Über 330.000 Wiener Haushalte und mehr als 5.600 Großkunden werden über das Wiener Fernwärmenetz mit Wärme für Heizung und Warmwasser versorgt. Die Smart City Strategie der Stadt Wien zielt darauf ab, in Zukunft 20 % (bis 2030) bzw. 50 % (bis 2050) des Bruttoendenergieverbrauchs aus erneuerbaren Quellen abzudecken. Technologien für den Einsatz erneuerbarer Energieträger im Fernwärmesystem (z. B. Tiefengeothermie) und Solarenergie haben dabei große Bedeutung.
In das Hochtemperatur-Fernwärmenetz speisen 17 Erzeugungsanlagen (KWK-Anlagen, thermische Abfallbehandlungsanlagen, Biomasse-Anlagen, Spitzenlastkessel sowie zukünftig auch Geothermie) an zwölf Wiener Standorten ein. Der Großteil der Wärme stammt aus der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) der kalorischen Kraftwerke von Wien Energie und einer Anlage der OMV, rund ein Drittel aus der Abfallverwertung und ein kleiner Anteil aus Spitzenkesseln, die nur im Bedarfsfall in der kalten Jahreszeit zum Einsatz kommen. Durch den Höhenunterschied von bis zu 150 Metern im Fernwärmenetz muss in Wien das heiße Wasser für Heizung und Warmwasser mit hohem Druck und Temperaturen zwischen 95 °C und 150 °C transportiert werden.
Wärme speichern mit Hochdruck
2013 ging in Wien Simmering der weltweit erste Hochdruck- und Hochtemperatur-Speicher in Betrieb. Mit der Integration der neuen Speicheranlage in das Wiener Fernwärmesystem konnten Energieerzeugung und Verbrauch voneinander entkoppelt werden. Bei geringem Wärmebedarf wird nun heißes Vorlaufwasser aus verschiedenen Erzeugungsanlagen wie dem Wald-Biomassekraftwerk Wien, dem KWK-Kraftwerk Simmering und einigen Abfallaufbereitungsanlagen in den Wärmespeicher gepumpt und für Bedarfsspitzen aufbewahrt.
Der Kern der Anlage besteht aus zwei baugleichen Speicherbehältern mit einem Gesamtvolumen von 11.000 m3. Die Wärmespeicherung funktioniert nach dem Schichtenspeicherprinzip: Der Speicher ist immer mit Wasser gefüllt, im oberen Teil befindet sich heißes, im unteren Teil kaltes Wasser. Aufgrund des Dichteunterschieds bildet sich zwischen den Wasserschichten eine sogenannte Trennschicht. Bei erhöhtem Wärmebedarf wird heißes Wasser aus dem Speicher entnommen und direkt in das Fernwärmenetz eingeleitet. Die entnommene Wassermenge wird mit kaltem Wasser gleichzeitig nachgefüllt. Die Speicherkapazität beträgt zirka 850 MWh, jährlich werden die Speicher rund 2.200 Stunden beladen und rund 2.200 Stunden entladen.
Durch die Speicherung der überschüssigen Wärme verringert sich bei hohem Wärmeverbrauch der Einsatz der Spitzenkesseln, was zu einer Reduktion des Primärenergiebedarfs führt. Das Wiener Fernwärmesystem wird so noch energieeffizienter und umweltschonender: im ersten Betriebsjahr des Wärmespeichers konnten rund 8.800 Tonnen an CO2-Emissionen eingespart werden.
„Der Hochdruck-Wärmespeicher passt optimal in unsere Energiestrategie. Bis 2030 wollen wir 50 % unserer Produktionskapazitäten aus erneuerbaren Quellen haben. Damit das funktioniert, setzen wir stark auf innovative nachhaltige Lösungen. Nicht nur der Ausbau der Nutzung von erneuerbaren Energien ist wichtig. Viel wichtiger ist die Funktionsfähigkeit des gesamten Versorgungssystems. Deshalb muss der Ausbau der Nutzung von erneuerbaren Energien Schritt für Schritt mit dem Ausbau von Speicherkapazitäten und hoher Effizienz bei Verbrauch und Produktion erfolgen. Mit diesem Schritt gelingt es uns, einen wesentlichen Baustein der Energiewende zu bilden.“
DI Dr. Susanna Zapreva,
Geschäftsführerin Wien Energie
Betriebsoptimierung durch Simulation
Die Planung und der Bau der Anlage wurden im Rahmen des Forschungsprojekts „Pro WäSpe“ vom Institut für Energietechnik und Thermodynamik der Technischen Universität (TU) Wien in Kooperation mit Wien Energie wissenschaftlich begleitet.
Das Projektteam entwickelte im Vorfeld ein Prozess-Simulationsprogramm, mit dem das komplexe Speichersystem abgebildet und vorübergehende Betriebszustände simuliert wurden. Mit Hilfe von dynamischen Simulationsrechnungen konnten Optimierungen im Gesamtprozess aufgezeigt und in der Umsetzung direkt realisiert werden. Um einen sicheren Betrieb des Speichersystems zu gewährleisten sind prozessbedingt mit Verlusten behaftete Druck- und Zeitfenster notwendig. Im Rahmen des Projekts wurden diese auf ein Minimum reduziert und so vor allem die Vorgänge des Be- und Entladens optimiert.
Auf Basis der Simulation und Analyse der Betriebszustände konnte der elektrische Energiebedarf gesenkt und die Be- und Entladezeiten beschleunigt werden. Durch die dynamischen Berechnungen wurde nicht nur die Betriebssicherheit des Wärmespeichers erhöht, sondern auch zusätzlich fossiler Brennstoff eingespart und CO2-Emissionen reduziert.
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Zeitraffer Video vom Bau des Wärmespeichers in Simmering,
Video: Wien Energie/MirAlf Filmproduktion
