Einführung

Diese Arbeit befasst sich mit dem Thema "Stoffwechselkreisläufe in der Stadt", speziell mit dem Thema Energie - Wärme. Die Wärmeversorgung ist ein bedeutender infrastruktureller Baustein im städtischen Versorgungsnetz.
Im groben kann man zwischen Fernwärmeversorgung, Nahwärmeversorgung und Einzelanlagen unterscheiden. In Berlin gibt es einen Mix dieser drei Arten. Der größte Fernwärmenetzbetreiber in Berlin ist die BEWAG. Das Berliner Fernwärmeversorgungsnetz hat eine Länge von 1200 km und eine Anschlussleistung von fast 6000 MW. Damit deckt die Fernwärme den größten Teil des Berliner Wärmebedarfs.

Nahwärmekonzepte eignen sich vor allem für kleinere zusammenhängende Komplexe, wie z.B. Gewerbegebiete, Krankenhauskomplexe und kleinere Siedlungen. Daneben gibt es verschiedene kleinere Heizanlagen dierekt in den Wohnhäusern.

Unsere Arbeit setzt sich mit den verschiedenen Wärmeenergiekonzepten auseinander und will Voraussetzung, Funktionsprozesse und Vor- und Nachteile der einzelnen Konzepte näherbringen. Dazu erläutern wir anfangs Nah- und Fernwärmeerzeugungskonzepte. Im Anschluss stellen wir am Beispiel des Heizkraftwerks Berlin Mitte den Energieumwandlungsprozess von der Rohstoffgewinnung über den Kraftwerkszyklus bis zur Energiegewinnung dar. Dem gegenüber stellen wir ein Projekt zur Nahwärmeversorgung.

Das gewählte Beispiel ist eine Modellsiedlung für energiesparendes Bauen in Niedernhausen. Die Siedlung wird über ein zentrales Blockheizkraftwerk mit Strom und Wärme versorgt. Am Ende wollen wir untersuchen, ob es "optimales" Wärmeerzeugungskonzept für einen bestimmten Anforderungsfall gibt. Desweiteren sollen die Vor- und Nachteile der verschiedenen Konzepte dargestellt werden und mögliche Ausblicke für die Weiterentwicklung zur CO2- Reduzierung und zur Erzielung besserer Wirkungsgrade geben werden.

Wie man im groben zwischen Nah- und Fernwärmekonzepten unterscheiden kann, kann man diese Erzeugungsformen noch weiter differenzieren.
Nahwärme wird zum einen im Kraftwerken (Blockheizkraftwerken) und zum anderen in Einzelheizungsanlagen erzeugt. Die nächste Gliederungsstufe der Anlagen bildet die Brennstoffart. Von den konventionellen Brennstoffen Kohle, Öl und Gas ist das Erdgas am umweltschonendsten. Kohle tritt momentan als Energielieferant zunehmend in den Hintergrund. Ökologische Alternativen, vor allem für Kleinanlagen, bilden z.B. Holzhackschnitzel und Biogas.

Für die Brennstoffausnutzung gibt es verschiedene Anlagen mit unterschiedlichen Nutzungsgraden. Für Blockheizkraftwerke ist besonders der Dampf-Gas-Motor hervorzuheben, da die heißen Abgase mehrfach für Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden, ist der Wirkungsgrad höher als bei anderen Anlagen.

Die Einzelfeuerungsanlagen werden meist mit Öl und Gas betrieben, auch hier werden die Holz-Kohle-Öfen zunehmend vermieden, da sie mit ihren hohen Emissionen die Umwelt belasten.

Herkömmliche Heizungsanlagen müssen bestimmte Grundanforderungen erfüllen, die einem möglichst sparsamen Umgang mit dem eingesetzten Brennstoff zum Teil im Wege stehen: Die Temperatur des Heizwassers im Kessel muss mindestens 65 Grad Celsius betragen, sonst würde es zur Kondensation von Wasserdampf und zur Zerstörung des Brennerraums kommen. Die Abgastemperatur muss je nach Schornsteinquerschnitt eine bestimmte Höhe besitzen, damit ein ausreichender Zug gewährleistet ist und kein Wasserdampf kondensiert, der den Schornstein zerstört.

Neuere Kesselkonstruktionen können einen großen Teil der bisher verlorengegangenen Energie nutzen. Die modernen Kessel sind anders konstruiert und aus hochwertigeren Materialien gebaut. Dadurch ist es möglich, die Kesseltemperatur unter 65 Grad Celsius zu senken. Da nicht mehr Wärme produziert als momentan gebraucht wird, sind die Auskühlungsverluste des Kessels geringer. Die Vorlauftemperatur, also die Temperatur, mit der das Heizwasser zu den Heizkörpern gepumpt wird, muss in diesem Fall nicht mehr durch einen Mischer hergestellt werden, sondern sie wird direkt im Kessel erzeugt.

Der Einsatz von BHKW ist nur empfehlenswert, wenn es einen gleichzeitigen Bedarf an Strom und Wärme in räumlicher Nähe gibt, dies sind vor allem Wohnhaussiedlungen, kleinere Gewerbegebiet, größere Krankenhäuser und öffentliche Einrichtungen.

Das Berliner Nahwärmenetz der BEWAG wird über 190 kleinere dezentrale Wärmeanlagen mit einer Gesamtleistung 108 MW gespeist. Einige der Anlagen erreichen eine Höchstleistung von 10 MW. Für die Wärmeversorgung weitaus bedeutender sind die Fernwärme-Erzeugungsanlagen und das damit verbundene 1200 km lange Fernwärmeverteilungsnetz. Es gibt 10 Heizkraftwerke, ein Heizwerk und ein großes Blockheizkraftwerk; zusammen erreichen sie eine Leistung von 6425 MW.

Im allgemeinen haben Blockheizkraftwerke im Nahwärmenetz energetische, ökologische und ökonomische Vorteile gegenüber konventionellen Heizkraftwerken.
Setzt man die eingesetzte Primärenergie mit 100% gleich, so gibt es im dezentralen BHKW 10% Umwandlungsverluste, dass entspricht einer 90 prozentischen Brennstoffausnutzung. Der Strom-Wärme-Mix entspricht etwa 30 zu 90 Prozent. Demgegenüber sind die Umwandlungsverluste im zentralen HKW etwa um fünf Prozent höher, hinzukommen Leitungsverluste von etwa sechs Prozent (1% Strom, 5% Fernwärme).

In den Heizkraftwerken und Heizwerken wird die benötigte Wärmeenergie erzeugt, die Anlagen sind über ein Verbundnetz zusammengeschlossen.
Verteilt wird die erzeugte Wärme im Westteil Berlins über ein 3-Leiter-System und im Ostteil über ein Zwei-Leiter-System. Die Vernetzung der verschiedenen Kraftwerke untereinander garantiert gute Versorgungssichheit auch wenn eine Anlage komplett ausfallen sollte.

Das Berliner Fernwärmenetz zählt mit 1.200 km Leitungslänge und einer Wärmeleistung von 7.700 MW zu den größten Europas. Die Bewag ist mit Abstand der grösste Anbieter, daneben sind in Berlin noch andere kleine Unternehmen beteiligt: Fernheizwerk Märkisches Viertel GmbH (FHMV), Fernheizwerk Neukölln AG, Blockheizkraftwerk Träger- und Betreibergesellschaft Berlin GmbH (BTB), Energie-Anlagen Berlin (EAB GmbH), GASAG (Berliner Gaswerke AG).

Bei der Fernwärmeerzeugung kann man zwei grundsätzliche Arten unterscheiden: zum einen gibt es Heizwerke, sie dienen der ausschließlichen Wärmeerzeugung. Das heiße Abgas bleibt bei dieser Technik ungenutzt. Die moderne Alternative sind Heizkraftwerke, sie funktionieren nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Hier wird gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt und die im Abgas enthaltene Energie mehrfach genutzt. Auch hier gibt es unterschiedliche technische Systeme. Kombianlagen sind die fortschrittlichsten, sie haben den höchsten Wirkungsgrad.

Der Energiebedarf im Fernwärmebereich erreichte 1991 mit über 50.000 TJ seinen Spitzenwert, danach sank das Fernwärmeaufkommen kontinuierlich auf 38.635 TJ im Jahr 1999. Dies liegt zum einen an einer verbesserten Wärmedämmung, insbesondere der Plattenbauten im Osteil der Stadt, zum anderen an der Erneuerung des Fernwärmenetzes und der Übertragungsstationen.

Das größte Vorhaben der Bewag war der Neubau des Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerks am Standort des alten Heizkraftwerks Mitte, das 1997 ans Netz ging. Mit dem in HKW-Mitte erzeugten Strom werden etwa 10 Prozent des derzeitigen Bedarfs von Berlin gedeckt. Mit seiner Fernwärmeleistung lassen sich ca. 60.000 Wohnungen beheizen. Durch das neue Heizkraftwerk wird eine Reduzierung der CO2-Emissionen um eine Millionen Tonnen pro Jahr erreicht.
Energie wird umweltschonend durch Kraftwärme-Kopplung in Heizkraftwerken erzeugt, dadurch wird der Brennstoff optimal ausgenutzt.
Dadurch werden in Berlin jährlich Brennstoffe eingespart, was umgerechnet 530 Mio. Litern Heizöl entspricht, somit werden Emissionen in Höhe von 1,5 Mio. Tonnen CO2 von vornherein vermieden. Außerdem ist die Abgasreinigung in den großen Kraftwerken durch aufwendige Filteranlagen viel effizienter als bei kleinen Einzelanlagen.

Die Umstellung von Sammelheizungsanlagen, z.B. bei Altbauten, ist relativ unproblematisch, da das hausinterne Heizungsnetz aus Leitungen und Heizkörpern in den meisten Fällen erhalten bleiben kann. Es muss lediglich eine Fernwärme-Hausstation im Keller eingerichtet werden. Der alte Heizkessel kann demontiert werden.