Biomasse-basierte Fernwärmenetze sind ein wichtiger Teil der nachhaltigen Wärmeversorgung. Aktuell sind rund 2.400 Biomasseheizwerke in Österreich in Betrieb1. Viele Wärmenetze der ersten und zweiten Generation müssen allerdings heute nachgerüstet bzw. modernisiert werden, um den zukünftigen technischen, wirtschaftlichen und regulatorischen Anforderungen zu entsprechen. Für das von der Salzburg AG betriebene Biomasseheizwerk Saalfelden wurde im Rahmen von Therma-FLEX ein 2-stufiger Prozess zur Modernisierung entwickelt. Das 5,3 km lange Fernwärmenetz versorgte im Jahr 2019 (vor der Modernisierung) rund 50 Abnehmer, die jährliche Wärmeaufbringung betrug rund 13,1 GWh. Die Wärme wird primär durch einen Biomassekessel mit einer Nennleistung von 2,5 MW mit nachfolgendem Economiser (0,3 MW) erzeugt. Zur Abdeckung von Spitzenlasten und als Ausfallreserve dienen ein Gaskessel (5 MW), eine Power-to-Heat Anlage sowie eine weitere dezentrale Gaskesselanlage in der örtlichen Volksschule.
Technische Modernisierung
Ziel des Projekts war es, den Anteil an erneuerbarer Energie im Wärmenetz zu erhöhen und gleichzeitig die Effizienz der bestehenden Systeme zu steigern. In der Heizzentrale wurden dafür verschiedene technische Optimierungen durchgeführt. Dazu zählen u. a. Adaptierungen an der Biomassefeuerung und Hydraulik, die Installation von Rauchgasrückführungen, die Implementierung eines Rauchgasreinigungssystems (E-Filter) in Kombination mit einer Leistungssteigerung der Rauchgaskondensation (von 300 kW auf 550 kW), die Erneuerung der Leittechnik sowie die Implementierung eines thermischen Speichers mit einem Volumen von 150 m³.
Die Modernisierung führte zu einer Erhöhung der Energieeffizienz des Biomassekesselsystems und zu einer deutlichen Reduktion des fossilen Anteils im Energiemix. Der fossile Gasanteil konnte im Jahresschnitt von 11,3 % im Jahr 2019 auf 3,7 % im Jahr 2021 reduziert werden. Das bedeutet eine Substitution von rund 920 MWh Gas und CO2-Einsparung von rund 230 Tonnen. Gleichzeitig konnte die Wärmeaufbringung um mehr als 1,8 GWh gesteigert werden.
Integration neuer Wärmequellen
Weiters wurde das Potenzial zur Integration alternativer Wärmequellen bzw. der Abwärmenutzung aus Niedertemperaturquellen untersucht und ein technisches Konzept zur Integration einer Wärmepumpe entwickelt. Neben der Dimensionierung der Wärmepumpe spielt die hydraulische Einbindung eine wichtige Rolle. Es wurden zwei verschiedene Varianten evaluiert: die Integration der Wärmepumpe einerseits in den Wärmespeicher und andererseits in den Rücklauf des Biomassekessels. Die zweite Variante wurde für die Detailplanung vorgeschlagen.
Die Simulationen und Berechnungen zeigen, dass die Integration der Wärmepumpe zu einer weiteren Leistungs- und Effizienzsteigerung führt. Die zusätzliche Leistungskapazität für den Netzausbau liegt im Bereich von 1,5 – 2 MW und eine weitere Reduzierung fossiler Energie zur Spitzenlastabdeckung wäre möglich. Aktuell wird das Konzept im Detail validiert. Insgesamt haben die Optimierungskonzepte des Biomasseheizwerks hohes Multiplikationspotenzial und können auf viele österreichische und europäische Nah- und Fernwärmesysteme übertragen werden.
thermaflex.greenenergylab.at/e4a_demonstrator/retrofit-and-heat-pump-integration-saalfelden
1 Basisdaten Bioenergie 2021, Österreichischer Biomasseverband, Wien 2021