Eingangsbereich des Kundenzentrums der Stadtwerke Lemgo

Geförderte Maßnahmen

Mit der Nationalen Klimaschutzinitiative (NKI) fördert und initiiert das Bundesumweltministerium Klimaschutzprojekte in ganz Deutschland – und leistet so einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der nationalen Klimaschutzziele: Bis 2050 soll Deutschland weitgehend klimaneutral werden. Auch in Lemgo werden Maßnahmen gefördert!


Fördermittel Nationale Klimaschutzinitiative: Verbundprojekt NKI: "Klimaneutraler historischer Stadtkern" Förderkennzeichen: 03KSM0018B

Im Rahmen des Klimaschutzplans 2050 besteht ein wichtiges Ziel der Bundesregierung darin, bis 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand zu erreichen. Die Stadt Lemgo verfolgt deshalb als ein strategisches Stadtziel auch die nachhaltige und klimaschonende Energieversorgung.

Dazu wurde unter anderem im Jahr 2016 das Konzept „Klimaneutraler historischer Stadtkern Lemgo“ erstellt, das insbesondere die Dekarbonisierungs-Möglichkeiten der Wärmeversorgung im historischen Stadtkern untersucht – sowohl bei den Haushalten, als auch beim Gewerbe.

Der historische Stadtbereich stellt durch seine bauliche Dichte und seine Nutzungsvielfalt eine städtebauliche Form der ressourcenschonenden Flächennutzung dar, die sich schon seit Jahrhunderten bewährt hat. Aber durch den großen Baudenkmalbesatz birgt er auch hinsichtlich einer energetischen Sanierung des Gebäudebestandes und der Nutzung regenerativer Energien besondere Herausforderungen. Das Ergebnis des Konzeptes zeigt jedoch auf, dass trotz erschwerter Rahmenbedingungen auch die Energieversorgung des historischen Stadtkerns klimaneutral werden kann.

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

Die Maßnahmen des Verbundprojektes

Durch ein Verbundprojekt von Stadt und Stadtwerken, das als Modellprojekt vom BMUB nun über drei Jahre gefördert wird, werden wesentliche Maßnahmenvorschläge umgesetzt: Während die Stadt Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz durchführt, werden die Stadtwerke die Wärmeversorgung für den Altstadtkern weitgehend auf regenerative Energien umstellen.

Voraussetzung ist hierfür die in weiten Teilen des historischen Stadtkerns vorhandene Fernwärme: Ihr Anteil am Wärmemarkt liegt bereits über 50 Prozent. Sie wird zurzeit klimaschonend in Kraft-Wärme-Koppelungsanlagen erzeugt, die mit Erdgas betrieben werden. Damit ist die Fernwärme jedoch noch nicht klimaneutral.

Wärme aus geklärtem Abwasser gewinnen

Um langfristig eine klimaneutrale Wärmeversorgung zu erreichen, ist die Gewinnung von Wärme aus dem Abwasser der städtischen Zentralkläranlage im Rahmen des Modellprojekts 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 wird vermieden. Auch der Reinigungsprozess des Abwassers wird durch die Wärmeentnahme nicht mehr beeinflusst.

So gestaltet sich der Prozess

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.

BHKW Wärmeprozess

Der ideale Wärmepumpen-Standort: am BHKW der Stadtwerke

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.

Dadurch, dass eigenerzeugter Strom ohne Zulagen wie z.B. EEG, Stromsteuer, Netznutzungskosten zur Verfügung steht, ist der Betrieb der Wärmepumpe überhaupt erst wirtschaftlich möglich. Dies bedeutet, dass die Wärmepumpe immer nur dann in Betrieb ist, wenn auch das BHKW betrieben wird (ca. 7.500h/a).

Die Anlage wird so gebaut, dass die Wärmepumpen zu einem späteren Zeitpunkt auch ohne BHKW-Kopplung mit Strom aus Erneuerbaren Energien betrieben werden können. Dies ist dann der Fall, wenn sektorgekoppelter Überschussstrom von Erneuerbare Energien-Erzeugern zur Verfügung steht.

Für diese technische Konzeption wurde bislang die Entwurfsplanung erarbeitet, derzeitig findet die Detailplanung statt.

Karte Standort BHKW

Technische Daten der Wärmepumpe

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 Abwasserwärmepumpe77K (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

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.

Welchen Fragen geht das Projekt nach?

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.

Wie gestaltet sich das Kooperationsprojekt?

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.

Welche Klimaziele streben die Partner an?

Im Projekt InSekt streben die Kooperationspartner mit der Umsetzung der Optimierungsstrategie und dem Regelansatz durch Softwareagenten eine jährliche CO2-Einsparung in Höhe von etwa 3.200 t an. Weil der zugrundeliegende Automatisierungsansatz auf andere Power-to-X-Technologien übertragbar ist, denken die Projektpartner schon jetzt über weiterführende Tätigkeiten nach, die zum Klimaschutz beitragen und die CO2-Emissionen nochmals verringern.

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.

 

Welchen Fragen geht das Projekt nach?

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

Wie gestaltet sich das Kooperationsprojekt?

Gemeinsam mit dem Lehrstuhl Energietechnik (LET) der Universität Duisburg-Essen stellen die mdl und Stadtwerke Lemgo die technischen Grundlagen des Forschungsvorhabens EnSysAn. Das Konsortium beabsichtigt ein Simulationstool anzupassen und anzuwenden, um umfassende Energiesystemanalysen im Bereich der Wärmenetzsparte durchzuführen. Dabei sollen diverse Optimierungsmöglichkeiten (Energieerzeugung, Netzhydraulik, Heat-Demand-Management etc.) aufgezeigt werden, durch die sich die Energieeffizienz des Netzes spürbar erhöhen lässt. Mit Abschluss des Projekts wird so ein besseres Erzeugungsportfolio und Lastmanagement ermöglicht, indem die Ergebnisse der Untersuchungen gegenübergestellt werden und eine Priorisierung der effizienzsteigernden Abhilfemaßnahmen bzw. -möglichkeiten vorgenommen wird.

Welche Klimaziele streben die Partner an?

Durch das Absenken von Wärmeverlusten und durch die Minimierung von Hilfsenergien soll der Einsatz fossiler Brennstoffe dauerhaft minimiert und CO2-Emissionen eingespart werden.

Die gewonnenen Erkenntnisse aus der Analyse sollen auf verschiedene Weisen verbreitet und mit den entsprechenden Expertenkreisen kommuniziert werden.