Potenzial der KWK-Stromerzeugung in Gießen

Die eingangs erwähnte Energiewende hatte in Gießen schon lange vor dem Reaktorunfall in Fukushima begonnen. Sie startete Anfang der 1980er-Jahre mit mehreren BHKW in einzelnen städtischen Liegenschaften. Im Laufe der Jahrzehnte wurde aus mehreren Nahwärmeinseln ein inzwischen auf eine Trassenlänge von über 200 km im Stadtgebiet und einem Jahreswärmeabsatz von knapp 500 GWh ausgedehntes Fernwärmesystem. Eine großtechnische Kälteversorgung der Universität aus fernwärmebetriebenen Absorptionskältemaschinen ermöglichte bereits in den 1990er-Jahren einen Durchlaufbetrieb der immer größer werdenden Strom- und Wärmeleistungen der KWK während des Sommerhalbjahrs. Daher umfasst der im Jahr 2021 vorhandene Erzeugerpark mehrere Generationen von KWK-Aggregaten, von Gasturbinen und kleineren Gasmotoraggregaten älterer Bauart bis zu hocheffizienten Magermotoren (MTU/GE) in der 2-MW-Klasse. 

Inzwischen wird auch ein erheblicher Anteil der in das Netz eingespeisten Wärme in BHKW und Kesselanlagen erzeugt, die nicht mit fossilen Energieträgern betrieben werden (Ersatzbrennstoff, holzige Biomasse, Klärgas, Biogas, Biomethan usw.) [3].

In Bild 4 ist die zeitliche Entwicklung der Fernwärme in Gießen zu sehen. Mit dem Zubau von Erzeugeranlagen im Netzbereich auf aktuell rd. 80 Anlagenstandorte wurde der Wärmeabsatz kontinuierlich gesteigert, ohne dass an den jeweils vorhandenen Rohrleitungspaaren eine Vergrößerung der Rohrquerschnitte durch Austausch von Trassenabschnitten durchgeführt werden musste. So finden inzwischen in diesem Fernwärmenetz Wärmeeinspeisung und Wärmeentnahme in einem stetig zunehmenden Umfang auf kurzem Wege zwischen Erzeugung und Verbrauch statt. Damit unterscheidet sich das Gießener Netz von den meisten größeren Fernwärmenetzen, in denen die Erzeugung auf einige oder wenige zentral angeordnete Standorte begrenzt ist. 

Obwohl mit der großen Zahl von Einspeisestellen die Komplexität der Netzhydraulik sprunghaft zugenommen hatte, wurden keinerlei Probleme und Nachteile beim praktischen Netzbetrieb beobachtet. Im Gegenteil: Die Dezentralisierung der Wärmeerzeugung, d. h. die Verteilung auf eine Vielzahl von verbrauchernah platzierten Standorten, weist folgende grundlegenden Vorteile auf: 

• Erweiterung vorhandener Netze ohne den Austausch bestehender Rohrleitungen,
• hohe Redundanz bei der Wärmeerzeugung, verbunden mit Erhöhung der Versorgungssicherheit bei Ausfall einzelner Wärmeerzeuger bzw. der Engpassleistung,
• Diversifizierung der eingesetzten Primärenergie bzw. Art der Wärmegewinnung, z. B. Solarthermie bzw. Wärmepumpen mit hohem Freiheitsgrad für deren Standortfindung,
• nachhaltige Verringerung der Netzwärmeverluste gegenüber einer ausschließlich oder überwiegend zentralen Wärmeeinspeisung,
• Erhöhung der Anschlussdichte und des Wärmeabsatzes durch den Anschluss zusätzlicher Wärmekunden entlang vorhandener Trassen,
• Erschließung eines bedeutenden Potenzials für den kontinuierlichen Ausbau einer hocheffizienten KWK im Bereich kleiner und mittlerer Leistungsgrößen.

Der KWK wird zukünftig eine wesentliche zusätzliche Aufgabe zukommen, die in der Bereitstellung von Residualleistung während Phasen der Niedrigleistung bei Sonnen- und Windenergie besteht. Im Verbund mit überwiegend oder ausschließlich mit auf erneuerbaren Energien basierter Primärenergie betriebenen Wärmeerzeugern, z. B. Biomasse und Ersatzbrennstoff, können KWK-Anlagen zur Residuallastdeckung zugeschaltet und die anderen Wärmeerzeuger abgeregelt werden. Voraussetzung dafür ist ein Wärmeabsatzpoten­zial, das durch einen hohen Grundlastanteil gekennzeichnet ist. 

Mit einer Grundlastwärme von rd. 200 GWh bietet das Fernwärmenetz in Gießen ein erhebliches Stromerzeugungspotenzial zur Deckung von Leistungslücken bei der Stromgewinnung durch erneuerbare Energien an. Damit sind die Voraussetzungen für eine nachhaltige Steigerung der stromseitigen Versorgungssicherheit durch den Betrieb von KWK-Anlagen für die Deckung von Residuallasten gegeben (Bild 5).

Die aktuelle Situation und zukünftige Gestaltung der Wärme- und Stromversorgung in Gießen wird in einem zweiten Teil dieses Fachaufsatzes in einer der nächsten Ausgaben der EUROHEAT&­POWER vorgestellt.

Literatur

[1] Richtlinie 2012/27/EU des Europä­ischen Parlaments und des Rates vom 25. Oktober 2012 zur Energieeffizienz, zur Änderung der Richtlinien 2009/125/EG und 2010/30/EU und zur Aufhebung der Richtlinien 2004/8/EG und 2006/32/EG.
[2] Richarts, F.: Energiewirtschaft, Seminare an der THM Technischen Hochschule Mittelhessen, SS 2008 bis WS 2012/2013.
[3] Funk, M.: Grüne Fernwärme. Dresdner Fernwärme-Kolloquium. Dresden, 29.09.2022.
[4] Fink, M.; Funk, M.; Richarts, F.: Innovative Gewinnung von Strom und Wärme aus Reststoffen in der TREA II in Gießen. Kraftwerkstechn. Kolloquium, TU Dresden, Oktober 2021.

Dipl.-Ing. (FH) Matthias Funk, Technischer Vorstand, Stadtwerke Gießen, Gießen, mfunk@stadtwerke-giessen.de, stadtwerke-giessen.de
Prof. Dr.-Ing. Fritz Richarts, Senior Scientist & Consultant, Stolberg, fritz.richarts@t-online.de