Fernwärme (thermische Netze)

Durch die Fernwärme werden geografisch gebundene Energiequellen zugänglich und die Dekarbonisierung des Wärmesektors gefördert. Es werden energiepolitische Ziele erreicht und der Bevölkerung ein erneuerbares, nachhaltiges und attraktives Wärmeprodukt angeboten.

 
black-and-white-factory-industrial-plant-415945 - Kopie - Kopie.jpg

Was ist Fernwärme?

Der Begriff "Fernwärme" wird hauptsächlich umgangssprachlich verwendet und ist synonym mit dem Begriff "thermische Netze".

Bei einem thermischen Netz (Fernwärme) findet eine zentrale Wärmeproduktion statt, die infolge der räumlichen Trennung des Lieferanten und Bezügers einen Transport voraussetzt. Die Übertragung der thermischen Energie erfolgt leitungsgebunden mittels einem Fluid (Wasser). Die Wärme kann direkt oder indirekt für die Raumwärme, Warmwasseraufbereitung oder für weitere Prozesse genutzt werden (Grundlagenpapier thermische Netze HSLU 2018).

Einfach erklärt, ist ein thermisches Netz ein Leitungsnetz, welches nachhaltige Wärme von einer entfernten Wärmezentrale zu den Verbrauchern in einer Stadt/Dorf transportiert. Es ist somit eine grosse Heizung für eine Stadt oder ein Dorf. Vergleicht man das Prinzip mit der Heizung im eigenen Gebäude, ist die Energie-/Wärmezentrale die Heizung im Keller, die Heizkörper die Gebäude in der Stadt/Dorf und die Heizungsleitungen das erdverlegte Netz.

Als Wärmequellen werden oft grössere Abwärmequellen wie Kehrichtverbrennungsanlagen, Kläranlagen oder in grösseren Mengen verfügbare nachwachsende Rohstoffe wie Holz, Biomassen, Oberflächen-/Tiefengrundwasser etc. verwendet. Der Transport der Wärmeenergie zu den Kunden erfolgt mittels Wasser in gedämmten Leitungen. Die Temperatur des Wassers ist abhängig von der Wärmequelle und kann von Niedertemperatur (0 - 60°C) bis zu Hochtemperatur (> 60°C) gehen. Netze mit einer Temperatur bis rund 30°C werden umgangssprachlich auch oft als Anergienetze, Kaltwassernetze oder Fernkälte bezeichnet. Diese Netze dienen als Energiequelle, zur Vorerwärmung oder ermöglichen eine direkte passive Kühlung. Wenn die Temperatur den Siedepunkt von 100°C übersteigt, werden die Leitungen unter Druck betrieben und auch als Heisswassernetze bezeichnet. Der Transport hat natürlich auch Verluste zur Folge, welche sich abhängig vom Betrieb zwischen ca. 7 und 11% befinden. Bei den Kunden angekommen, wird die Wärme mittels einer Systemtrennung (Wärmetauscher) an das sekundäre System (Heizungsverteilung) im Gebäude übertragen.

FW-Prinzip.PNG
 
Münzen

Wirtschaftlichkeit

Die Wirtschaftlichkeit bei einem thermischen Netz (Wärmeverbund) ist, wie bei jedem Produkt, stark von den Herstellkosten und vom Absatz abhängig. Sind also die Kosten für die Gewinnung, Erzeugung und Verteilung der Wärme hoch, muss auch der Absatz entsprechend gross sein. Grundsätzlich sind thermische Netze in städtisch besiedelten Gebieten wirtschaftlicher als Verbünde in ländlichen Regionen, dies ist hauptsächlich mit der grossen Wärmedichte in Städten oder grösseren Dörfer zu begründen. Je mehr Wärme auf einem kleinen Raum und somit mit kurzen Erschliessungsleitungen abgesetzt werden kann, desto wirtschaftlicher ist die Versorgung dieses Gebiets. Es ist jedoch zu beachten, dass in städtischen Gebieten, infolge der engen Platzverhältnisse, die Erschliessungskosten (Leitungsbau) höher sind als in ländlichen Regionen. Folglich kann ein thermisches Netz in einem ländlich besidelten Gebiet durchaus wirtschaftlich sein.

Erste Anhaltspunkte für die Wirtschaftlichkeit eines thermischen Netzes können die Kennzahlen der Wärmebezugsdichte (Wärmebezug pro Fläche) oder Anschlussdichte (Wärmebezug pro Trassenmeter) geben. Die Referenzzahlen des 'Planungshandbuches Fernwärme' sind jedoch hauptsächlich für städtisch besiedelte Gebiete repräsentativ, dies weil die Daten auf Kennzahlen von grösseren städtischen Wärmeverbünden beruhen.

Weil die Investitionen eines thermischen Netzes meistens im ein- oder zweistelligen Millionenbereich liegen, ist in jedem Fall eine Vollkostenrechnung (dynamische Investitionsrechnung) notwendig. In dieser werden sämtliche Investitionen, Aufwände und Erträge während der Lebensdauer des Verbundes dynamisch berechnet und die effektiven Wärmegestehungskosten (Rp./kWh) errechnet. Dabei wird ersichtlich, zu welchem Preis die Wärme verkauft werden kann und ob diese noch konkurrenzfähig zu autarken Lösungen (z.B. dezentrale Wärmepumpen, Holzheizungen usw.) ist.

Bei einem thermischen Netz sind in der Regel nicht riesige Rentabilitäten zu erwarten, üblich sind Rückgewinnungszeiten zwischen ca. 15 und 40 Jahren und interne Zinssätze zwischen ca. 3 und 7%. Die Kundenbindung ist jedoch sehr hoch und das Risiko somit relativ klein. Zudem spielen bei thermischen Netzen auch andere Aspekte, wie die energiepolitischen Interessen und die Aufgaben/Verantwortung der öffentlichen Hand bzw. des Energieversorgers eine Rolle.

Für den Endkunden eines thermsichen Netzes ist ein Fernwärmeanschluss, infolge der tiefen Investitionskosten und Unterhaltskosten sowie der langen Nutzungsdauer, meistens wirtschaftlich und attraktiver als alternative Lösungen.

Anschlussdichte.PNG
 
Windkraftanlagen auf Wasser

Beitrag zur Energiewende

Zusammengefasst ist die Fernwärme nicht direkter Bestandteil der Energiestrategie 2050. Zur Erreichung der Ziele dieses Ansatzes ist jedoch in Bezug auf die Reduktion des Energieverbrauches, auf die Steigerung der Energieeffizienz und auf die Nutzung einheimischer sowie erneuerbarer Energiequellen eine thermische Vernetzung zwingend notwendig. Die Fernwärme ist dementsprechend ein Instrument, das das Energiesystem optimiert und einen wesentlichen Anteil zur Energiewende beiträgt.

Aufbauend auf den Rahmenbedingungen der Energiestrategie 2050 und dem in Kraft gesetzte Energiegesetz 2018 sowie unter Berücksichtigung der Technologieentwicklung, wurde in der Energieperspektive 2050+ das Ziel Netto-Null Treibhausgasemissionen bis 2050 vorgegeben. Im Zielbild einer klimaneutralen Schweiz 2050 des Bundes, spielen Wärmenetze eine zentrale Rolle (siehe nachstehende Abbildung, roter Pfeil).

Warum sind Wärmenetze zentral für eine klimaneutrale Schweiz?

Thermische Netze (Wärmenetze) ermöglichen die Erschliessung von geografisch gebundenen, erneuerbaren Energie- und Abwärmequellen.  Zum Beispiel können die Prozesse von Kehrichtverbrennungsanlagen oder Kläranlagen, welche meistens ausserhalb von Siedlungen (Bezügern) liegen, durch die zusätzliche Wärmeauskopplung optimiert und erschlossen werden. Bestehende Holzressourcen in der Gemeinde oder Region können kommunal genutzt werden. Oberflächen- oder Tiefengrundwasser kann gefasst, verteilt, aufbereitet und als erneuerbare Energiequelle zu den Gebäuden geführt werden.

Zudem ist in gewissen Gebieten (z.B. dicht besiedelt) eine Nutzung von erneuerbaren Ressourcen schwierig und wird meistens erst durch ein thermisches Netz möglich.

Durch die Nutzung dieser einheimischen Energiequellen wird die Abhängigkeit zum Ausland reduziert und die Versorgung krisenresistenter.

Ausserdem werden thermische Netze professionell geplant, gebaut, betrieben und überwacht, was einen positiven Effekt auf die Effizienz hat.

Klimaneutrale Schweiz 2050.jpg
 
Starter Kit_edited_edited_edited.jpg

Der Einstieg

Für Versorger (Energieversorger/Gemeinden):

  • Initialisierung

Grundsätzlich sollten in allen Siedlungsgebiete Abklärungen bezüglich der optimalen Wärmeversorgung und Ressourcennutzung gemacht werden. Auf dicht besiedelten Regionen und Gebieten mit grösseren Wärmequellen (Abwärme/Energiequellen) ist ein besonderes Augenmerk zu richten.

Ausserdem können übergeordnete Ziele, wie die Optimierung der Energie-/Wärmeversorgung, Reduktion von Treibhausgasemissionen, Erreichung des Netto-Null Ziels usw. Grund für eine Abklärung eines thermischen Netzes (Wärmeverbundes) sein. Allenfalls vorhandene Energierichtpläne des Kantons können auch schon erste Anhaltspunkte liefern.

Das Beiziehen von Experten für thermische Netze (Fernwärme) wird bereits in dieser Phase empfohlen. Allenfalls können bereits bei einem ersten Gespräch Aussagen bezüglich der Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit und des Nutzens gemacht werden.

  • Vorstudie (Machbarkeitsstudie)

Sind dicht besiedelte Gebiete mit einer hohen Anzahl fossilen Wärmeerzeugungen vorhanden oder bestehen grössere Energie-/Abwärmequellen und sehen Experten, nach den ersten Gesprächen, ein Potenzial für ein thermisches Netz, ist die Erstellung einer Vorstudie (Machbarkeitsstudie) zu empfehlen.

In dieser werden potenzielle Versorgungsgebiete ermittelt, Schlüsselkunden identifiziert, erste Umfragen bei Schlüsselkunden durchgeführt, das Wärme-/Absatzpotenzial ermittelt, das Energieangebot erfasst, mögliche Energie-/Wärmeerzeugungskonzepte verglichen und erste wirtschaftliche Betrachtungen durchgeführt. Für die Erstellung einer Machbarkeitsstudie genügt in der Regel die Zusammenarbeit mit einem professionellen Ingenieurbüro für Fernwärme. Die restlichen Fachplaner werden üblicherweise in den Folgephasen beigezogen.

Resultiert in der Machbarkeitsstudie ein positives Resultat sollten bereits in dieser Phase Entwürfe der normativen Grundlagen (Reglemente, TAB, AGB, Verträge) erstellt werden.

Zudem sollten bereits in dieser Phase der passende Träger und Betreiber eines zukünftigen Fernwärmenetzes evaluiert werden. Damit die notwendige Handlungsfreiheit für technische Investitionen vorhanden ist und eine passende Rechnungslegung angewendet werden kann, eignet sich in vielen Fällen eine selbstständige Gemeindeunternehmung oder eine private juristische Person im Sinne einer Aktiengesellschaft.

  • Entwurfsplanung (Bauprojekt)

Resultiert aus der Vorstudie eine positive Wirtschaftlichkeit und technische Machbarkeit, kann eine Entwurfsplanung (Bauprojekt) erstellt werden. Es werden nun bereits konkrete Berechnungen und Pläne des Wärmenetzes, der Wärmezentrale, Statik, Übergabestationen, Betriebsregime usw. erstellt. Die potenziellen Versorgungsgebiete werden noch detaillierter abgeklärt und falls möglich, Schlüsselkunden mit Absichtserklärungen bereits verpflichtet. Mit den neuen Erkenntnissen und Daten erfolgt eine weitere wirtschafltiche Betrachtung. Die Finalisierung der normativen Grundlagen (TAB, AGB und Musterverträge) gehört auch in diese Phase.

Ist nach diesen Betrachtungen das Projekt noch attraktiv, kann eine Baueingabe (Gesuch/Überbauungsordnung) folgen. Ergänzend werden die Unterlagen für die Submission/Ausschreibungen vorbereitet.

  • Ausführung

Während dem Baubewilligungsverfahren werden die Ausführungsunterlagen für den Tief-/Hochbau und Rohrleitungsbau erstellt und die Aufträge an die Unternehmer vergeben (Vorbehalt Baubewilligung). Nach der Baubewilligung werden die Fernwärmeleitungen verlegt und/oder die Energiezentrale gebaut. Die Erstellung von Verteil-/Anschlussleitungen in Gebieten mit ungewissen Anschlussdichte, muss von Fall zu Fall beurteilt werden und ist abhängig von der potenziellen Synergienutzung und dem Investitionsrisiko. Der Bau eines Fernwärmenetzes kann über mehrere Jahre bzw. sogar über Jahrzente gehen, weshalb eine ständige Kontrolle der Wirtschaftlichkeit und Aktualisierung des Finanzplans essentiell sind.

Jedes verbaute Bauteil wird nach der Inbetriebnahme auf seine Funktion überprüft, abgenommen und dokumentiert.

  • Betriebsoptimierung

Die Betriebsoptimierung kann einen wesentlichen Beitrag zur Wirtschaftlichkeit eines Fernwärmenetzes beitragen. Es können Verluste und Energieverbräuche reduziert und die Effizienz gesteigert werden. Durch ein Konzept der Betriebsoptimierung werden die möglichen Parameter, die Datenerfassung, das Monitoring und die Auswertung festgelegt. Während dem Betrieb erfolgt ein Soll-Ist-Vergleich, das Optimierungspotenzial ermittelt und die Massnahmen ausgeführt.

  • Sensitive Faktoren

Sensitive Faktoren, welche einen grossen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit eines Fernwärmeprojekts haben, müssen frühzeitig ermittelt werden und sind in jeder Phase relevant. Dies sind in der Regel:

  • Bindung von Schlüsselkunden

  • Veränderung des Markts (Wärmebedarf)

  • Veränderung der Rohstoff-/Energiepreise

  • Veränderung der Fördermittel von Bund und Kanton

  • Hoher Fremdfinanzierungsgrad

  • Zeitliche Verzögerungen des Leitungsbaus

  • usw.

 
Justice_edited.jpg

Vorteile

Nutzen Gemeinde/Stadt:

  • Erreichen der Energie-/Klimaziele

  • Beschleunigung der Dekarbonisierung

  • Erreichen des Netto-Null-Ziels

  • Allenfalls essentiell für Label 'Energiestadt'

  • Synergienutzung bei Infrastrukturprojekten

  • Mögliche Sektorenkopplung (z.B. Wärme - Strom)

  • Professionelle, sinnvolle und effiziente Nutzung der kommunalen und regionalen Energieressourcen

  • Einfachere Wärmeversorgungsplanung und Erreichung von Klimazielen

  • Bessere statistische Erfassung und Übersicht über den Wärmesektor in der Gemeinde

Technischer Kundennutzen:

  • Der Kunde erhält, unabhängig von seiner geografischen Lage, den Zugang zu einem ökologischen und nachhaltigen Wärmeprodukt

  • Keine eigene Wärmeerzeugung mehr notwendig. Reiner Bezug der Leistung und Energie nach Bedarf

  • Keine Brennstoffbeschaffung und -lagerung mehr notwendig

  • Kleiner Platzbedarf

  • Keine brandschutztechnischen Massnahmen notwendig

  • Keine Verstärkung der elektrischen Absicherung notwendig

  • Hohe Versorgungssicherheit durch einen professionellen und effizienten Betrieb

Wirtschaftlicher Kundennutzen:

  • Konkurrenzfähiger Wärmepreis (Rp./kWh), im Vergleich zu eigenen dezentralen Wärmeerzeugungen. Ist das Produkt nicht konkurrenzfähig, wird der Verbund nicht realisiert

  • Der Umstieg von einer Oel- oder Elektroheizung auf einen Fernwärmeanschluss wird mehrheitlich durch die Kantone gefördert

  • Falls eine Gemeindeunternehmung als Betreiberin auftritt, ist diese nicht primär gewinnorientiert und allfällige Gewinne kommen wieder der Gemeinde und somit der Bevölkerung zugute

  • Tiefe Investitionskosten

  • Die Investitionen für ein Fernwärmeanschluss sind von den Steuern als Unterhaltskosten abziehbar

  • Der Fernwärmeanschluss hat eine massiv längere Nutzungsdauer als eigene dezentrale Wärmeerzeugungen (> 40 Jahre Nutzungsdauer)

  • Tiefe Unterhaltskosten

Psychologischer Kundennutzen:

  • Beitrag zur Energiewende und dem Klimaschutz

  • Beitrag an die kommunale Wertschöpfung

  • Minderung der Abhängigkeit zum Ausland und der Alimentierung von totalitären Regimen

  • Krisenresistentes Wärmeprodukt und Lieferant

  • Keine Unterstützung der Länder mit fossilen Energieressourcen