Die Versorgung von Gebäuden mit nachhaltiger Wärme ist eine grosse Herausforderung, vor allem auch für die dicht bebauten Stadtzentren, in denen individuelle Luft-Wasser-Wärmepumpen oder Holzfeuerungen an ihre Grenzen stossen.
In den letzten Jahren haben die grossen Schweizer Städte allesamt Milliardenkredite für den Ausbau der Fernwärme bewilligt. Dabei werden unterschiedliche Wärmequellen grosstechnisch erschlossen, aufbereitet und die Wärme mittels Fernwärmeleitungen in die Quartiere verteilt.
In Genf wird beispielsweise auf Energie aus dem Genfersee gesetzt, welche als Quelle für Wärmepumpen genutzt werden kann. Bern nutzt hauptsächlich Abwärme aus der Kehrichtverbrennung. In Zürich werden diese beiden Quellen mit Abwärme aus der Kläranlage Werdhölzli ergänzt. In ländlichen Regionen wird oft auch lokales Energieholz als Quelle für kleinere Fernwärmenetze genutzt.
An sehr kalten Wintertagen treten in den meisten dieser Wärmenetze Lastspitzen auf, welche oft mit fossilen Spitzenkesseln gedeckt werden. Diese Lastspitzen können aber auch durch thermische Speicher versorgt werden, welche vorher mit erneuerbaren Energieträgern beladen werden, wie zum Beispiel in der Energiezentrale der Agro Energie Schwyz (Bild).
Wärmespeicher in Wärmenetzen können aber auch andere Funktionen übernehmen und beispielsweise den kontinuierlichen und somit emissionsarmen Betrieb von Biomassekesseln ermöglichen. Speicher ermöglichen auch immer eine gewisse Entkopplung von Wärmeproduktion und Bedarf und können somit indirekt auch das elektrische Netz entlasten. Zum einen können Strom produzierende Wärme-Kraft-Anlagen bei hohen Strompreisen weiter betrieben werden, um die Speicher zu beladen, auch wenn keine oder wenig Wärme im Netz benötigt wird. Zum anderen können Wärmepumpen die Speicher dann beladen, wenn genügend günstiger erneuerbarer Strom verfügbar ist.
Das BFE Projekt BigStoreDH untersucht die Vorteile der Integration von thermischen Speichern in Wärmenetze in der Schweiz. Dabei können unterschiedliche Speichertechnologien eingesetzt werden. Sie reichen von grossen Stahltanks, die je nach Netzgrösse Energie für einige Stunden oder Tage speichern können, bis zu gigantischen, erdgebundenen saisonalen Wärmespeichern. In Bern soll mit dem Pilotprojekt „Geospeicher“ überschüssige Wärme der Kehrrichtverwertungsanlage dafür genutzt werden, das Gestein in einer Tiefe zwischen gut 200 und 500 Metern zu erhitzen. Der Sandstein im Untergrund würde mit 90 Grad heissem Wasser erwärmt. In den Wintermonaten liesse sich die gespeicherte Energie dann wieder zurückgewinnen und in das Fernwärmenetz einspeisen. Auf diese Weise könnte Energie Wasser Bern einen «saisonalen Energievorrat» von 12 bis 15 Gigawattstunden anlegen. Im nahen Ausland gibt es aber auch Beispiele von mehreren hunderttausend Kubikmeter grossen Erdbeckenspeichern (PDF Präsentation). Auch in solchen, mit Isolationsdecke versehenen, künstlichen Seen kann heisses Wasser über mehrere Monate ohne grosse Verluste für den Winter gespeichert werden.
In Zusammenarbeit mit der deutschen Solites hat das SPF Factsheets erstellt, welche einen Überblick über die verfügbaren Speichertechnologien für Wärmenetze sowie deren Integration und Kosten geben. Diese helfen Planern und Wärmenetzbetreibern, eine schnelle Übersicht über die verschiedenen Möglichkeiten grosser Wärmespeicher zu gewinnen, bevor diese, in Abhängigkeit ihrer Ziele und der örtlichen Gegebenheiten, verschiedene Technologien konkreter ins Auge fassen und detaillierte Abklärungen bezüglich Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit vornehmen.
Florian Ruesch
Projektleiter SPF