WärmeversorgungLeckagen erkennen, Effizienz steigern
Wärmenetze funktionieren grundlegend anders als Stromnetze. Durch die Trägheit des Systems können die Betreiber auf Lastveränderungen nicht kurzfristig mit einer Anpassung der Einspeisung reagieren. Stattdessen muss permanent genügend Wärmeenergie ins Netz eingespeist werden, um kurzfristige Verbrauchserhöhungen abpuffern zu können. Das Vorhalten einer Puffermenge an Wärmeenergie ist unter Effizienzgesichtspunkten natürlich nicht optimal, gewährleistet jedoch eine zuverlässige Versorgung. Gleichzeitig liegt eine Minimierung der Puffermenge im wirtschaftlichen Interesse der Netzbetreiber. Ein Einflussfaktor für die Größe des Puffers sind Wärmeverluste durch Leckagen – also Dampf- oder Wasseraustritte – im Leitungsnetz. Diese Leckagen kosten nicht nur Wärmeenergie und Heizwasser, sondern können auch beträchtliche Schäden an der eigenen Infrastruktur sowie an Fremdeigentum verursachen. Da bei Netzen mit Hunderten von Kilometern an Rohrleitungen und Tausenden von Schachtdeckeln Leckagen kaum gänzlich zu vermeiden sind, muss der Ansatzpunkt deren möglichst schnelle Erkennung, exakte Lokalisierung und Beseitigung sein.
Überwachung automatisieren
Konventionelle Methoden, wie die Kontrolle der Schachtdeckel mit Wärmebildkameras – Dampfaustritte in den Versorgungskanälen sorgen für eine Temperaturerhöhung – stoßen prinzipbedingt an Grenzen. Angesichts der genannten Dimensionen ist eine derartige Kontrolle auch mit erheblichem Personaleinsatz nur zeitlich grobmaschig möglich, etwa alle zwei Wochen. Die Folge: Lecks bleiben im Extremfall in diesem Zeitraum unentdeckt.
Die Verbesserungspotenziale durch eine automatisierte Leckageüberwachung sind also evident. Der Betreiber eines Fernwärmenetzes einer Schweizer Großstadt initiierte eine entsprechende Ausschreibung. Ihr Gegenstand: Sensoren zur Feuchte- und Temperaturmessung für die Schächte. Diese Sensoren sollten ihre Daten zudem an die Back-End-Systeme des Netzbetreibers übermitteln, wo die Messdaten zu einer netzweiten, automatisierten Leckageüberwachung integriert, ausgewertet und visualisiert werden.
Diese Anforderungen konnte das Unternehmen comtac am besten erfüllen – mit einem serienmäßigen Produkt, das sich zuvor im Condition Monitoring im industriellen Umfeld bewährt hatte: der Sensor-Funkeinheit mit der Typbezeichnung LPN CM-4. Sie misst und protokolliert Temperatur- und Feuchtewerte und überträgt die Daten mithilfe einer integrierten Sendeeinheit für Datennetze gemäß dem LoRa-Standard. Beim Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) handelt es sich um ein leitungsloses Low-Power-Übertragungsverfahren, das zwar nur vergleichsweise niedrige Bandbreiten ermöglicht, aber auf Energieeffizienz, hohe Reichweiten und die gute Durchdringung von Bauwerken ausgerichtet ist.
LoRa für Leckageüberwachung prädestiniert
Das prädestiniert LoRa – ähnlich wie eine Reihe anderer Low-Power-Netzwerke (LPN) – für Anwendungen zur Leckageüberwachung. Schließlich können die Sensoreinheiten mit dieser Technik unter Normalbedingungen eine zuverlässige Datenübertragung aus den Schächten heraus gewährleisten. Dabei führen sie alle zwei Stunden eine Messung durch und übermitteln die Messwerte viermal am Tag. In diesem Modus funktioniert der LPN CM-4 im Batteriebetrieb deutlich länger als fünf Jahre, sodass ein Batteriewechsel ohne zusätzlichen Aufwand im Rahmen planmäßiger Vorort-Inspektionen möglich ist.
In der Schweiz bietet sich zur Datenübermittlung das landesweit von der Swisscom betriebene LoRa-Funknetz an. In Deutschland existiert zwar aktuell kein öffentliches LoRa-Netz mit vergleichbarer Flächendeckung, das ändert aber an den Möglichkeiten der Leckageüberwachung in Fernwärmenetzen wenig. Denn zum einen können regionale Energieversorger oder Fernwärmenetzbetreiber LoRa-Netze mit überschaubarem Aufwand selbst errichten und wirtschaftlich betreiben, wozu comtac technische Hilfestellung leisten kann. Zum anderen kann das Unternehmen die Sensoreinheiten auch mit Funkmodulen für andere LPN-Standards wie NB-IoT, Mioty oder 450 MHz anbieten.
Leck beseitigt, Energieverlust gesunken
Der Nutzen, der sich aus einer LPN-basierten Leckageüberwachung ergibt, wird im Beispielnetz überdeutlich: Leckagen werden im Normalfall schon nach wenigen Stunden zuverlässig erkannt, während die arbeitsaufwendige manuelle Kontrolle der Schachtdeckel mit Wärmebildkameras entfallen kann. Werden die Lecks zügig beseitigt, sinken die Energieverluste, was wiederum die Gesamteffizienz des Fernwärmenetzes positiv beeinflusst.
Mit anderer, ebenso serienmäßig verfügbarer Hardware ließen sich die Möglichkeiten noch erweitern. Dazu bietet comtac für Überwachungs- und Steuerungsaufgaben an Infrastrukturnetzen aller Art den Cluey, einen flexibel konfigurierbaren Monitor und Controller. Ausgestattet mit den passenden Sensoren und einem Funkmodul für LoRa oder andere Low-Power-Netzwerke kann das Gerät nicht nur Überwachungsaufgaben erledigen, sondern auch selbst Aktionen auslösen. Das können Schaltimpulse oder Alarme sein, die im Rahmen einer reinen Leckageüberwachung verzichtbar sind, im Rahmen breiter angelegter Lösungen für Infrastrukturüberwachung bis hin zu vorausschauender Wartung (Predictive Maintenance) aber zusätzliche Funktionalitäten bieten.
So oder so ergeben Komponenten wie der LPN CM-4 und der Cluey für sich gesehen natürlich noch keine Lösung, dazu braucht es unter anderem ein (Software-)System zur Erfassung und Auswertung der gewonnenen und übertragenen Daten. Da comtac über breit gefächerte Erfahrungen rund um die Themen Condition Monitoring und Informationsaufbereitung verfügt, kann das Unternehmen Netzbetreibern auch im Hinblick auf die Gesamtlösung beratend zur Seite stehen.
Dieser Beitrag ist in der Ausgabe Mai/Juni 2022 von stadt+werk erschienen. Hier können Sie ein Exemplar bestellen oder die Zeitschrift abonnieren.
Baden-Württemberg: Förderung für nachhaltige Wärmeversorgung
[21.11.2024] Das Umweltministerium Baden-Württemberg unterstützt jetzt mit 700.000 Euro den Ausbau und die Erweiterung von energieeffizienten Wärmenetzen in Mengen, Uttenweiler und Dürmentingen. mehr...
Heidelberg: Flusswärmepumpe am Neckar geplant
[20.11.2024] Der Gemeinderat Heidelberg hat die Machbarkeitsstudie für den Bau einer Flusswärmepumpe an der Ernst-Walz-Brücke genehmigt. Damit können die Planungen für das innovative Projekt zur klimafreundlichen Wärmeversorgung weiter vorangetrieben werden. mehr...
SachsenEnergie: Wärmeplan für Radeberg
[18.11.2024] Die Erstellung eines Wärmeplans für Radeberg nimmt Fahrt auf. SachsenEnergie hat dafür den Zuschlag erhalten. Der Plan soll bis September 2025 fertiggestellt werden. mehr...
SachsenEnergie: Preis für Abwärmenutzung
[14.11.2024] Drei Großwärmepumpen wandeln künftig die Abwärme der Hochleistungsrechner der TU Dresden in Fernwärme um. SachsenEnergie, die TU Dresden und der Staatsbetrieb Sächsisches Immobilien- und Baumanagement erhalten dafür den renommierten Energy Efficient Award. mehr...
2G Energy: Zukunft mit Industriewärmepumpen
[08.11.2024] 2G Energy erweitert sein Portfolio um industrielle Großwärmepumpen. Das Unternehmen sieht darin einen wichtigen Wachstumsbereich. mehr...
Saarland: Hilfe für Kommunen beim Wärmeplan
[08.11.2024] Der saarländische Energieminister Jürgen Barke informierte über den aktuellen Stand des Gesetzgebungsverfahrens zur kommunalen Wärmeplanung. mehr...
Stadtwerke Bayreuth: Baustart einer neuen Wärmezentrale
[07.11.2024] Mit industrieller Abwärme und einer Wärmepumpe wollen die Stadtwerke Bayreuth den Weg zu einer klimaneutralen Wärmeversorgung der Stadt ebnen. Dazu wird eine innovative Wärmezentrale errichtet. mehr...
BDEW: Bauherren bevorzugen Wärmepumpen
[06.11.2024] In Deutschland setzen Bauherren verstärkt auf Wärmepumpen. Mit einem Anteil von mehr als 64 Prozent sind sie im Jahr 2023 das am häufigsten eingesetzte Heizsystem in neuen Wohngebäuden. mehr...
Stadtwerke Düsseldorf: Kooperation mit Henkel
[04.11.2024] Dank einer Kooperation speisen die Stadtwerke Düsseldorf künftig industrielle Abwärme aus dem Henkel-Kraftwerk ins Fernwärmenetz ein. Die Energiezentrale, realisiert durch Bilfinger, unterstützt damit die Dekarbonisierung der städtischen Wärmeversorgung und spart jährlich rund 6.500 Tonnen CO₂. mehr...
Bundorf: Bürgerenergie im ländlichen Raum
[31.10.2024] Die AEE zeichnet im Oktober 2024 die Gemeinde Bundorf als Energie-Kommune des Monats aus. Einer der Gründe ist eine schon in großen Teilen regenerative Wärmeversorgung sowie Solarstrom. mehr...
Neustadt in Holstein: Erste deutsche Meerwasser-Wärmepumpe
[29.10.2024] Johnson Controls hat Deutschlands erste in ein größeres Wärmenetz integrierte Meerwasser-Wärmepumpe an die Stadtwerke Neustadt in Holstein ausgeliefert mehr...
Sachsen: Projekt zu Aquathermie erhält Förderung
[29.10.2024] Das Forschungsprojekt AQVA HEAT III zur Nutzung von Aquathermie in Sachsen geht jetzt in die nächste Phase. Mit einer Förderung von über 3,7 Millionen Euro will das sächsische Energieministerium den Einsatz von Gewässern als Energiequelle für Wärmepumpen vorantreiben und so zur Wärmewende beitragen. mehr...
Goch: Wärmeplanung startet
[24.10.2024] Die Stadt Goch hat den nächsten Schritt auf dem Weg zur Klimaneutralität beschlossen. Mit der kommunalen Wärmeplanung will die Stadt eine Strategie entwickeln, wie die Wärmeversorgung ökologisch, wirtschaftlich und technisch sinnvoll gestaltet werden kann. mehr...
Bonn: Zwischenergebnisse der Wärmeplanung vorgestellt
[24.10.2024] Die Stadt Bonn hat jetzt im Rahmen ihrer kommunalen Wärmeplanung Szenarien für die Wärmeversorgung bis 2045 sowie erste Karten zu möglichen Versorgungslösungen vorgestellt. Diese Ergebnisse sollen dazu beitragen, die Wärmeversorgung langfristig nachhaltiger und klimafreundlicher zu gestalten. mehr...
Nordrhein-Westfalen: Abwasser als neue Wärmequelle
[14.10.2024] Täglich fließt warmes Abwasser durch die Kanalisation. Dieses Potenzial will das Land Nordrhein-Westfalen nun nutzen, um den Ausbau der klimafreundlichen Wärmeversorgung voranzutreiben. Dazu wurde eine neue Initiative ins Leben gerufen, die konkrete Projekte zur Abwasserwärmenutzung anstoßen soll. mehr...