Energetische Analyse von Nahwärmenetzen unter Berücksichtigung des mikroskopischen thermohydraulischen Netzzustandes

Vor dem Hintergrund, die Treibhausgasemissionen bis zum Jahre 2050 maßgeblich zu reduzieren, werden die Potentiale von Wärmenetzen hinsichtlich einer energetischen Optimierung untersucht. Hierfür werden zunächst die Grundlagen der energetischen, thermischen und hydraulischen Dimensionierung dieses Energieversorgungskonzeptes dargestellt. Fokus liegt dabei auf ländlichen Räumen mit geringer energetischer Verdichtung, da hier zukünftig die größten Potentiale einer optimierten Wärmeversorgung durch sog. Nahwärmenetze liegen.
Ausgangspunkt ist zunächst die makroskopische energetische Modellierung ländlicher Räume unter Berücksichtigung energetischer Sanierungen. So sollen energetisch attraktive Standorte für Nahwärmenetze unter Vermeidung aufwendiger analytischer Modelle lokalisiert werden. Basis dieses Modells sind die makroskopischen Strukturen von typisch ländlichen Siedlungsstrukturen. Die generelle wirtschaftliche Darstellbarkeit des Energieversorgungskonzeptes Nahwärmenetz wird so für den ländlichen Raum nachgewiesen.
Anschließend wird die Funktionalität von Nahwärmenetzen im Rahmen einer Parameterstudie untersucht. Dafür werden zunächst thermisch und hydraulisch kritische Betriebszustände des Netzbetriebes definiert. In einem nächsten Schritt, werden thermohydraulische Modelle aller relevanten Netzkomponenten auf Basis von Messdaten eines thermodynamisch und hydraulisch vollständig erfassten Wärmenetzes erstellt und validiert. Für typisch ländliche Netzstrukturen wird dann räumlich hochauflösend der (mikroskopische) thermohydraulische Netzzustand berechnet.
Weiterführend werden unterschiedliche Netzkonfigurationen für die Wärmeversorgung, -verteilung und -nutzung analysiert und bewertet. Makroskopische Betriebsparameter wie der Wirkungsgrad der Wärmeverteilung oder Wärmeverteilverluste werden dabei ebenso wie mikroskopische Betriebsparameter (minimale Vorlauftemperatur, -drücke) berücksichtigt.
In einem abschließenden Schritt wird durch die Kombination verschiedener Ansätze zur energetischen Optimierung dieser Netze das Optimierungspotential dieses Energieversorgungskonzeptes quantifiziert. Hauptwärmeabnehmer (saisonal), thermische Speicher und Absenkungen der Netzeingangstemperatur stehen dabei im Fokus.