Forschungsbericht 2017

Wärmespeicher für Linz

Future District Heating System Linz - Sondierung neuer Konzepte für zukünftige Energietransformationen im Linzer Wärmesystem

Informationen zum Forschungshintergrund

Die Strom- und Wärmeversorgung der Stadt Linz muss sich zukünftigen Herausforderungen stellen, betriebswirtschaftlich betrieben und volkswirtschaftlich darstellbar sein. Eine Dekarbonisierung der Energieaufbringung gepaart mit hoher Versorgungssicherheit bei gleichzeitiger Leistbarkeit der Energie für die Endkunden sind Rahmenbedingungen. Eine Machbarkeitsstudie eines Saison- oder Großwärmespeichers (GWS) mit 80 GWh in Linz konnte für dieses Forschungsprojekt als Basis verwendet werden. Eine Ergänzung der bestehenden KWK Energieaufbringung mit einem GWS, modernen Wärmepumpen sowie der Einbindung industrieller Abwärme, in mehreren Szenarien der Fernwärmenetztransformation, wurden dabei untersucht. Diese Rahmenbedingungen und die große Energiedichte von Linz ermöglichen diese Energie – Vision für Linz.

Forschungsziel

Untersuchung der Erneuerung und Ergänzung eines KWK Energieaufbringungssystems für Linz.

Beauftragte Institute

AIT, JKU Linz Energieinstitut, JKU Linz Institut für betriebliche Finanzwirtschaft

Forschungsergebnis

Die Anpassung und Ergänzung des bestehenden KWK Systems in Linz ist zukünftig mit weiteren großen CO2  Einsparungen möglich. Die hohen Investitionskosten und die geringen Betriebserfahrungen mit Saisonwärmespeichern mit Betriebstemperaturen von 97°C stehen einer zeitnahen Umsetzung entgegen.

Forschungseffekt

Das Fernwärmesystem der Stadt Linz ist bereits großflächig ausgebaut: 70 % der Linzer Wohnungen sind angeschlossen. Die Stadt Linz weist mit ihren Industriebetrieben ein signifikantes Abwärmepotential auf. Diese fällt hauptsächlich im Sommer an, während der Heizwärmebedarf im Winterhalbjahr gegeben ist. Es wird überprüft, wie eine Ergänzung des Aufbringungssystems mit einem Saison – bzw.  Großwärmespeicher, industrieller Abwärme und Wärmepumpen zur Verschiebung der Wärmeenergie beitragen kann.

Als Referenzprozess wird die bestehende KWK - Wärme - Erzeugung unter aktuellen Fernwärmebedingungen verwendet. Diese  besteht aus einem Reststoffheizkraftwerk, einem Biomasseheizkraftwerk, fünf Gasturbinen mit Nutzung der Abwärme (GUD Anlagen) und gasgefeuerten Spitzenlastkesseln als Backup.

Zur Bewertung wurden unterschiedliche Szenarien entwickelt, auf welche Art und Weise ein zukünftiges Fernwärmesystem die Kunden der Linz AG mit Wärme versorgen könnte. Hierfür wurden vier repräsentative Szenarien definiert. Diese wurden an die Rahmenbedingungen sowie Besonderheiten des Linzer Fernwärmesystems angepasst.

Für die Simulation wurde das komplexe und stark vermaschte Fernwärme Netz aggregiert, sodass die wesentlichen Hauptleitungen, Abnehmer und Erzeuger in der Simulationsumgebung abgebildet werden konnten. Die technischen Restriktionen bzw. ökonomischen Parameter dieser Anlagen wurden berücksichtigt.

Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen zeigen, dass diese Modifikation des Aufbringungssystems im Linzer Fernwärmenetz zu erheblichen Einsparungen von CO2 (bis zu -44 %), Brennstoffen (bis zu -21 %) und Primärenergie (bis zu -11 %) führen kann. Diese Reduktionen wurden durch kostenoptimierte Fahrweisen erzielt. Je nach Bedarf kann die Optimierung auch gezielt auf andere Parameter wie Emissionen, Brennstoffbedarf oder Primärenergie angewandt werden.

Das Speichervolumen von rund 80 GWh würde bei einer rein saisonalen Speicherung 1,8 Mal umgesetzt. Wird zusätzlich auch eine Optimierung des Einsatzes der KWK Anlagen über den Speicher vorgenommen, ergibt sich eine Zyklenzahl von 4,4.

Bei einer  Wärmeaufbringung von ca. 1.100 GWhth/a bleibt der Einsatz des Reststoffheizkraftwerks mit 350 GWhth gleich, die Abwärme steuert fortan etwa 310 GWhth des Wärmebedarfs bei und die Wärmepumpen erbringen 50 GWhth. Die aus fossilen Quellen stammende Wärmeaufbringung wird um mehr als die Hälfte reduziert.

Die betriebswirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse dieses Forschungsprojektes weist ohne Förderungen eine Amortisationszeit von 20 Jahren auf.

Volkswirtschaftlich ist der Großwärmespeicher deutlich besser zu beurteilen als betriebswirtschaftlich: Im Vergleich zur bestehenden Aufbringung zeigt die makroökonometrische Simulationsanalyse eine Zunahme des Bruttoregionalprodukts um ca. 44 Millionen Euro durch die Investitionsimpulse während der Bauzeit. Zusätzlich ergibt sich eine Wertschöpfung durch die Substitution der Energieimporte für die Wärmeproduktion von rund 15 Millionen Euro pro Betriebsjahr. Infolge der Investitionen und des Wirtschaftswachstums wird zusätzliche Beschäftigung generiert.

Aufgrund der positiven volkswirtschaftlichen Effekte und der betriebswirtschaftlichen Gegebenheiten wäre eine staatliche Unterstützung empfehlenswert und sinnvoll.

Future DH System Linz : CO2-Emissionen der einzelnen Technologien im jeweiligen Szenario
Future DH System Linz : CO2-Emissionen der einzelnen Technologien im jeweiligen Szenario