Nahwärme, Fernwärme

Nahwärme, Fernwärme

 

Bei der Nah- und Fernwärme wird die eingesetzte Primärenergie sehr viel effizienter genutzt als bei der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme. Auch ist der Ausstoß an Schadstoffen und Kohlendioxid wesentlich geringer. Allerdings zeigen sich Vorteile nur bei richtiger Auslegung der Systeme, die jedoch technischen und ökonomischen Grenzen unterliegt.

 

 Fernwärmenetz

 

Eine Schlüsselrolle spielt die Zahl der Anschlüsse. Zentrale Versorgung mit Heizenergie und Warmwasser über ein Verteilnetz ist nur bei genügend hoher Abnehmerdichte sinnvoll, was den Aufbau von Fernwärmenetzen auf Ballungsräume begrenzt. Wirtschaftliche Gründe erfordern zudem einen über das Jahr möglichst konstanten Wärmebedarf. Deshalb sollten zu den Kunden nicht nur Haushalte gehören, sondern auch Großabnehmer wie Krankenhäuser, Gewerbe und Industrie. Auch die sinnvolle Ausdehnung von Verteilnetzen ist beschränkt. Zwar ist es mit moderner Wärmedämmung möglich, die Übertragungsverluste im Schnitt unter 10 % zu halten, doch selbst das bedeutet den Verlust beträchtlicher Energiemengen. Vakuumisolierte Rohre können die Verluste zwar weiter drücken, sie sind aber sehr teuer. Deshalb sind Transportentfernungen von mehr als 50 km ökonomisch meist nicht zu vertreten.

 

Während die Versorgungsnetze früher überwiegend mit bis zu 250 ºC heißem Dampf versorgt wurden, fließt heute fast ausschließlich heißes Wasser durch die Rohre. Es steht unter hohem Druck (etwa 20 bar), um Dampfbildung zu vermeiden, und hat gewöhnlich Temperaturen um 140 ºC. Das Verteilnetz besteht meist aus zwei Rohrsystemen: Der Vorlauf bringt das heiße Wasser zu den Verbrauchern, der Rücklauf das abgekühlte wieder zur Heizzentrale, wo es erneut erwärmt wird. Fernwärmeleitungen liegen entweder in der Erde oder aber auf Stützen (z. B. in Berlin), wobei Wärmedehnungsbögen mit eingebaut werden müssen. Außerdem sind Pumpen im Fernwärmenetz notwendig, um Druckverluste wieder ausgleichen zu können. Beim Verbraucher wird über einen zentralen Wärmetauscher das Heizungs- oder Brauchwasser erwärmt.

 

 Erzeugung von Heizwasser

 

Zur Erwärmung des Heizwassers für das Fernwärmesystem nutzt man einen Wärmetauscher, oftmals einen Heizkondensator. In konventionellen Kraftwerken wird Dampf erzeugt, in einer Turbine entspannt und anschließend in einem Kondensator abgekühlt und wieder verflüssigt. Dabei gibt der Dampf Wärme an das Kühlwasser ab und erwärmt es auf 20-30 ºC, also nicht hoch genug für Heizwasser. Um eine höhere Temperatur zu erhalten, darf der Dampf in der Turbine nicht vollständig entspannt werden. So kann der Wärmeaustausch zwischen Dampf und Wasser bei höherer Temperatur und Druck stattfinden und Heizwasser liefern. Kraftwerke, die nach diesem Prinzip arbeiten und primär Heizwärme erzeugen, nennt man Gegendruck-Heizkraftwerke. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Teil des Dampfes vor dem Niederdruckteil der Turbine zu entnehmen und ihn dem Heizkondensator zuzuführen (Entnahmebetrieb). Werden gleichzeitig in einem Kraftwerk Strom und Wärme produziert, so spricht man von Kraft-Wärme-Kopplung. Die Entnahme von Dampf zur Erwärmung von Heizwasser verringert allerdings den Wirkungsgrad der Elektrizitätserzeugung. Dennoch ist Kraft-Wärme-Kopplung vorteilhaft, da die eingesetzte Primärenergie insgesamt besser genutzt wird. Dieses Verfahren kann nicht nur in Kohlekraftwerken, sondern auch in Kernkraftwerken zur Heizwärmegewinnung eingesetzt werden.

 

In der Praxis unterscheidet man von der Fernwärme die Nahwärme. Sie wird in Blockheizkraftwerken erzeugt, die nur einen kleinen Kreis von Abnehmern versorgen. Auch sie funktionieren nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung; hier sind es aber Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen, die die Generatoren zur Stromerzeugung antreiben. Die dabei entstehende Abwärme wird über Wärmetauscher in den Heizkreislauf gespeist. Die Leistung solcher Blockheizkraftwerke ist mit einigen Hundert Kilowatt bis zu wenigen Megawatt viel kleiner als die der Heizwerke oder Heizkraftwerke.

 

 Auswirkungen auf die Umwelt

 

Die Umweltbilanz der Fernwärmesysteme hängt von der Wahl des Brennstoffes ab. So werden manche Blockheizkraftwerke mit Deponiegas betrieben, das beim Verrotten von Müll in Deponien entsteht. Dadurch kann dies klimabelastende Gas noch sinnvoll zur Energieversorgung genutzt werden. Ähnliches gilt, wenn Müll als Brennstoff in Müllheizkraftwerken eingesetzt wird. In den letzten Jahren wurden verstärkt Biomassekraftwerke für Holz, Stroh oder organische Abfälle als Komponenten in Fernwärmenetzen eingesetzt. Auch kann man teilweise die bei industriellen Prozessen anfallende Abwärme zur Erzeugung von Fernwärme nutzen.