Arbeitsschritte im Projekt

Um die Methode zu entwickeln, wird ein technisches Monitoring für 15 reale Fernwärmesysteme parallel aufgebaut und über einen Zeitraum von jeweils 24 Monaten betrieben. Die Fernwärmesysteme weisen sehr unterschiedliche Erzeuger- und Abnehmerstrukturen auf; es handelt sich um kleinere bis mittlere Netze mit bis zu 1 250 angeschlossenen Wärmeverbrauchern. Die wesentlichen Arbeitspakete sind in Bild 3 dargestellt.

Entwicklung eines Kennzahlenkatalogs

Um ein Fernwärmesystem ganzheitlich betrachten zu können, bedarf es einer klaren Definition aller relevanten Teilsysteme. Jedes Fernwärmesystem lässt sich im Wesentlichen in die drei Hauptsysteme Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeabnahme unterteilen (Bild 2). In jedem dieser Hauptsysteme befindet sich eine Vielzahl von Komponenten, die messtechnisch erfasst werden können. Daraus lassen sich verschiedene nützliche Kennzahlentypen bilden.

In Bild 4 werden die Systemgrenzen von Bild 2 weiter unterteilt. Gezeigt sind sechs Systemgrenzen A bis F, in die ein Fernwärmesystem aufgeteilt werden kann, da sie grundsätzlich in jedem Fernwärmesystem enthalten sind. Exemplarisch sind Teilsysteme a bis e eingezeichnet, die sich je nach Fernwärmesystem unterscheiden können. Zusätzlich werden die Energieflüsse 1 bis 8 dargestellt, um mögliche Wechselwirkungen aufzuzeigen.

Der Kennzahlenkatalog dient der Strukturierung und klaren Definition der verschiedenen Kennzahlen. Die Gliederung des Katalogs beruht auf den in Bild 4 dargestellten Systemgrenzen. Er erfasst aktuell 140 Kennzahlen. Die meisten davon sind in der Branche bereits bekannt und gebräuchlich. Ein Großteil der Kennzahlen beschreibt direkt erfasste Größen; als Beispiele sind Temperaturen, Leistungen, Drücke oder Energien zu nennen. Andere Kennzahlen werden durch die Kombination verschiedener Messwerte gebildet und dienen dazu, komplexere Sachverhalte komprimiert darzustellen. Im zweiten Teil dieses Fachaufsatzes [1] stellen die Autoren mit dem Volumenabsenkungspotenzial eine solche Größe vor. Einige Kennzahlen geben Auskunft über das gesamte Fernwärmesystem oder über eines der Hauptsysteme. Beispiele hierfür sind der Primärenergiefaktor [6] bzw. die gesamt erzeugte Wärmemenge. Andere Kenn­-
zahlen, wie der Wärmespeicheraktivitätsindex [7] oder der mittlere Ausfallabstand zwischen Störungen eines Erzeugers (MTBF) [8], beziehen sich auf Objekte oder Teilsysteme innerhalb der Hauptsysteme.

In den Katalog sollen zukünftig weitere Kennzahlen mit aufgenommen werden. Der Fokus liegt dabei einerseits auf Kennzahlen, die technische Optimierungspotenziale möglichst kompakt darstellen, beispielsweise Auswirkungen durch verschmutzte Wärmeübertragungsflächen bei den Verbrauchern oder ungünstiges Regelverhalten bei Festbrennstoffkesseln (vgl. [7]), und anderseits auf Kennzahlen, die bei der längerfristigen Bewertung und Weiterentwicklung der Anlagen im Sinne eines Asset Managements unterstützen.

Bestandsaufnahme der Netze und Entwicklung eines Messkonzepts

Für den Erfolg des Monitoringkonzepts ist es entscheidend, dass das Verfahren nicht auf neu geplante Fernwärmesysteme beschränkt ist, sondern sich vor allem auch bei bestehenden Anlagen anwenden lässt. Gleichzeitig ist Kosteneffizienz ein wesentliches Ziel, da Monitoring nur dann wirtschaftlich sinnvoll ist, wenn die erzielbaren Einsparungen die Kosten des Monitorings übertreffen. Aus diesen Gründen soll beim Monitoring soweit wie möglich auf vorhandene Messstellen und -technik zurückgegriffen werden.

Hierzu werden zunächst die Wärmeschaltbilder der Netze erfasst. Anschließend werden alle für das Vorhaben relevanten Daten der Netze über Datenerhebungsbögen bei den Betreibern abgefragt. Fehlende Daten werden in Vor-Ort-Terminen erhoben, wobei auch die komplette relevante Netztechnik sowie die vorhandene Technik zur Aufnahme und Weiterverarbeitung von Messdaten erfasst werden. Anschließend wird die vorhandene Technik mit den Anforderungen, die an die Ermittlung der Kennzahlen zu stellen sind, abgeglichen und bei Bedarf nachgerüstet.