

Text: SDH solar districtheating


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