BM Retrofit DEMO Kreuzstetten

Dies ist ein Demo des Projekts BM Retrofit, das inzwischen abgeschlossen wurde. Hier finden Sie den Abschlussbericht zum Projekt BM Retrofit zum Download.

Das Demonstrationsprojekt Kreuzstetten ist ein mittelgroßes, auf Biomasse basierendes Fernwärmenetz, das über ein 8.700 Meter langes Fernwärmenetz rund 160 Abnehmer versorgt und einen jährlichen Wärmebedarf von etwa 5,5 GWh aufweist. Die Anlage besteht aus zwei Biomassekesseln mit einer Leistung von jeweils 1 MWth, einem 40 m³ großen Pufferspeicher und einer 88,5 kWp großen Photovoltaikanlage. Die Biomassekessel sind für den Wärmebedarf überdimensioniert, da ein deutlicher Anstieg der Abnehmerzahl erwartet wurde, der jedoch nicht eintrat. Dies stellt eine Herausforderung für den Betrieb der Biomassekessel dar, da diese regelmäßig im Teillastbetrieb mit verminderter Effizienz laufen und häufig abgeschaltet und wieder hochgefahren werden müssen. Eine weitere Herausforderung ist ein Kürbiskern-Trockner, der für kurze Zeit eine sehr hohe Spitzenlast erfordert. Zu den Hauptproblemen zählten eine geringe Sommerlast, die zu erhöhten Wärmeverlusten führte, sowie ein ineffizienter Betrieb der Biomassekessel. Zudem waren die Temperaturen im Fernwärmenetz relativ hoch und mussten gesenkt werden.

Im Projekt BM Retrofit wurden Optimierungspotenziale detailliert und strukturiert untersucht. Im Sinne eines Retrofitting wurden dabei moderne und nachhaltige Modernisierungskonzepte für Kreuzstetten entwickelt. Damit es zu einer raschen Multiplikation in der Praxis kommen kann, wurden die entwickelten Maßnahmen im Biomasseheizwerk Kreuzstetten erprobt und validiert, um die Erkenntnisse in Zukunft auch an anderen Standorten anwenden zu können.

Zielsetzung des Projekts BM Retrofit Kreuzstetten

Das Projekt BM Retrofit verfolgte in Kreuzstetten mehrere Zielsetzungen, um das Optimierungspotenzial im Biomasseheizwerk heben zu können. Im Rahmen des Projektes sollte es darüber hinaus bereits zum Netzausbau und -verdichtung kommen.

Was sollte erreicht werden? Einerseits sollte die Steuerung und der Betrieb der Biomassekessel sowie des gesamten Wärmenetzes – insbesondere im Sommer – verbessert werden. Andererseits sollte die Steuerung und der Betrieb eines Großverbrauchers, der die in Kreuzstetten produzierte Wärme für seine Trocknungsanlage für landwirtschaftliche Produkte (u.a. Kürbiskerne) benötigt, optimiert werden. Weiters sollte das Integrationspotenzial von Wärmepumpensystemen und Absorptionswärmepumpenanlagen untersucht werden.

Vorgehensweise und Methodik des Projekts BM Retrofit Kreuzstetten

Zu Beginn des Projekts wurde eine umfassende Analyse des Fernwärmesystems in Kreuzstetten durchgeführt. Die Auswertung ergab, dass eine extrem niedrige Sommerlast mit entsprechend hohen Wärmeverlusten von bis zu 65 % eine große Herausforderung darstellt. Während dieser Zeit werden die Biomassekessel (2 x 1 MWth) unter 20 % ihrer Nennlast betrieben, was die Kessel in einen Stop-and-Go-Betrieb zwingt.

Parallel zu den Maßnahmen auf der Erzeugerseite wurde eine Netzoptimierung durchgeführt. Eine detaillierte Analyse auf der Verbraucherseite identifizierte offene Bypass-Strömungen und suboptimale Einstellungen der Wärmetauscher als Hauptursachen für hohe Rücklauftemperaturen. Durch gezielte Optimierung der Unterstationen und Beseitigung der Bypass-Strömungen wurde die durchschnittliche Netzrücklauftemperatur von 55–60°C auf 40–45°C gesenkt, was einer Reduzierung um ca. 15°C entspricht. Infolgedessen stieg die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf um etwa 13°C und führte zu einer Verringerung des spezifischen Volumenstroms um 13 m³/MWh gelieferter Wärme. Dadurch wurde der Stromverbrauch der Netzpumpen um etwa ein Drittel gesenkt. Diese Verbesserungen steigerten direkt den Gesamtsystemwirkungsgrad und senkten die Betriebskosten. 

Neben dem Anlagenbetrieb wurde das Fernwärmenetz hinsichtlich seines aktuellen Zustands in Bezug auf Temperaturbelastung, Druckbelastung und Engpässe analysiert. Diese Daten wurden für thermohydraulische Simulationen verwendet.  

Eine iterative Verbesserung des Puffermanagements führte zu einer deutlichen Reduzierung der Start- und Abschaltzyklen. Angesichts der vergleichsweise großen Biomassekessel zeigt sich die Verbesserung am deutlichsten in der Nutzung des Puffervolumens, wenn man die Temperaturprofile im Pufferspeicher analysiert. Hier zeigten die Temperaturprofile vor der Verbesserung eine geringe Nutzung des Pufferspeichers, um starke Modulationen und Start- und Abschaltzyklen des Biomassekessels zu vermeiden. Nach der Verbesserung des Puffermanagements zeigen die Temperaturprofile eine vollständige Nutzung des installierten Puffervolumens. Damit wurde das Verbesserungspotenzial durch regelbasiertes Puffermanagement ausgeschöpft.  

Um den ineffizienten Sommerbetrieb der Biomassekessel zu beheben, wurde eine Sommerlösung auf Basis einer Luftwärmepumpe untersucht. Es wurden verschiedene Wärmepumpenleistungen zwischen 300 und 400 kWth analysiert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass eine 300-kWth-Wärmepumpe den Sommerbedarf von Anfang Mai bis Mitte September decken könnte, was etwa 13 % des jährlichen Wärmebedarfs entspricht.  

Zusammenfassend wurde am Standort Kreuzstetten im Rahmen des Projekts BM Retrofit untersucht, wie eine gesamtheitliche Optimierung des Nahwärmenetzes gelingen kann. Weitere Biomasseheizwerke können auf Basis dieser Erkenntnisse ihren Anlagenbetrieb ebenfalls optimieren.

Steckbrief zum BM Retrofit DEMO Kreuzstetten. Zum Herunterladen des PDFs klicken Sie auf das Bild!

Links:

• Leitprojekt BM Retrofit
• Nachbericht Insight Talk innovative Wärmelösungen
• BM Retrofit Lösungen für Wärmenetzbetreiber >> Informationsblatt
• BM Retrofit Lösungen >> optimierte Darstellung für das Mobil-Telefon