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Nahwärme

Wenn Wärme von einem zentralen Wärmeerzeuger zu Verbrauchern transportiert wird, die Entfernungen aber relativ klein sind (meist unter 1 km, kürzer als bei Fernwärme), spricht man von Nahwärme. (Rechtlich handelt es sich aber auch hier um Fernwärme.) Typischerweise geht es um die Verteilung von Heizwärme (mit einer Maximalleistung von oft weniger als einem Megawatt) innerhalb eines Stadtteils oder Industriegebiets. Die Wärmeverteilung erfolgt wie bei der Fernwärme in der Regel durch heißes Wasser mit fester oder variabler Temperatur, welches durch unterirdische Rohrleitungen gepumpt wird. Die Betriebstemperaturen sind tendenziell niedriger als bei Fernwärme.

Bei jedem Verbraucher befindet sich eine Übergabestation, deren zentrales Bauelement ein Wärmeübertrager ist, der die Wärme auf den hausinternen Wasserkreislauf überträgt. Für die Abrechnungen wird die entnommene Wärmemenge mit einem Wärmemengenzähler gemessen. Der Endverbraucher zahlt in der Regel pro bezogener Kilowattstunde und zusätzlich einen monatlichen Grundpreis, der die verbrauchsunabhängigen Kosten decken soll.

Betreiber von Nahwärmenetzen sind häufig Kommunen, manchmal auch Genossenschaften oder eigens dafür gegründete Unternehmen.

Es gibt auch Netze für Niedertemperaturwärme, die als Anergienetze bezeichnet werden. Bei diesen wird die für die Verbraucher nötige Temperatur durch dezentrale Wärmepumpen erreicht. Probleme mit Energieverlusten in den Leitungen sind minimal oder abwesend wegen des niedrigen Temperaturniveaus im Leitungsnetz.

Quellen für Nahwärme

Während Fernwärme in der Regel aus großen Heizkraftwerken oder Heizwerken stammt, wird Nahwärme in kleineren Anlagen gewonnen, die aber doch meist größer sind als die in einzelnen Heizungsanlagen. Unterschiedlichste Wärmequellen kommen in Frage:

• Kleinkraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung, beispielsweise mit Erdgas oder Biogas betriebene Blockheizkraftwerke, werden besonders häufig genutzt. Sie können einen oder mehrere Gasmotoren oder Gasturbinen enthalten. Es gibt auch Anlagen mit Dieselmotoren, die mit flüssigen Kraftstoffen oder auch zumindest teilweise mit Erdgas oder Biogas betrieben werden. Sie können später auch Teil eines virtuellen Kraftwerks werden.
• Es gibt Wärmepumpenanlagen, die entweder ein oder mehrere Elektrowärmepumpen oder mit einem Gasmotor betriebene Kompressionswärmepumpen enthalten können. Als Wärmequelle nutzen sie z. B. Grundwasser oder Flusswasser, was in dieser Leistungsklasse günstiger ist z. B. als Erdwärmesonden.
• Manche Nahwärmenetze enthalten auch lediglich einen Heizkessel, z. B. eine große Holzfeuerung (auch für Holzabfälle), und betreiben keine Stromerzeugung (Kraft-Wärme-Kopplung). Häufig wird aber auch ein Spitzenlast-Heizkessel als Ergänzung für ein Aggregat mit Kraft-Wärme-Kopplung verwendet zu Zeiten, in denen der Wärmebedarf besonders hoch ist oder eine Störung des Hauptaggregats auftritt.
• Sonnenkollektoren können ergänzend Wärme einspeisen, um Brennstoffe oder elektrische Energie zu sparen.
• Auch Abwärme von gewissen industriellen Betrieben kann als Nahwärme verteilt werden.
• Wenn die Windenergie stärker ausgebaut wird und öfter Überschüsse bei starkem Wind auftreten, könnte dieser mit Heizstäben in Nahwärmenetzen nahe den Windenergieanlagen genutzt werden – zwar nicht besonders effizient, aber mit minimalen Investitionskosten und doch noch effizienter als z. B. für EE-Gas.

Ein großer Pufferspeicher ist hilfreich, um kurzfristige Bedarfsspitzen abzudecken, ohne eine entsprechende Dauerleistungskapazität aufzubauen.

Der Einsatz eines Gasheizkessels als dominierende Wärmequelle eines Nahwärmenetzes ist in der Regel nicht sinnvoll. Durch die Wärmeverluste im Netz kann der Primärenergiebedarf dann nämlich sogar deutlich höher werden, als wenn alle Gebäude mit einzelnen Gas-Brennwertkesseln beheizt würden. Bei Holzkesseln ist die Situation deutlich anders, da große Holzkessel deutlich effizienter und umweltfreundlicher arbeiten, und weil die Wartung vieler kleiner Holzkessel viel aufwendiger wäre.

Vorteile von Nahwärmenetzen

Gegenüber anderen Technologien – etwa der dezentralen Wärmeerzeugung mit Heizkesseln bei den Verbrauchern – weist ein Nahwärmenetz meist erhebliche Vorteile auf, die die Energiewende unterstützen können:

• Die Wärmeerzeuger in Nahwärmenetzen produzieren die Nutzwärme in der Regel mit sehr hoher Energieeffizienz. Vor allem Anlagen mit hohem elektrischem Wirkungsgrad nutzen die Primärenergie sehr gut aus – wesentlich besser als z. B. Heizkessel, selbst wenn deren Wirkungsgrad höher ist als der Gesamtwirkungsgrad des Nahwärmeerzeugers. Gewisse Wärmeverluste treten bei der Wärmeverteilung im Nahwärmenetz auf. Jedoch sind diese normalerweise nicht so hoch, dass sie die Energieeffizienz des Gesamtsystems in Frage stellen würden.
• Zukünftige Verbesserungen oder auch ein Ersatz des Wärmeerzeugers sind sehr viel einfacher realisierbar, als wenn viele kleine Heizkessel ersetzt werden müssten. Beispielsweise können Sonnenkollektoren auch gut nachgerüstet werden, und ein Holzheizkessel kann später durch eine Anlage mit Kraft-Wärme-Kopplung ersetzt werden.
• Es ist leichter möglich, erneuerbare Energie aus Biomasse zu nutzen, z. B. in Form von Holz. Die Abgasqualität eines großen Holzkessels ist meist erheblich besser als die von kleinen Öfen, und der Betriebsaufwand für Brennstoffbeschaffung, Wartung etc. ist geringer.
• Auch ein hoher Anteil an Solarthermie ist im Nahwärmenetz einfacher realisierbar als bei Kleinanlagen, da z. B. saisonale Wärmespeicher in dieser Größe wesentlich besser machbar sind.
• Wenn die Kraft-Wärme-Kopplung durch Nahwärmenetze begünstigt wird, trägt diese vor allem zur Stromerzeugung im Winter bei. Dies passt gut zum erhöhten Strombedarf im Winter und ist auch eine Kompensation für im Sommer vermehrte Produktion der Photovoltaikanlagen.
• Ein bivalenter oder gar multivalenter Betrieb ist bei Nahwärmeerzeugern viel eher möglich als bei Kleinanlagen, da die spezifischen Investitionskosten in dieser Leistungsklasse geringer sind. Dies ermöglicht weitere Gewinne an Energieeffizienz und/oder energiewirtschaftliche Vorteile. Beispielsweise können Elektrowärmepumpen in der Übergangszeit viel Wärme liefern, während an kalten Wintertagen, in denen die Wärmepumpen weniger effizient wären und der Strom knapper ist, Gasmotoren einen höheren Anteil leisten.

Insbesondere für eine Kommune kann ein eigenes Nahwärmenetz vielfältige Möglichkeiten eröffnen. Es können damit städtische Gebäude und Anlagen zusammen mit Wohnhäusern und Gewerbebetrieben versorgt werden. Diverse Abwärmequellen können genutzt werden, und der Anteil erneuerbarer Energie kann gesteigert werden. Außer dem Klimaschutz kann dies auch der lokalen Luftreinhaltung zugute kommen.

Netzverluste

Ein Nachteil von Wärmenetzen gegenüber der dezentralen Wärmeerzeugung sind Energieverluste im Leitungssystem. In der Praxis kommen oft Werte zwischen 5 % und 30 % der erzeugten Wärmemenge vor, aber es gibt auch Ausreißer. Die Verluste sind stark abhängig von den jeweiligen Umständen:

• Lange Leitungswege mit schlechter Wärmedämmung sind offensichtlich ungünstig.
• Die Verluste hängen auch wesentlich von den Wassertemperaturen ab. In Anergienetzen entfallen sie ganz, aber dort werden lokal dann noch Wärmepumpen benötigt, die wiederum Energie verbrauchen.
• Der prozentuale Energieverlust hängt auch von der Menge der transportierten Wärmeenergie ab: Bei geringer Dichte des Wärmeverbrauchs fällt er höher aus.

Bei der Bewertung von Netzverlusten muss berücksichtigt werden, welche Wärmequelle benutzt wird. Beispielsweise sind die Wärmeverluste im Sommerbetrieb wenig bedeutsam, wenn Sonnenkollektoren eingesetzt werden (was ohnehin oft zu sommerlichen Überschüssen führt) oder wenn eine wesentliche Stromerzeugung auch im Sommer erfolgen soll. Dagegen wird man ungern einen Gasheizkessel im Sommer betreiben und in den Leitungen dann z. B. 25 % der damit erzeugten Wärme verlieren.

Wenn ein Nahwärmenetz einmal gebaut ist, lassen sich Wärmeverluste nachträglich kaum mehr verringern - außer durch Reduktion der Betriebstemperatur (falls das für die Verbraucher akzeptabel ist) oder prozentual durch Anschluss weiterer Verbraucher.

Betrieb im Winter oder ganzjährig

Manche Nahwärmenetze werden nur während der Heizperiode betrieben, da sich der Betrieb im Sommer wegen der relativ geringen Wärmemengen für die Warmwasserbereitung nicht lohnt – unter Umständen auch wegen der Wärmeverluste im Leitungsnetz. (Man bedenke, dass der relative Wärmeverlust ansteigt, wenn die bezogene Wärmeleistung geringer wird.) Dann brauchen die Verbraucher allerdings andere Wärmequellen für die Warmwasserbereitung, was zunächst zu zusätzlichen Investitionskosten führt. Dies kann auch dazu führen, dass viele Elektroboiler oder elektrische Durchlauferhitzer eingesetzt werden, die die Primärenergie ineffizient nutzen und damit die Energieeffizienz des Gesamtsystems deutlich reduzieren. Wesentlich günstiger wären z. B. mit Erdgas betriebene Durchlauferhitzer.

Wirtschaftlichkeit

Ob ein wirtschaftlicher Betrieb eines Nahwärmenetzes möglich ist, hängt von verschiedenen Umständen ab:

• Eine möglichst kostengünstige Wärmeerzeugung ist offensichtlich wünschenswert. Insoweit fossile Energieträger wie Erdgas verwendet werden, besteht aber ein Risiko von erheblichen Preissteigerungen. Anders sieht es aus, wenn beispielsweise Biogas ohnehin verstromt wird und die entstehende Wärme zur Nutzung bereit steht.
• Wichtig ist außerdem, dass ein ausreichend hoher Wärmebedarf ohne allzu lange Leitungen gedeckt werden kann. Angestrebt wird normalerweise eine Maximalleistung von mindestens 1 kW pro Meter Leitungslänge, teils auch deutlich mehr. Problematisch wirkt sich hier allerdings aus, dass gut wärmegedämmte Gebäude einen niedrigen Heizwärmebedarf haben. Ein Nahwärmenetz ist wirtschaftlich dann meist nur noch realisierbar, wenn die Gebäude recht dicht beieinander stehen oder es sich hauptsächlich um große Gebäude handelt.
• Die Leitungen sollten richtig dimensioniert sein: Nicht zu dick, um unnötige Kosten und Wärmeverluste zu vermeiden, aber auch nicht zu dünn, um den Energieaufwand für die Pumpen gering zu halten.
• Häufig befindet sich der Wärmeerzeuger nicht in einem eigenen Gebäude, sondern im Keller eines größeren Verbrauchers wie z. B. eines Schwimmbads oder in einem großen Wohnblock. Dies vermindert die Kosten gegenüber dem Fall, dass ein eigenes Gebäude benötigt wird.

Förderung von Nahwärme

Mancherorts besteht ein politischer Wille, die Verwendung von Fernwärme im Interesse besserer Energieeffizienz, höherer Versorgungssicherheit, der Reduktion von Luftschadstoffen und des Klimaschutzes zu fördern. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten:

• Wenn ein Neubaugebiet ausgewiesen wird, kann die Erstellung eines Nahwärmenetzes z. B. durch die Stadtwerke in Angriff genommen und ggf. auch vom Staat finanziell unterstützt werden.
• Gelegentlich wird eine Anschlusspflicht für alle Neubauten oder sogar auch für ältere Gebäude erlassen, um möglichst alle Wärmeverbraucher zu erfassen. Die Anschlusskosten pro Haushalt werden so natürlich geringer, da die Distanzen gering werden.
• Eine indirekte Unterstützung von Fern- und Nahwärme kann sich durch Energie- und Umweltabgaben (z. B. eine CO₂-Abgabe) ergeben.

Siehe auch: Wärme, Fernwärme, Anergienetz, Kraft-Wärme-Kopplung, Wärmemengenzähler