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Ein Dorf, ein Nahwärmenetz

Hackgutheizungen, Abwärme aus Biogas-BHKW, Pufferspeicher in Einklang gebracht

Ein ganzes Dorf an ein Nahwärmenetz zu bringen, kann eine gute Idee sein: Die Anlagenkosten verteilen sich auf viele Köpfe, Abwärmequellen, die sonst ungenutzt blieben, liefern kostengünstig Energie und nachwachsende Brennstoffe, wie Hackgut, können direkt vor Ort genutzt werden. Was sich aber so einfach und logisch anhört, kann technisch eine Herausforderung sein – vor allem, wenn mehrere Wärmeerzeuger eingebunden werden sollen, die an verschiedenen Orten und auf verschiedenen Höhen platziert sind, und in Summe 126 Einfamilienhäuser, zwei Gaststätten, ein Jugendheim sowie ein Sportheim auf Nahwärme setzen.

Eine Wiese und ein wolkiger Himmel.
Quelle: Pexels.com
Ein ganzes Dorf ans Nahwärmenetz zu bringen kann sich für alle Beteiligten lohnen.

Vor diesen Herausforderungen stand die Nahwärme Pfofeld eG bei der Planung und Realisierung des Wärmenetzes im mittelfränkischen Pfofeld. Nicht weniger als sechs Wärmeerzeuger mussten eingebunden und bis zu 46 Höhenmeter überwunden werden. Diese Herausforderung konnte nur mit kompetenten Partnern für die Planung und innovativer Rohrleitungstechnik wirtschaftlich realisiert werden. Ein Unternehmen, das beides bietet, fand man in der Enerpipe GmbH aus dem nahe gelegenen Hilpoltstein.

Das Dorf Pfofeld liegt südlich der Frankenmetropole Nürnberg, im Herzen des fränkischen Seenlandes, wo Felder, Wälder, Wiesen und mittelalterliche Dörfer die hügelige Landschaft prägen. Die Idee für ein Nahwärmenetz in Pfofeld entstand bereits 2012, als eine kleine Gruppe Pfofelder Bürger über die Möglichkeiten einer gemeinsamen Beheizung ihrer Wohn- und Geschäftsgebäude nachdachten.

Auch der Pfofelder Bürgermeister Willi Renner war dieser Idee gegenüber sehr aufgeschlossen und schlug vor, doch das ganze Dorf zu befragen, wer Interesse an einer zentralen Wärmeversorgung habe. Und siehe da: Die Idee stieß im Ort auf äußerst positive Resonanz. 123 Pfofelder Haushalte füllten den Fragebogen aus und signalisierten damit ihr Interesse an dem Projekt.

Planung mit Hindernissen

Im November 2013 wurde dann eine Vorgesellschaft in Form einer Gesellschaft des bürgerlichen Rechts ("Interessengemeinschaft Nahwärme Pfofeld GbR") gegründet, die die weitere Planung und Organisation vorantreiben sollte. Nach einigen Besprechungen und vielen Informationsgesprächen gründeten über 100 Pfofelder Bürger im Januar 2015 schließlich die Nahwärme Pfofeld eG.

Unter fachkundiger Anleitung eines Ansprechpartners für den Bereich Wärmelieferung des Genossenschaftsverbandes Bayern e.V. entwickelte man die Satzung für die Genossenschaft mit den Zielen, eine Nahwärmeversorgung in Pfofeld sowie ein Versorgungsnetz für schnelle Internetnutzung zu errichten und zu betreiben. In der ersten ordentlichen Generalversammlung am 16. Februar beschlossen die Genossen, das Projekt im März 2015 zu starten.

Geplant wurde das Projekt vom Ingenieurbüro IBBH, Hilpoltstein, das die komplette Planung und Ausschreibung des Projektes übernahm. Vor der Detailplanung wurde an alle Genossen ein Fragebogen verteilt, um detaillierte Planungsgrundlagen, wie Gebäudedaten, vorhandene Heizsysteme und den Wärmebedarf der Haushalte, zu erfassen.

Insgesamt sollten 126 Anwesen an das Nahwärmenetz Pfofeld angeschlossen werden. 82 Gebäude wurden bis dato mit Öl beheizt, fünf mit Flüssiggas und die restlichen Gebäude mit (mehr oder weniger modernen) Holzheizungen. Bei dem Großteil der zu beheizenden Gebäude handelte es sich um klassische Einfamilienhäuser. Dazu kamen noch eine Gaststätte und zwei Ferienhäuser mit speziellen Anforderungen.

Auf Basis der gesammelten Daten wurde der Wärmebedarf berechnet und die einzelnen Trassen des Nahwärmenetzes ausgelegt mit dem Ziel, die Wärmeleitungen möglichst kurz zu halten und so durch das Gelände zu führen, dass eine kostengünstige Realisierung gewährleistet ist. Dabei galt es auch zu berücksichtigen, dass der Wärmebedarf der Abnehmer auch in Spitzenzeiten immer zuverlässig zu 100 Prozent gedeckt ist.

Der Trassenplan des Pfofelder Nahwärmenetzes.
Quelle: Enerpipe
Der Trassenplan des Pfofelder Nahwärmenetzes: Heute werden 126 Einfamilienhäuser, zwei Gaststätten, ein Jugendheim und ein Sportheim mit Energie versorgt.

Einbindung der BHKW-Abwärme

Neben der Trassenführung durch die Ortschaft mussten auch die Wärmerzeuger möglichst effizient in die Gesamtplanung eingebunden werden. Da viele Haushalte in Pfofeld bereits mit Holz heizten, plante man zu Beginn des Projektes, das Nahwärmenetz ausschließlich über eine Hackgutheizung mit Wärme zu versorgen. Im Zuge der weiteren Planung wurde aber schnell klar, dass es in der Umgebung von Pfofeld zwei Biogasanlagen gibt, deren Energie man nutzen könnte. Dies wäre kostengünstiger und ökologisch sinnvoll. Deshalb plante man zunächst ein genossenschaftseigenes Blockheizkraftwerk (BHKW), um das Gas aus der Biogasanlage im nahegelegenen Gundelshalm zu nutzen.

Durch die Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) 2014 sei aber eine solche Konstellation nicht mehr möglich gewesen. Der neue Gesetzestext wertet Wärmeerzeuger, die später via Gasleitung angeschlossen werden, praktisch als Neuanlagen. Daraus würde eine deutliche Reduzierung der Einspeisevergütung auf den Stand von 2014 folgen. Bei den Wirtschaftlichkeitsberechnungen war man noch von der deutlich höheren Einspeisevergütung von 2010 ausgegangen. Mit der Novellierung des EEG 2014 wurde die Variante, Gas ins Heizhaus nach Pfofeld zu liefern, praktisch unwirtschaftlich für den Biogasanlagen-Betreiber.

Gemeinsam mit dem Nahwärmespezialisten Enerpipe entwickelte man sodann ein neues Konzept, um doch noch eine möglichst hohe Einspeisevergütung sicherzustellen. Denn aufgrund moderner Nahwärmenetztechnik war man jetzt nicht mehr auf eine Gasleitung angewiesen, um die Energie zu transportieren, sondern konnte die in Gundelshalm vor Ort erzeugte Abwärme auskoppeln und nach Pfofeld transportieren. Die Abwärme entsteht in Gundelshalm bei der Stromerzeugung durch zwei BHKW, die das Biogas der Anlage als Antriebsenergie nutzen.

Dabei war es eine Herausforderung, die Druckbelastung, die sich aus dem geodätischen Höhenunterschied von 32 m zwischen Wärmeerzeuger und dem Netzanschluss in Pfofeld in der Transportleitung ergeben, technisch zu bewältigen. Bisher wäre eine solche Leitung mit Stahlrohren ausgeführt worden. Aufgrund der Länge von insgesamt 1,6 km hätten sich die Kosten dafür aber zu einem kleinen Vermögen addiert. Rat wusste der Hersteller Enerpipe. Denn das hauseigene "FibreFLEX"-Kunststoffrohr ist mit Aramidfasern verstärkt und kann so auch einem Druck von bis zu 10 bar, bei Medientemperaturen bis 95 °C, standhalten.

Aus dem neuen Konzept mit den "FibreFLEX"-Rohren ergaben sich in der Praxis noch weitere Vorteile für die Gesamteffizienz des Nahwärmenetzes. Denn statt einer thermischen Leistung von max. 250 kW, die das zunächst geplante BHKW vor Ort hätte zur Verfügung stellen können, ist das Nahwärmerohr jetzt in der Lage, bis zu 400 kWth zu übertragen.

Mit der erhöhten Übertragungsleistung war es nun möglich, die gesamte Kapazität der Biogasanlage, insbesondere in der Übergangszeit im Frühjahr und im Herbst, für das Pfofelder Nahwärmenetz zu nutzen. Denn gerade in diesen Perioden wirken sich die warmen Außentemperaturen am Tag bereits positiv auf die Leistung der Biogasanlage aus, da weniger Wärme für die Fermentation zugeführt werden muss.

Gleichzeitig benötigen die Abnehmerhaushalte in Pfofeld aber noch viel Wärme, um die Häuser komfortabel zu beheizen. In der Übergangszeit kann so die freie Kapazität der Wärmeerzeuger (ca. 350 kWth) an der Biogasanlage genutzt werden. Nach dem alten Konzept mit der Biogasleitung würde im Heizhaus von Pfofeld lediglich eine Leistung von 250 kWth zur Verfügung stehen.

Höhenunterschiede – eine Herausforderung für das Nahwärmenetz

Die Wärmezuleitung von Gundelshalm war jedoch nicht die einzige Trasse, bei der größere Höhenunterschiede überwunden werden mussten. Denn mit dem Ziel, das Wärmenetz möglichst kostengünstig und ökologisch zu betreiben, lag es nahe, die Abwärme einer weiteren Biogasanlage in das System einzuspeisen. Eine solche befindet sich im 3 km entfernten Nachbarort Rittern. Das Biogas in Rittern entsteht zum Großteil durch Verwertung von in der Viehzucht anfallender Gülle. Und wie in Gundelshalm wird die Abwärme von stromerzeugenden Blockheizkraftwerken geliefert.

Das Problem: Hier galt es, einen Höhenunterschied von 46 m zwischen den BHKW (482 m ü.M.) in Rittern und der Einspeisestation in Pfofeld (436 m ü.M.), untergebracht im örtlichen Jugendheim, zu überwinden. Allein durch den Höhenunterschied ergibt sich bereits ein statischer Druck von 4,6 bar. Dazu kommt noch der Anlagendruck. Beide addieren sich auf eine Druckbelastung von bis zu 10 bar im Netz – eine Herausforderung für das Nahwärmerohr "FibreFLEX".

Ein Rohr für ein Nahwärmenetz im Boden.
Quelle: Enerpipe
Trassenverlegung mit (hydraulischen) Hindernissen: Aufgrund der hügeligen Landschaft, in die das Örtchen Pfofeld eingebettet ist, und der daraus resultierenden geodätischen Höhenunterschiede war die Rohrverlegung in Theorie und Praxis nicht einfach.

Ein Rohr für das Nahwärmenetz und eine Leitung für Highspeed-Internet bei der Verlegung im Boden.
Quelle: Enerpipe
Neben den Trassen für das Nahwärmenetz wurde auch die Leitung für Highspeed-Internet verlegt.

Die Möglichkeit, die Verrohrung der 3 km langen Strecke mit Stahlrohren zu realisieren, wurde aus Kostengründen schnell verworfen. Denn hier schlagen nicht nur die hohen Materialkosten zu Buche, auch die Verlegung ist sehr kostspielig, da praktisch alle 12 m geschweißt werden müsste.

Auch kleinere Hindernisse, die sich mit einem Kunststoffrohr mit einer Biegung kostengünstig umgehen ließen, können bei der Verlegung von steifen Stahlrohren schnell zum kostenträchtigen Problem werden. Aus diesen Gründen entschied man sich auch bei dieser Verbindung für glasfaserverstärkte Kunststoffrohre ("FibreFLEX", 75x75/202). Aufgrund der hügeligen Landschaft, in die das Örtchen Pfofeld eingebettet ist, sollten aber noch weitere Herausforderungen dieser Art auf die Planer zukommen.

Die Grafik zeigt ein
Quelle: Enerpipe
Enerpipe-"FibreFLEX": Ein mit Aramidfaser verstärktes Kunststoffrohr für Druckbelastungen bis 10 bar bei 95 °C.

Hackgutkessel mit 400 und 500 kW

Um die 126 Abnehmerhaushalte auch an extrem kalten Wintertagen zuverlässig mit Energie zu versorgen, wurde neben der Wärme aus den Biogasanlagen eine zusätzliche Wärmequelle benötigt. Da in der Region viel Holz zur Verfügung steht und viele Haushalte vor Inbetriebnahme des Nahwärmenetzes mit Holz heizten, beschloss man, noch zwei Hackgutkessel (Heizomat) in das Netz einzubinden.

Um die genossenschaftseigenen Hackgutkessel unterzubringen, kaufte die Nahwärme-Genossenschaft Pfofeld ein altes Raiffeisen-Lagerhaus. Dies erwies sich aufgrund der sehr großzügigen Lagerfläche von über 1.800 m² als idealer Standort für das benötigte Heizhaus. Nach einem relativ problemlosen Umbau wurden dort die zwei Hackgutkessel mit thermischen Leistungen von 400 und 500 kW sowie die komplette Steuerung installiert.

Das Heizhaus liegt jedoch nur 431 Meter über dem Meeresspiegel, während der höchste Abnehmerhaushalt in der Pfofelder Siedlung mit 468 m ü.M. ganze 37 m höher liegt. Obwohl der Anschluss des Neubaugebietes mit Druckentkopplung durch einen Plattenwärmeübertrager im Heizhaus ausgeführt wurde, kann eine solche Trasse mit konventionellen PN6-Kunststoffrohren nicht mehr ausgeführt werden. Deshalb setzten die Planer auch bei dieser Trasse auf Enerpipe-"FibreFLEX".

Das Heizhaus in Pfofeld.
Quelle: Enerpipe
Das alte Raiffeisen-Lagerhaus erwies sich als idealer Standort für das benötigte Heizhaus.

Weiterführende Informationen: http://www.enerpipe.de/

Dienstag, 31.10.2017