Wärme: Wie können wir sie nachhaltig nutzen?

Damit wir uns in der warmen Jahreszeit abkühlen und in der kühlen Jahreszeit aufwärmen können, sind Klimageräte und Heizsysteme im 21. Jahrhundert nicht aus dem Alltag wegzudenken. Dabei verbrauchen wir stets Energie und wertvolle Ressourcen unseres Planeten.

Wieso müssen wir nachhaltig heizen und kühlen?

Als Gesellschaft stehen wir vor zahlreichen sozialen, ökologischen und ökonomischen Herausforderungen: Nicht zuletzt aufgrund des Klimawandels sind wir gefordert, innovative Technologien zu entwickeln und wirksame Maßnahmen zu setzen.

Wussten Sie, dass der Anteil erneuerbarer Energieträger an der ganzen Wärme- und Kälteversorgung in Österreich aktuell bei lediglich rund 34% liegt? Betrachtet man den gesamten EU-Raum, so sind es sogar nur 22%.

Welche Lösungsansätze gibt es? Green Energy Lab: Eine innovative Forschungsoffensive

Höchste Zeit also, einmal genauer unter die Lupe zu nehmen, wie auch eine effiziente Wärmeversorgung nachhaltig sein kann. Das Green Energy Lab, eine Forschungsinitiative für nachhaltige Energielösungen, beschäftigt sich unter anderem mit diesem Thema. Das Green Energy Lab ist mit dem Testmarkt Wien, Niederösterreich, Burgenland und Steiermark mit etwa fünf Millionen EndverbraucherInnen Österreichs größtes „Innovationslabor“ für grüne Energie.

AbSolut: Fernwärme thermisch absorbieren

Das Forschungsprojekt „AbSolut“ des Green Energy Lab untersucht etwa, wie Absorptions-Wärmepump-Anlagen in Fernwärme und –kältesysteme integriert werden können. Was heißt das? „Absorption“ (lat. Absorptio = Aufsaugung) bezeichnet im Allgemeinen „das Aufsaugen, das In-Sich-Aufnehmen“ von etwas, im Konkreten von Kältemittel in Lösungsmittel. Deshalb benötigten Absorptions-Wärmepump-Anlagen im Vergleich zu den viel bekannteren Kompressionswärmepumpen anstelle von elektrischer Energie Wärme zum Antrieb. Ein weiterer Vorteil ist, dass natürliche und damit umweltfreundliche Kälte- und Lösungsmittel in den Anlagen eingesetzt werden.

Das Projekt untersucht zum Beispiel deren Einsatz zur Integration von Rauchgaskondensationswärme ins Fernwärmenetz, zur Fernwärme-getriebenen Kälteversorgung oder zur Rücklauftemperatursenkung im Primärnetz. So kann einerseits das Stromnetz entlastet und andererseits brachliegende Abwärme energetisch und damit auch ökonomisch und ökologisch sinnvoll genutzt werden.  

Obwohl Absorptionstechnologien einzigartige Eigenschaften besitzen und technisch bereits gut gereift sind, sind sie bisher in Österreich und anderen europäischen Ländern nur als Nischenlösung im Einsatz. AbSolut stellt sich dieser Herausforderung und entwickelt Konzepte, wie man diese Technologien effizient in österreichische Fernwärme und –kältesysteme einbinden kann. 

Das passiert in enger Abstimmung mit Anwendern, Planern und Technologieanbietern. So können Fernwärmebetreiber in Zukunft marktgerechte Lösungen erarbeiten und bewerten.

ThermaFLEX: Wie können wir nachhaltig Fernwärme ausbauen?

Wie sieht das Fernwärmenetz von morgen aus? Damit beschäftigt sich das Projekt ThermaFLEX schon seit 2018.

Ein Wärmenetz besteht aus einer oder mehreren zentralen Heizanlagen, einem Verteilnetz und einer Übergabestation in den angeschlossenen Gebäuden. Transportiert wird die Wärme meist über heißes Wasser.

Der Nah- und Fernwärmesektor spielt bereits heute eine zentrale Rolle in Österreichs Energieversorgung: Jedes vierte Haus in Österreich wird über Wärmenetze versorgt, etwa 5.400 Kilometer kostbare Wärmeleitungsinfrastruktur sind derzeit verlegt. Diese Leitungen führen etwa an Kläranlagen, Industriebetrieben und Gewerbegebieten vorbei: Wieso sollte man nicht deren Rest- und Abwärme nutzen? Oder auf anliegenden Freiflächen Solarwärmeanlagen und Wärmespeicher installieren? Das Ziel von ThermaFLEX ist also, herauszufinden, wie Wärmenetze flexibler eingesetzt werden können – und alternative, regional verfügbare Energiequellen für die Wärmenetze zu erschließen, und somit den Anteil erneuerbarer Wärme zu erhöhen.

Therme Wien: Thermalwasser weiternutzen

Ein Demonstrationsprojekt im Rahmen von ThermaFLEX ist etwa die Nutzung der Energie des Thermalwassers der Therme Wien. Aus der im Thermalwasser gespeicherte Energie kann Abwärme gewonnen werden. Wieso sollte man diese nicht weiternutzen? Die gewonnene Abwärme wird nachfolgend in das bestehende Fernwärmenetz in Wien eingespeist. Das Nutzbarmachen von Abwärme aus unterschiedlichen Quellen leistet einen wesentlichen Beitrag zur Dekarbonisierung von Wärmenetzen.

Large Scale Solar Integration Mürzzuschlag: Einbindung einer großen Solaranlage ins Wärmenetz

Im steirischen Mürzzuschlag wird im Rahmen von ThermaFLEX erforscht, wie eine große Solaranlage sinnvoll für das Wärmenetz des Ortes eingesetzt werden kann.

Im Oktober 2020 ging die Solargroßanlage in Betrieb – mit 5.043 m²Hochleistungskollektoren ist sie eine der größten Österreichs und umfasst drei Wärmespeicher mit insgesamt 180 m³. In den Sommermonaten wird die in Mürzzuschlag benötigte Wärme künftig zur Gänze solar erzeugt. So wird die Energieversorgung in Mürzzuschlag zunehmend dekarbonisiert und die Abhängigkeit von Energieimporten gesenkt.

Modernisierung & Wärmepumpenintegration im Heizwerk Saalfelden

Ein weiteres ThermaFLEX-Projekt befasst sich damit, wie der Anteil an erneuerbarer Energie im Fernwärmenetz Saalfelden erhöht werden kann.

Im ersten Schritt wurde die Effizienz der bestehenden Biomasseheizzentrale durch vielschichtige Maßnahmen erhöht. Neben Adaptierungen an der Feuerung sowie der Rauchgasreinigung und Leistungssteigerung der Rauchgaskondensation wurde  ein neuer Pufferspeicher installiert sowie die Leittechnik und Thermohydraulik erneuert. Aktuell wird ein Konzept zur Integration einer Wärmepumpe entwickelt. Durch den Einsatz dieser Wärmepumpe wird die Wärmerückgewinnung des Rauchgases nochmals optimiert und die Gesamteffizienz erhöht werden.

Neudörfl: Eine Energiegemeinschaft in der Smart City

In Neudörfl, einer Gemeinde mit etwa 4.800 EinwohnerInnen im Burgenland, startet im Herbst 2021 ein Smart–City-Forschungsprojekt. Im Zentrum steht dabei die Idee der Bildung einer Energiegemeinschaft, die Zusatzfunktionen im Bereich der Versorgungssicherheit übernehmen soll. Teil dieser Energiegemeinschaft soll das örtliche Nahwärmenetz werden. Ein Industriebetrieb, der mit einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage Ökostrom erzeugt, versorgt dieses Wärmenetz mit Abwärme - und verfügt über große potenzielle Photovoltaik-Flächen auf den Hallendächern.

Durch das Projekt soll die Energieversorgung der Gemeinde mit Wärme und Strom sichergestellt sowie Anreize für den weiteren Ausbau erneuerbarer Energien in der Gemeinde geschaffen werden. Mit der Priorisierung der kritischen Infrastruktur soll gerade für diese Objekte die Versorgung im Krisenfall sichergestellt sein, gleichzeitig soll sich der Regelbetrieb der Energiegemeinschaft positiv auf Klima, Umwelt und regionale Wertschöpfung auswirken.

Die Müllverbrennungsanlage in Spittelau ist Wien weltweit Vorbild für moderne Wärmeerzeugung. Was ist das Besondere an der Wärmeversorgung von Österreichs Bundeshauptstadt?

Die Wärmeversorgung in Wien ist bereits heute sehr klimafreundlich aufgestellt. Wien Energie versorgt mehr als 420.000 Haushalte und 7.500 Großkunden mit Fernwärme und deckt damit rund 40 Prozent des gesamten Wärmebedarfs von Wien ab. Das Wiener Modell gilt international als Vorbild: Wir kombinieren hier unterschiedlichste Erzeugungsanlagen wie Kraft-Wärme-Kopplung oder Biomasse und setzen seit Jahrzehnten auf die Nutzung von Abwärme aus der Müllverbrennung und Industrie. Um die Klimakrise zu bewältigen, braucht es aber noch mehr. Wir müssen raus aus Erdgas. Deshalb investieren wir massiv in den Ausbau erneuerbarer Wärmelösungen und wollen neue alternative Wärmequellen erschließen. Hier liegt ein ganz wesentlicher Hebel, um die CO2-Emissionen zu senken und Klimaschutz in der Stadt voranzutreiben.

Was muss die „Wärmeversorgung 2.0“ im Hinblick auf eine Zukunft mit erneuerbaren Energien leisten können?

In Zukunft soll die gesamte Wiener Wärmeversorgung zu 100 Prozent klimaneutral sein. Die Fernwärme ist hier ein wahrer Klimaschutzmotor: Hier muss man „nur“ die Quelle dekarbonisieren, dann kommt grüne Wärme im Haushalt an. Es sind keine großen Umbauarbeiten am Gesamtsystem oder gar beim Kunden in der Wohnung notwendig. In Wien haben wir mit einem der größten Netze Europas dafür beste Voraussetzungen, aber wir müssen den Ausbau weitervorantreiben. Schon heute integrieren wir unterschiedliche Wärmequellen – vom Manner-Backofen bis zu den UNO City-Klimaanlagen. Für eine erfolgreiche Wärmewende müssen wir jede Kilowattstunde Energie nutzen, die wir bekommen können und neue Quellen wie Erdwärme erschließen. Es müssen aber auch zunehmend Konzepte zur klimafreundlichen dezentralen Wärmeversorgung erarbeitet werden, wo kein Fernwärmeanschluss möglich ist. Also der Einsatz von Wärmepumpen und Tiefensonden. Nicht zu unterschätzen ist das Thema der thermischen Sanierung: Nur mit besserer Energieeffizienz und einem sorgsamen Umgang unserer Energie können wir die Klimaziele erreichen.

Welche Projekte treibt die Wien Energie hierzu aktuell voran?

Insgesamt investiert Wien Energie in den nächsten 5 Jahren 400 Millionen Euro in die Dekarbonisierung der Wärme. Wir setzen vor allem auf innovative Ansätze im Bereich der Abwärmenutzung. Derzeit arbeiten wir beispielsweise daran, bei unserer Müllverbrennungsanlage Spittelau mit dem Projekt THERMAFLEX – das ein Teil von Green Energy Lab ist - die anfallende Abwärme aus der Rauchgaskondensation als Quelle für eine Wärmepumpe zu nutzen. Diese Hochtemperatur-Wärmepumpe soll künftig mit mehr als 10 Megawatt Wärme ins Fernwärmenetz einspeisen.

Aber auch die tiefe Geothermie – also Wärmevorkommen hunderte bis tausende Meter unter der Erde – birgt für Wien viel Potential. Unser Ziel ist es, bis 2030 mindestens 150 Megawatt Fernwärme-Leistung aus der Geothermie zu installieren. Damit könnten wir weitere 135.000 Haushalte mit grüner Wärme versorgen und so bis zu 260.000 Tonnen CO2 im Jahr einsparen. Auch saisonale Speicherung schauen wir uns in diesem Kontext an – etwa im Forschungsprojekt ATES Vienna. Diese Hochtemperatur-Wärmespeicher beruhen auf der Nutzung von für Thermalwasservorkommen in Tiefen zwischen 300 und 3.000 Meter. Die Technologie ist noch im Forschungsstadium bei Green Energy Lab, kann aber vielversprechend sein. Der größte Vorteil dieser Technologie liegt in dem extrem geringen Oberflächenbedarf, weshalb sie sich für Ballungszentren gut eignet sein könnte.