VerkehrsmeldungenFragen und Antworten zur strategischen Wärmenetzplanung
Erneuerbare Wärme für Konstanz: Wo neue Netze entstehen sollen
Vor dem Hintergrund der Klimakrise und den weltpolitischen Geschehnissen ist eine Abkehr von fossilen Energieträgern notwendig. Im Wärmesektor betrug der erneuerbare Anteil bundesweit 2021 jedoch lediglich 16,2 Prozent.
Mit dem Energienutzungsplan aus dem Jahr 2018 hat die Stadt Konstanz den Grundstein dafür gelegt, eine strategische Wärmenetzplanung anzustoßen. Der Aufbau von erneuerbar betriebenen Wärmenetzen und die Transformationen von aktuell fossil betriebenen Wärmenetzen hin zu erneuerbaren Wärmenetzen ist eine große Aufgabe, mit der sich aktuell eine Vielzahl von Forschungseinrichtungen, Verbänden und Stadtwerken beschäftigen. Wärmenetze sind ein wichtiger Baustein der Wärmewende, um Gebäude perspektivisch mit erneuerbarer Energie für Raumwärme und Brauchwarmwasser zu versorgen.
Die Stadtwerke Konstanz haben für die Stadt Konstanz erarbeitet, auf welche Gebiete in der Stadt der Fokus beim Aufbau von erneuerbar betriebenen Wärmenetzen gelegt werden soll. Dabei wurden auch mehrere Interessensgruppen wie Konstanz Klimapositiv und Fridays for Future, ebenso wie die Stadtverwaltung, das Landratsamt, Wohnungsbaugesellschaften oder die Wissenschaft (HTWG und Universität Konstanz) in Form eines Partizipationsprozesses, einbezogen.
An dieser Stelle beantworten wir die wichtigsten Fragen zu diesem Thema.
Wärmebedarf in Konstanz auf einen Blick
- ca. 820 GWh Wärmebedarf in Konstanz
- davon werden 74 % im Wohngebiet benötigt
- 60 % des Wärmebedarfs werden mit Erdgas bereitgestellt
Wie sieht der Wärmebedarf in Konstanz aus?
Insgesamt beträgt der Wärmebedarf in Konstanz ca. 820 Gigawattstunden (GWh). Gemäß Energienutzungsplan werden 74 % der benötigten Wärme in Konstanz im Wohnbereich benötigt. Im Stadtgebiet von Konstanz dominiert dabei Erdgas als Energieträger mit 60 %, an zweiter Stelle steht Erdöl mit 21 %. In den Konstanzer Vororten tragen Erdgas und Erdöl mit jeweils 41 % zu gleichen Teilen zur Wärmeversorgung bei. 90 % der in Konstanz benötigten Wärme wird im Gebiet der Kernstadt verbraucht, 10 % entfallen auf die Konstanzer Vororte.
Definition: Was ist ein Wärmenetz?
Ein Wärmenetz ist – einfach gesagt – lediglich ein Heizungsrohr, welches in der Straße verlegt und mit Wasser durchflossen wird. Ein Wärmenetz selbst ist an sich kein erneuerbarer Energieträger und wer an ein Wärmenetz angeschlossen ist, wird nicht zwangsweise mit erneuerbarer Wärme versorgt. Ausschlaggebend dafür ist, wie die Wärme für das Wärmenetz erzeugt bzw. bereitgestellt wird. Ein Wärmenetz ist nur dann erneuerbar, wenn die darin transportierte Wärme mittels erneuerbarer Energien erzeugt wurde.
Stand heute werden erneuerbare Wärmenetze z.B. mit Wärme aus der Tiefengeothermie betrieben. Neben tiefengeothermischen Anlagen können auch Solarthermieanlagen, Biomasse und Großwärmepumpen zur Wärmeerzeugung in Betracht gezogen werden. Großwärmepumpen benötigen immer eine Umweltenergiequelle wie Oberflächenwasser, Grundwasser, Luft, Abwasser oder Erdwärme.
Während Tiefengeothermie, Solarthermie und Biomasse ohne viel zusätzlichen Stromeinsatz Wärme erzeugen können, sind Großwärmepumpen mit Umweltenergiequellen auf den Einsatz von zusätzlichem Strom angewiesen. Wärmepumpen erzeugen nur dann erneuerbare Wärme, wenn der eingesetzte Strom aus erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen, wie Windkraft und Photovoltaik, stammt.
Wärmenetze können auch als sogenannte „kalte Nahwärmenetze“ betrieben werden. In diesem Fall wird in den Wärmenetzen lediglich die Umweltenergie transportiert (wie bspw. Wasser mit der Temperatur des Bodenseewassers oder des Erdreichs). Mittels dezentraler Wärmepumpen in den einzelnen Gebäuden wird das Temperaturniveau der Umweltenergiequelle vor Ort angehoben, um Trinkwasser zu erwärmen und Raumwärme bereitzustellen. Unabhängig davon, ob dezentrale Wärmepumpen oder Großwärmepumpen zur Wärmebereitstellung eingesetzt werden, ist bei der Planung beider Konzepte die Stromnetzebene mit einzubeziehen.
Die Übergabe der Wärme aus dem Wärmenetz an das Gebäude erfolgt mittels einer so genannten Haus- oder Wärme-Übergabestation. Mittels dieser Übergabestation wird die Wärme aus dem Wärmenetz in das Wärmeverteilsystem des Verbrauchers übertragen („übergeben“). So kann die dem Verteilsystem erforderliche Vorlauftemperatur individuell eingestellt werden. Die Komponenten einer Übergabestation sind unter anderem Wärmetauscher, Regler, Ventile und Schmutzfänger.
Welche erneuerbaren Wärmeressourcen kommen in Frage?
Welche erneuerbaren Energieressourcen in Konstanz grundsätzlich zur Verfügung stehen und ob diese in Konstanz angewendet werden können, erfahren Sie hier.
Das Bodenseewasser darf gemäß der Bodenseerichtlinie, welche die Internationale Gewässerschutzkommission aufgesetzt hat, für thermische Zwecke genutzt werden. Dabei sind verschiedene Restriktionen zu beachten. Eine der Vorgaben der Bodenseerichtlinie ist, dass thermisch genutztes Wasser in einer Tiefe von 20 bis 40 m zurückgeführt werden muss. Wird das Bodenseewasser thermisch genutzt, so wird diesem bei der Nutzung einer Wärmepumpe abgekühlt und mit 2-5 °C geringerer Temperatur dem See wieder zugeführt. Dabei wird das Wasser an sich nicht verändert, nur dessen Temperatur.
Das thermische Potenzial des Seerheins ist derzeit noch nicht ausreichend geklärt. Aufgrund der unterschiedlichen Art des Gewässers sind die Regelungen der Bodenseerichtlinie nur bedingt umsetzbar. Die Bodenseerichtlinie bezieht sich allerdings nur auf den Obersee und nicht auf den Seerhein und den Untersee. Daher kann auch abweichend der Regelungen der Bodenseerichtlinie eine thermische Nutzung des Seerheins realisiert werden. Die thermische Nutzung von Flüssen ist nach heutigem Stand noch kein gängiges Konzept. Die Stadt Mannheim wird perspektivisch den Rhein thermisch nutzen und auch die Stadt Hamburg plant den Einsatz großer Flusswasserwärmepumpen. Selbstverständlich sind die Durchflussmengen des Seerheins zwischen Rheinbrücke und Schänzlebrücke nicht mit den Größenordnungen des Rheins in Mannheim und der Elbe in Hamburg zu vergleichen. Dennoch empfiehlt es sich auch für Konstanz, das thermische Potenzial des Seerheins zu ermitteln, wie es die Stadt Basel bereits vorgemacht hat. Das technisch nutzbare Potenzial hängt beispielsweise von der Durchflussmenge im Winter und auch von etwaigen Kurzschlussströmungen ab, welche beim Bau mehrerer Entnahme- und Rückgabeleitungen auftreten können. Ohne Grundlagenermittlung zum thermischen Potenzial des Seerheins kann keine verlässliche Aussage darüber getroffen werden, wie viele Gebäude mit dem Konzept der Flusswasserwärme versorgt werden könnten.
Das Abwasser kann auf zwei Arten thermisch genutzt werden. Zum einen vor der Kläranlage und zum anderen nach der Kläranlage.
Thermische Nutzung der Abwasserkanäle: Die Nutzung des thermischen Potenzials von Abwasserkanälen erfolgt mittels Wärmepumpen. Bei der thermischen Nutzung des Abwassers im Kanal wird dieses abgekühlt. Daher ist das Potenzial aufgrund der biologischen Prozesse in der Kläranlage begrenzt. Denn um die biologischen Prozesse im Klärwerk aufrecht zu erhalten sind mindestens 10°C warmes Abwasser notwendig. Eine großflächige Nutzung der Abwasserkanäle würde dazu führen, dass das Mindesttemperaturniveau des Abwassers für die Kläranlage unterschritten werden könnte. Aus diesem Grund sind vereinzelt weitere Projekte denkbar, um kleine Nahwärmeinseln zu betreiben. Allerdings ist von einem großflächigen Ausbau der Abwasserwärmenutzung zur Wärmeversorgung ganzer Stadtteile abzusehen.
Thermische Nutzung des geklärten Wassers nach der Kläranlage: Über die Kanalisation gelangt Abwasser in die Kläranlage. Dort wird es bearbeitet und gereinigt und letztlich dem Seerhein wieder zugeführt. Nach der Kläranlage entspricht das Temperaturniveau aufgrund der biologischen Prozesse in der Kläranlage zwar nicht mehr zu 100 % der Eintrittstemperatur, allerdings kann es dennoch thermisch genutzt werden. Eine Abkühlung des geklärten Wassers ist für den Betrieb der Kläranlage unbedenklich, da dieses Wasser ohnehin nur noch dem Seerhein zugeleitet wird. Eine von der Stadt Konstanz in Auftrag gegebene Studie beziffert das thermische Potenzial des geklärten Wassers der Kläranlage 60 bis 100 GWh pro Jahr.
Bei industriellen Prozessen und auch Kühlhäusern fällt Abwärme an, welche oft ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Eine Studie, welche von der Stadt Konstanz in Auftrag gegeben wurde, beziffert das Abwärmepotenzial im Industriegebiet auf 10 GWh. Die Industrielle Abwärme kann in Konstanz einen Beitrag zur Deckung des Wärmebedarfs leisten. Aufgrund des Gesamtwärmebedarfs von über 800 GWh handelt es sich allerdings nur um einen kleinen Teil.
Solarthermische Anlagen werden speziell in Bioenergiedörfern zur Wärmebereitstellung genutzt. Im urbanen Raum von Konstanz sind wenig bis keine freien Flächen zur Wärmeerzeugung mittels Solarthermie-Freiflächenanlagen verfügbar. Schätzungen gehen davon aus, dass pro Hektar Land ca. 2.000 MWh (= 2 GWh) Wärme erzeugt werden können. Großflächige Solarthermieanlagen sind daher entweder am Stadtrand oder in den Konstanzer Vororten denkbar. Aufgrund der Abhängigkeit des solarthermischen Ertrags von der Sonneneinstrahlung sind Solarthermieanlagen oftmals mit Holzhackschnitzelanlagen oder Pelletanlagen kombiniert. Die Deckungsgrade der Solarthermie bei Bioenergiedörfern bewegen sich generell bei um die 10 bis 20 %. Die Stand 2019 größte Solarthermieanlage der Welt deckte 40 % des Wärmebedarfs des dazugehörigen Wärmenetzes und erzeugte somit ca. 16 GWh Wärme. Die benötigte Fläche betrug 8 ha Land. Der hohe Deckungsanteil konnte mit einem saisonalen Wärmespeicher realisiert werden, welcher ein Fassungsvermögen von knapp 62.000 m³ Wasser umfasst.
Der Energienutzungsplan beziffert das theoretische Potenzial von Biomasse im Landkreis Konstanz auf insgesamt 510 GWh pro Jahr. 460 GWh davon entfallen auf Holz, Abfälle, Reststoffen und Stroh. Bezieht man das Biomassepotenzial anteilig auf die Bewohnenden von Konstanz, so steht der Stadt eine Menge von 133 GWh zur Verfügung (=16 % des Gesamtwärmebedarfs). Zu berücksichtigen ist, dass der Großteil des Biomasseaufkommens aktuell bereits an anderer Stelle genutzt wird. Ungenutzte Biomassepotenziale wurden 2018 auf ca. 4 GWh/Jahr geschätzt.
In Weinfelden (Schweiz) befindet sich eine Müll- bzw. Kehrrichtverbrennungsanlage (KVA). Im Zuge des Neubaus der KVA besteht auch die Möglichkeit, Abwärme auszukoppeln und für die Wärmebereitstellung mittels Wärmenetzen zu nutzen. Die Abwärme wird derzeit in einem nahegelegenen Industriebetrieb genutzt. Außerdem plant die Stadt Weinfelden den Bau eines neuen Wärmenetzes, welches mit Abwärme aus der KVA gespeist wird. Theoretisch steht diese Wärme zur Verfügung und geht über den Bedarf von Weinfelden hinaus. Inwiefern es technisch und wirtschaftlich möglich ist, die übrige Wärme in Kreuzlingen und auch Konstanz zu nutzen, muss zunächst geprüft werden. Darüber hinaus sind die Regelungen zur thermischen Nutzung von Abwärme aus KVAs in der EU und in der Schweiz unterschiedlich. Gemäß Bundesamt für Energie gilt KVA-Abwärme in der Schweiz als CO2-neutral. Im Rahmen der strategischen Wärmenetzplanung wurde die Abwärme aus der KVA Thurgau als mögliche Energiequelle für den Betrieb von Wärmenetzen mitberücksichtigt.
Obwohl aus Klimaschutzgesichtspunkten das Müllaufkommen für die Verbrennung massiv zurückgehen sollte, handelt es sich um eine derzeit und in den kommenden Jahrzehnten noch reell vorhandene Quelle. Anstatt überflüssige Abwärme ungenutzt der Umgebung zuzuführen, kann eine Nutzung sich aus technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten als sinnvoll erweisen.
Die Stadtwerke Konstanz GmbH erarbeiten gemeinsam mit den Projektpartnern Energie Kreuzlingen, EKT AG und dem Verband KVA Thurgau die technische und wirtschaftliche Machbarkeit zur Nutzung von Seethermie und der Abwärme der Kehrrichtverbrennungsanlage. Das Projekt wird dabei finanziell vom Interreg Programm Alpenrhein-Bodensee-Hochrhein 2021-2027 unterstützt. Weitere Informationen zu INTERREG VI finden Sie unter https://www.interreg.org/.
Städte wie München sind Vorreiter bei der Nutzung von Tiefengeothermie. Auch in Freiburg soll die Tiefengeothermie für die Wärmewende genutzt werden. Vorgespräche mit Tiefengeothermie-ExpertInnen ergaben allerdings, dass für Grundlagenermittlung und Abschätzung des Potenzials bereits mehrere Millionen Euro an Investition notwendig sind. Aufgrund der vorhandenen anderen gesicherten erneuerbaren Energieträger wurde in der strategischen Wärmenetzplanung die Tiefengeothermie nicht weiter betrachtet. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass die Tiefengeothermie auch in Konstanz über Potenziale verfügt, die unter veränderten Rahmenbedingungen (z. B. Risikoübernahme bei Tiefengeothermiebohrungen durch den Bund) interessant werden könnten.
Die Ergebnisse der strategischen Wärmenetzplanung
Ziel war es, Gebiete in Konstanz zu identifizieren, die prioritär mit Wärmenetzen erschlossen werden könnten. Die Ergebnisse zeigen, dass Konstanz erneuerbare Ressourcen für die Wärmeerzeugung zur Verfügung hat. Es zeigt sich auch, dass in räumlicher Nähe dieser Ressourcen Gebiete vorhanden sind, welche sich für den Aufbau von Wärmenetzen eignen. Die Ergebnisse differenzieren in Gebiete mit besserer und schlechterer Eignung für den Aufbau von Wärmenetzen. Die großen Hebel, um die Wärmewende mittels Wärmenetzen umzusetzen, befinden sich demnach eher im urbanen Raum als im ländlichen Gebiet. Folgende Gebiete sind dabei besonders geeignet: Das Gebiet rund um die Bodensee-Therme und das Klinikum, in Petershausen West, im Paradies sowie im Berchengebiet, in Fürstenberg und die Universität.
Es empfiehlt sich, bei der Projektentwicklung strategisch vorzugehen und zunächst vielversprechende Gebiete anzugehen, deren Erfolgschancen als höher einzustufen sind. Gleichzeitig sind Wärmenetze nur ein Baustein der Wärmewende. Speziell im weniger dicht besiedelten Raum mit Ein- und Zweifamilienhäusern müssen dezentrale Lösungen einen weiteren Baustein darstellen.
Wie geht es jetzt weiter?
Im Rahmen der weiteren Planung sind mehrere Schritte sorgfältig zu gehen, die wir hier idealtypisch aufzeigen.
Die Gebiete, auf die sich die Stadtwerke Konstanz fokussieren, werden nun einzeln einer genaueren Prüfung unterzogen. Bei jedem Gebiet findet eine Voruntersuchung statt. Darin geht es beispielsweise darum, Genehmigungspflichten in Erfahrung zu bringen oder potentielle Standorte für Technikzentralen zu suchen.
In diesen Gebieten werden von den Stadtwerken Konstanz Voruntersuchungen durchgeführt:
Anschließend werden für Gebiete mit positiven Ergebnissen in den Voruntersuchungen Machbarkeitsstudien durchgeführt, um zu klären, ob eine konkrete Umsetzung des Projekts erfolgen kann. Eine solche Machbarkeitsstudie dauert circa ein Jahr und ist Voraussetzung dafür, Fördergelder zu erhalten, welche meist notwendig sind um ein wirtschaftlich umsetzbares Projekt zu realisieren. Erst wenn eine Machbarkeitsstudie für ein Gebiet ein positives Ergebnis hervorbringt, kann mit der Detailplanung und der Umsetzung der Wärmenetze begonnen werden.
All diese notwendigen Schritte werden für jedes Gebiet einzeln erfolgen. Sie werden nicht für alle Gebiete gleichzeitig durchgeführt, sondern zeitlich versetzt und individuell stattfinden.
Eine Realisierung der Wärmenetze in den ersten Gebieten wird voraussichtlich frühestens Ende 2026/Anfang 2027 beginnen, sofern alle Prozesse störungsfrei durchgeführt werden können. Bis 2030 sollen die ersten Wärmeverbünde idealerweise fertig sein.
Die Machbarkeitsstudien und vorbereitenden Planungen zur Realisierung der Wärmeverbünde werden durch die Europäische Union und das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz finanziell gefördert.
Warum werden bei aktuellen Baustellen keine Wärmeleitungen provisorisch mitverlegt, an welche Anwohner*innen dann später bei Bedarf einfach angeschlossen werden können?
Aktuell befinden sich die Planungen noch in einer Phase, in welcher zunächst Prioritätsgebiete identifiziert wurden, und weitere Untersuchungen stattfinden müssen, bis final geklärt ist, ob überhaupt ein Wärmenetz in einem bestimmten Gebiet gebaut wird. Die Verlegung von Wärmeleitungen, ohne zum Beispiel zu wissen, wie groß das Wärmenetz später wird, wo die Stammleitungen verlaufen und wie die einzelnen Verteilleitungen dimensioniert sein müssen, ist keine Option. Die optimale Auslegung der Wärmeleitungen hat einen sehr starken Einfluss auf die Effizienz des Wärmenetzes und die Wärmleitungen unterscheiden sich stark in Ihrer Dimension. Leerrohre zu verlegen – wie zum Beispiel bei Glasfaser oder Stromnetzen üblich – ist ebenfalls leider keine Möglichkeit, da Wärmeleitungen zum Beispiel aus Stahl zu einem späteren Zeitpunkt nicht in einem Leerrohr verlegt werden können.
Kann auch mein Haus an ein Wärmenetz angeschlossen werden?
Zunächst müssen keine Hauseigentümer von sich aus aktiv werden, da zunächst für die einzelnen Gebiete festgestellt werden muss, ob eine Realisierung von Wärmenetzen möglich ist.
Falls dem so ist, werden die Stadtwerke Konstanz die infrage kommenden Haushalte aktiv kontaktieren. Dies wird in den ersten Gebieten jedoch erst im Rahmen der Machbarkeitsstudien sein. Die Stadtwerke bitten, von aktiven Anfragen abzusehen.
Lohnt sich ein Heizungstausch aktuell überhaupt noch?
In Gebieten, welche nicht prioritär mit Wärmenetzen erschlossen werden sollen, raten wir zur energetischen Sanierung, um den Wärmebedarf zu reduzieren und zur Installation von dezentralen, erneuerbaren Wärmeerzeugungsanlagen.
In Gebieten, welche sich aus strategischer Sicht für den Aufbau von Wärmenetzen eignen, empfehlen wir, den Fokus auf die energetische Sanierung zu legen. Sobald wie möglich werden wir kommunizieren, in welchen Gebieten Wärmenetze realisiert werden.“
Podast: Einstieg in die kommunale Wärmeplanung
Damit die gesteckten Klimaziele erreicht werden, muss die Wärmeversorgung nachhaltig werden. Aber wie geht man vor, um diese Ziele zu erreichen? Welche Vorrausetzung gibt es in Konstanz? Wie gehen die Stadtwerke vor? In einem Podcast sprechen Niklas Reichert, Wirtschaftsingenieur bei den Stadtwerken Konstanz, und Lorenz Wellmann, Experte der Netzwerkpartner, über aktuelle Herausforderungen und die kommunale Wärmeplanung in Konstanz. Ein lohnenswertes Hörstück für alle, die sich mit der Thematik intensiver beschäftigen möchten und zugleich eine gute Basis für ein Grundverständnis des Themas.
