Geförderte Maßnahmen
Mit der Nationalen Klimaschutzinitiative (NKI) initiiert und fördert das Bundesministerium für Umwelt, Klimaschutz, Naturschutz und nukleare Sicherheit Klimaschutzprojekte in ganz Deutschland. Die NKI unterstützt damit Maßnahmen, die zu den nationalen Klimaschutzzielen beitragen. Deutschland verfolgt das Ziel, bis 2045 Netto-Treibhausgasneutralität zu erreichen.
Auch in Lemgo werden Maßnahmen im Rahmen der Nationalen Klimaschutzinitiative gefördert.
Fördermittel Nationale Klimaschutzinitiative: Verbundprojekt NKI: "Klimaneutraler historischer Stadtkern" Förderkennzeichen: 03KSM0018B
Im Rahmen des Klimaschutzplans 2050 verfolgte die Bundesregierung unter anderem das Ziel, bis 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand zu erreichen. Die Stadt Lemgo hat vor diesem Hintergrund Maßnahmen entwickelt, um den Energiebedarf und den Einsatz fossiler Energieträger im Gebäudebereich zu reduzieren.
Dazu wurde unter anderem im Jahr 2016 das Konzept „Klimaneutraler historischer Stadtkern Lemgo“ erstellt. Es untersucht insbesondere Möglichkeiten zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung im historischen Stadtkern – sowohl für Haushalte als auch für Gewerbebetriebe.
Der historische Stadtbereich stellt durch seine bauliche Dichte, seine Nutzungsvielfalt und den hohen Anteil denkmalgeschützter Gebäude besondere Anforderungen an die energetische Sanierung und den Einsatz erneuerbarer Energien. Das Konzept zeigt verschiedene Möglichkeiten auf, wie der Energiebedarf reduziert und der Anteil erneuerbarer Energien an der Wärmeversorgung des historischen Stadtkerns erhöht werden kann.
Im Rahmen des anschließend geförderten Verbundprojekts von Stadt und Stadtwerken wurden konkrete Maßnahmen umgesetzt: Während die Stadt Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz durchführte, erhöhten die Stadtwerke den Anteil erneuerbarer Energien an der Wärmeversorgung des Altstadtkerns.
Gefördert vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.
Förderkennzeichen: 03KSM0018B
Laufzeit des Vorhabens: 01.06.2017 bis 31.05.2020
Durch ein Verbundprojekt von Stadt und Stadtwerken, das als Modellprojekt vom BMUB über drei Jahre gefördert wurde, wurden wesentliche Maßnahmenvorschläge umgesetzt: Während die Stadt Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz durchführte, arbeiteten die Stadtwerke daran, den Anteil erneuerbarer Energien an der Wärmeversorgung des Altstadtkerns deutlich zu erhöhen.
Voraussetzung dafür ist die in weiten Teilen des historischen Stadtkerns vorhandene Fernwärme. Ihr Anteil am Wärmemarkt liegt bereits bei über 50 Prozent. Zum Zeitpunkt des Projekts wurde die Fernwärme überwiegend in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen erzeugt, die mit Erdgas betrieben wurden. Dabei werden Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt. Da weiterhin fossiles Erdgas eingesetzt wurde, bestand weiteres Potenzial, den Anteil erneuerbarer Energien an der Wärmeerzeugung zu erhöhen.
Um den Anteil erneuerbarer und lokal verfügbarer Wärmequellen in der Fernwärmeversorgung zu erhöhen, ist im Rahmen des Modellprojekts die Nutzung von Wärme aus dem Abwasser der städtischen Zentralkläranlage vorgesehen. Diese Wärme wird in das Fernwärmenetz der Stadtwerke eingespeist.
Die Wärmeauskopplung erfolgt dabei erst hinter den Klärstufen im Auslauf der Kläranlage. So lässt sich eine möglichst hohe Wärmemenge auskoppeln und die Verschmutzung der Wärmetauscher vermeiden. Auch der Reinigungsprozess des Abwassers wird durch die Wärmeentnahme nicht beeinflusst.
Das geklärte Abwasser weist im Jahresdurchschnitt eine mittlere Temperatur von ca. 13° C auf. Ein Teilstrom des Abwassers wird über eine Rohrleitung zu dem bestehenden BHKW der Stadtwerke geführt, das sich direkt neben der Kläranlage befindet. Dort wird in einem 2-stufigen Wärmepumpenprozess der Rücklauf des Fernwärmenetzes auf 90° C erwärmt.
Parallel dazu werden im BHKW bislang nicht nutzbare Wärmequellen wie die Ladeluft Stufe I und die Kondensationswärme im Abgas durch eine weitere Wärmepumpe genutzt. Auch sie tragen zu Erwärmung des Fernwärmerücklaufs auf 90° C bei.
Durch Parallelschaltung mit dem BHKW-Wärmeprozess wird eine gemeinsame Vorlauftemperatur von 95 bis 100 °C erreicht. Damit wird unter Zuhilfenahme des BHKW-Wärmeprozesses sichergestellt, dass eine für den Betrieb des Fernwärmenetzes ausreichende Vorlauftemperatur eingehalten wird.
Für die Wärmepumpe wurde der Standort am BHKW gewählt, weil dort ein entsprechend großes Betriebsgrundstück für das neu zu errichtende Wärmepumpengebäude zur Verfügung steht. Zudem befindet sich hier der notwendige Anschluss an das Fernwärmenetz. Auch die Auskopplung der bislang nicht genutzten BHKW-Wärme kann nur hier stattfinden – ebenso wie der direkte stromseitige Anschluss der Wärmepumpen an den Generator des BHKW.
Da eigenerzeugter Strom ohne bestimmte zusätzliche Kostenbestandteile wie Netznutzungsentgelte zur Verfügung steht, wird der wirtschaftliche Betrieb der Wärmepumpe unterstützt. Die Wärmepumpe ist daher zunächst an den Betrieb des BHKW gekoppelt und wird nur dann betrieben, wenn auch das BHKW in Betrieb ist (ca. 7.500 Stunden pro Jahr).
Die Anlage wird technisch so ausgelegt, dass die Wärmepumpen zu einem späteren Zeitpunkt auch unabhängig vom BHKW mit Strom betrieben werden können. Damit besteht grundsätzlich die Möglichkeit, künftig auch Strom aus erneuerbaren Erzeugungsanlagen einzusetzen, sofern dieser für den Betrieb zur Verfügung steht.
Für diese technische Konzeption wurde zunächst die Entwurfsplanung erarbeitet. Derzeit befindet sich das Projekt in der Detailplanung.
Die folgenden technischen Daten der Wärmepumpe beziehen sich auf die Kältemittel R717 für die Abwasser-Wärmepume und R1233zd für die BHKW-Wärmepumpe.
| Heizleistung der Gesamtanlage (WP-Abwasser+ WP-BHKW+BHKW) | ~5 MW |
| Heizleistung Abwasser Wärmepumpe | ~2,4 MW |
| Kälteleistung Abwasser Wärmepumpe | ~1,5 MW |
| Elektrische Leistungsaufnahme Abwasser Wärmepumpe | ~890 kW |
| COP Abwasser Wärmepumpe (Jahresmittel) | ~2,7 |
| Temperaturhub Abwasserwärmepumpe | 77K (13°C/90°C) |
| Heizleistung BHKW Wärmepumpe | ~490 kW |
| Kälteleistung BHKW Wärmepumpe | ~250 kW |
| COP BHKW-Wärmepumpe | ~3,6 |
| Temperaturhub BHKW Wärmepumpe Elektrishe Leistungsaufnahme BHKW Wärmepumpe | 44K (46°C/90°C) ~130 kW |
| Thermische Leistung BHKW | ~2,2 MW |
| Elektrische Leistung BHKW | ~2 MW |
Ansprechpartner
Beteiligte Partner
Dr.- Ing. Eugen Rejek
Beratende Ingenieure Richter Nachfolger
Gerresheimer Landstraße 110 40627 Düsseldorf
sekretariat(at)birichter.de Beteiligte Partner
Fördermittel EFRE.NRW: Kooperationsprojekt: "Intelligente Sektorenkopplung (InSekt)" Förderkennzeichen: KSK-1-013
Im Klimaschutzwettbewerb EnergieSektorenkopplung.NRW waren die Stadtwerke Lemgo, die Universität Duisburg-Essen und die Bergische Universität Wuppertal mit ihrem gemeinsamen Antrag "Intelligente Sektorenkopplung zur Reduktion von CO2-Emissionen in Energieversorgungssystemen (InSekt)" erfolgreich. Das Projekt wird als LeitmarktAgentur.NRW-Projekt durchgeführt und im Rahmen des NRW-EU-Programms EFRE 2014-2020 von der Europäischen Union mit knapp 700.000 Euro für drei Jahre gefördert.
In dem Projekt werden praxisnahe Untersuchungen an einer Pilotanlage durchgeführt, die Antworten auf die Fragen geben sollen, wie
- verschiedene Sektoren systemdienlich miteinander gekoppelt werden können
- nichtstrombasierte Technologien bidirektional mit dem Stromsektor verbunden werden können (hier speziell Strom in Wärme)
- Power-to-X-Technologien in den gesamten Energiebereich stärker integriert werden können.
Die Stadtwerke Lemgo sind im Jahr 2018 mit dem Aufbau einer großen Abwasser-Wärmepumpe gestartet. Diese kombinieren sie mit ihrem vorhandenen Blockheizkraftwerk (BHKW) am Klärwerk. Das BHKW erzeugt nicht nur den Strom für die Wärmepumpe – es wärmt auch das heiße Wasser, das die Wärmepumpe aus dem geklärten Lemgoer Abwasser erzeugt, noch einmal nach. So wird das Wasser genau auf die Temperatur gebracht, die zum Lemgoer Fernwärmenetz passt. Voraussetzung für einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe ist dabei eine exakte Abstimmung der umgebenden Betriebsparameter des Wärmenetzes. Direkt hier setzt das Projekt „InSekt“ an.
In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl Energietechnik (LET) und dem Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Softwaretechnik (SOFTEC) der Universität Duisburg-Essen sowie dem Lehrstuhl für elektrische Energieversorgungstechnik (EVT) der Bergischen Universität Wuppertal wird ein innovativer Automatisierungsansatz zur Laufzeitoptimierung der Abwasser-Wärmepumpe durch sogenannte Softwareagenten umgesetzt. LET wird dabei auf der Wärmenetzseite, EVT auf der Stromnetzseite zunächst in Simulationen den Netzbetrieb optimieren. SOFTEC ist für die agentenbasierte Regelung zuständig. Die Stadtwerke stellen sowohl die Infrastruktur als auch die Messdaten bereit und überwachen den Netzbetrieb.
Gemeinsames Ziel ist es, die maximal mögliche Wärme-Einkopplung der Wärmepumpe und evtl. weiterer erneuerbarer Wärmequellen zu gewährleisten. Mit Abschluss des Projekts sollen die simulierten Netzoptimierungen auf den Praxisbetrieb angewendet werden.
Im Projekt InSekt verfolgen die Kooperationspartner das Ziel, durch die Optimierungsstrategie und den Regelansatz mit Softwareagenten die CO₂-Emissionen zu reduzieren. Nach den Berechnungen im Projekt wird dabei ein Einsparpotenzial von rund 3.200 Tonnen CO₂ pro Jahr angestrebt.
Da der zugrunde liegende Automatisierungsansatz grundsätzlich auch auf andere Power-to-X-Technologien übertragbar ist, prüfen die Projektpartner weitere Anwendungsmöglichkeiten. Ziel ist es, die gewonnenen Erkenntnisse für zusätzliche Maßnahmen zur Reduktion von CO₂-Emissionen zu nutzen.
Fördermittel EFRE.NRW: Kooperationsprojekt: "Energiesystemanalyse von Wärmenetzen (EnSysAn)" Förderkennzeichen: EFRE-0801522
Gemeinsam mit Projektpartnern der Universität Duisburg-Essen sowie der MEDL GmbH aus Mühlheim haben sich die Stadtwerke Lemgo beim Leitmarktwettbewerb „EnergieUmweltwirtschaft.NRW“ beworben. Das innovative Gemeinschaftsprojekt „Energiesystemanalyse von Wärmenetzen in Auslegung und Betrieb zur Steigerung der Nachhaltigkeit, Umweltfreundlichkeit sowie Wirtschaftlichkeit“ konnte überzeugen und wird durch Mittel des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung mit ca. 440.000 EUR für drei Jahre gefördert.
In dem Projekt werden reale Messwerte aus dem Fernwärmenetzbetrieb mit Hilfe der beteiligten Hochschule analysiert und hinsichtlich der Energieeffizienz ausgewertet. Darauf aufbauend wird eine Ausbau- und Betriebsstrategie entwickelt die folgende Ziele verfolgt.
- Minimierung der Wärmeverluste durch eine flexible und energieeffiziente Fahrweise der Wärmenetze.
- Prüfung der Netzstruktur auf Engpässe oder hydraulische Optimierungspotentiale
- strukturierte Umsetzung der durch die Simulation ermittelten Verbesserungspotentiale
Gemeinsam mit dem Lehrstuhl Energietechnik (LET) der Universität Duisburg-Essen stellen die mdl und die Stadtwerke Lemgo die technischen Grundlagen für das Forschungsvorhaben EnSysAn bereit. Das Konsortium beabsichtigt, ein Simulationstool anzupassen und anzuwenden, um umfassende Energiesystemanalysen im Bereich der Wärmenetze durchzuführen.
Dabei sollen unterschiedliche Optimierungsmöglichkeiten – etwa bei der Energieerzeugung, der Netzhydraulik und dem Heat-Demand-Management – untersucht und bewertet werden. Ziel ist es, Potenziale für einen effizienteren Betrieb des Wärmenetzes zu identifizieren.
Mit Abschluss des Projekts sollen die Ergebnisse der Untersuchungen miteinander verglichen und mögliche Maßnahmen priorisiert werden. Auf dieser Grundlage können das Erzeugungsportfolio und das Lastmanagement weiterentwickelt werden.
Durch die Verringerung von Wärmeverlusten und den geringeren Einsatz von Hilfsenergien sollen der Verbrauch fossiler Brennstoffe reduziert und damit verbundene CO₂-Emissionen gesenkt werden.
Die aus der Analyse gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend auf verschiedenen Wegen verbreitet und mit entsprechenden Fachkreisen geteilt werden.