TeTra Thermische Energietransformation zur Wärme- und Kälteauskopplung sowie Effizienzsteigerung in Nah- und Fernwärmenetzen

Die Ausgangssituation im Projekt TeTra sind bestehende, zu erweiternde oder neu zu errichtende Fernwärmesysteme, mit üblichen Vorlauftemperaturen, und das Ziel, mit neuartigen Übergabestationen primärseitig die Fernwärmerücklauftemperatur abzusenken und/oder sekundärseitig nicht nur Heizwärme, sondern auch Kälte und gegebenenfalls auch Strom (Kraft) als Energieserviceleistung bereitzustellen. Herkömmliche, nach dem Prinzip der Wärmeübertragung arbeitende, Übergabestationen sind dazu jedoch nicht im Stande. Dieses Projektziel wird verstärkt durch das Bestreben, biomassegefeuerte Kraft-Wärme-Kopplungs-(KWK-) Anlagen, und auch weitere (nachhaltige) Low-Exergy Quellen primärseitig einzubinden bzw. die geringe jährliche Ausnutzung von Fernwärmeleitungen durch die breitere Energieserviceleistung saisonüberspannend zu erhöhen.

Das vorgeschlagene, in wesentlichen Merkmalen patentierte Konzept [1] setzt bei der Übergabestation an, und mutet dieser Übergabestation neben den herkömmlichen Aufgaben der hydraulischen Trennung und des Meterings zusätzliche Aufgaben mit folgenden Zielanforderungen zu. Einerseits wird eine effiziente Nutzung der Wärme aus der Fernwärmeleitung (zwischen Vorlauf und Rücklauf) angestrebt, andererseits soll die gekoppelte Bereitstellung von Heizwärme und Kälte (gegebenenfalls auch elektrische Energie), welche lediglich kleine elektrische Energiemengen als Hilfsenergie benötig, realisiert werden. Zudem soll die Anpassungsfähigkeit an Schwankungen des Bedarfs und der Saison gesteigert sowie eine einheitliche Technologie, mit optimaler Kosteneffizienz durch Energieeffizienz, umgesetzt werden. Der Innovationsgehalt des vorgeschlagenen „Exergietrafos“, welcher nachfolgend auch TeTra- Prozess bezeichnet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatur- und Exergieüberschuss zwischen der Primär- und der Sekundärseite einen Absorptionskreislauf antreibt, gegebenenfalls mit regelbaren und variablen Kältemittelkonzentrationen, Umschaltmöglichkeiten und wesentlichen Verbesserungen der Schaltungen, damit dieser neuartige Absorptionskreislauf Heizwärme, Kälte und gegebenenfalls auch Kraft erzeugt bzw. im reinen Heizmodus den Fernwärmerücklauf abkühlt.

Das Sondierungsprojekt wird im Konsortium aus einer Forschungseinrichtung, einem Fernwärmebetreiber und einem KMU abgearbeitet, und soll nach Variationen, Simulationen und Optimierungen der vorgeschlagenen Technologie und des Netzes das vorgeschlagene Grundprinzip (Startwert: Technology Readiness Level TRL 1) zur einer Bestätigung des Konzeptes auf Basis von Simulationen führen (TRL 2 bis 3). Vom Exergietrafo wird im Koppelbetrieb eine Effizienz von 115 % oder eine Rücklauftemperaturabsenkung um z. B. 15 K erwartet, begleitet von einer signifikanten und quantifizierbaren Reduzierung des Netzverlustes. Aussagen über die Anpassungsfähigkeit, den Betrieb und die Ausnützung des Netzes sowie die Betriebsweisen werden erwartet. Der Exergietrafo ist ein neuer Baustein, nicht nur für energietechnische, sondern auch für verfahrenstechnische Prozesse, mit einem weiten Anwendungsfeld.