Sondierung einer hybriden Netzeinspeisung im städtischen Fernwärmesystem Neusiedl am See

Das übergeordnete Ziel des Projektes war die Erarbeitung der technischen, wirtschaftlichen, rechtlichen und sozialen Aspekte zur Entwicklung eines gesamtheitlichen Konzeptes für die hybride Einspeisung des Fernwärmenetzes von Neusiedl am See mit besonderer Schwerpunktsetzung auf die effiziente Aufnahme von regionaler erneuerbarer Energie (z. B. Windenergie und Photovoltaik).
Im Rahmen dieses Smart-City-Einstiegsprojektes wurden ausgehend vom Fernwärmesystem Szenarien entwickelt und analysiert werden, wie das bestehende Energiesystem im Hinblick auf seinen Energiebedarf und seine Energieverbrauchsstruktur intelligent optimiert, sowie umgesetzt und nachhaltiger ausgerichtet werden könnte. Dabei spielt auch die Berücksichtigung einer energieoptimierten Siedlungsentwicklung für die Stadt und die intelligente Vernetzung mit dem übergeordneten Energiesystem eine wichtige Rolle.

Ausgangssituation

Das Energiesystem Österreichs und Europas ist im Wandel hin zu einem regenerativen, flexiblen, intelligenten und vernetzten System. Eine wesentliche Rolle für den Ausbau der Erneuerbaren in Österreich spielt die Windenergie, wie die Entwicklung des Zubaus an Windkraftanlagen demonstriert. Bezüglich des Ausbaus der Windkraft spielt in Österreich vor allem das Burgenland eine Vorreiterrolle, wo im Jahresschnitt bilanziell um rund 50% mehr elektrische Energie erzeugt als verbraucht wird. Dieser Vorstoß in Richtung erneuerbare Energieregion Burgenland ist durch den massiven Ausbau von Windkraftanlagen gelungen. Der Bauboom der Windkraft begann im Burgenland im Jahr 2002, derzeit befinden sich 426 Anlagen mit einer gesamt installierten Leistung von 1.026,1 MW in Betrieb. Der bisherige und weitere Zubau an Windkraft beruht zu großen Teilen auf der attraktiven Förderung durch die OeMAG mittels fixen Tarifen. Der Fördertarif ist jedoch zeitlich begrenzt, was dazu führt, dass zunehmend mehr bestehende Wind¬kraftanlagen keine Tarifförderung mehr erhalten. Da die nicht mehr geförderten Anlagen auch aus der von der OeMAG bewirtschafteten Bilanzgruppe fallen, müssen diese am liberalisierten Strom¬markt vermarktet werden. Auch für künftige Neuanlagen tut sich bei Einführung der derzeit diskutierten Marktprämienmodelle anstatt der bisher üblichen Fixtarifmodelle ein Bedarf zur Entwicklung neuer Vermarktungsstrategien für Strom aus Windkraftanlagen auf.

Ziele & Ergebnisse

Die Eigenvermarktung von Windstrom führt aufgrund von Prognoseunsicherheiten in der Erzeugung zu erheblichen Risiken und Kosten für Ausgleichsenergie. Die Vermarktung des betroffenen Windstroms des assoziierten Partners Energie Burgenland AG passiert derzeit in der 24/7 Windleitwarte, welche die Windenergie am Terminmarkt, Day Ahead Markt und Intraday Markt bewirtschaftet sowie die einzelnen Assets auf Fahrplanbasis steuert. Um weiterhin den Ausbau und die langfristige Wirtschaftlichkeit von bestehenden und neuen Windkraftanlagen und somit den Absolut-Zuwachs an Windkapazität für das Voranschreiten der Energiewende sicherzustellen, sind alternative Geschäftsmodelle für die Windkrafterzeugung bzw. –verwertung notwendig. Im Kontext von Hybrid DH wurde in erster Linie die Möglichkeit, die Sektorkopplung Strom zu Wärme zur Kompensation von Fluktuationen von Windkrafterzeugung für das Gebiet um Neusiedl untersucht. Bei der Sektorkopplung werden einzelne Energieverteilungsnetze in integrierte Energiesysteme (hybride Netze), die den Einsatz von Flexibilitäten enorm erleichtern, umgewandelt. Dabei ist die Kopplung unterschiedlicher Netze und Infrastrukturen notwendig, um zusätzliche Speicherpotentiale zu generieren. In integrierten Energiesystemen ist das Ziel, ein globales Optimum für die Nutzung aller betrachteten Energiearten (Strom, Wärme, Mobilität etc.) zu schaffen. In diesem Projekt lag dabei der Fokus auf die Integration der Windenergie in das lokale Nahwärmenetz.

Innovation

Innerhalb des Projekts lag der Fokus auf der technoökonomischen Detailanalyse von Sektorkopplungsoptionen zwischen regionalen Windstrom und dem Wärmenetz. Dabei wurden zwei technische Hauptvarianten für Power-to-Heat untersucht: 1. Elektrodenkessel 2. Großwärmepumpen Zudem stellt sich die Frage der optimalen Anlagengröße, der technischen Einbindung sowie die Entwicklung einer geeigneten Betriebsstrategie, die auch die Entscheidung beinhaltet, ob die Power-to-Heat-Anlage nur mit lokalem Windstrom oder auch mit Netzstrom betrieben werden soll. Diese Fragen wurden im Rahmen des Projekts einem technoökonomischen Simulationsmodell der unterschiedlichen Varianten beantwortet. Darauf aufbauend wurde das Umsetzungskonzept verfeinert und breit gefasste Ziele für ein Umsetzungsprojekt erarbeitet sowie in einen Umsetzungsplan übergeführt. Zudem stellt sich die Frage der optimalen Anlagengröße, der technischen Einbindung sowie die Entwicklung einer geeigneten Betriebsstrategie, die auch die Entscheidung beinhaltet, ob die Power-to-Heat-Anlage nur mit lokalem Windstrom oder auch mit Netzstrom betrieben werden soll. Durch das Projekt konnte ein technisches und wirtschaftliches Konzept für die Umsetzung einer Sektorkopplung Strom-Wärme mittels Einbindung von Wärmepumpen entwickelt werden. Die entwickelte Lösung befindet sich derzeit in Umsetzung beim Betreiber des Windparks und Wärmenetzes. In einem Demonstrationsprojekt wird ab März 2019 u.a. die Installation, Inbetriebnahme sowie das Betriebsmonitoring sowie die laufende Betriebsoptimierung durchgeführt. Zudem sollen weitere Konzepte für Sektorkopplungsoptionen im und um das Stadtgebiet auf technischer, ökonomischer und partizipativer Ebene erarbeitet und umgesetzt werden.

Forschungsergebnisse in die Praxis überleiten

Das vorliegende Projekt wurde als Smart-City-Einstiegsprojekt bzw. Sondierung gefördert. In diesem Sinne zielte es darauf ab, ein Umsetzungskonzept innerhalb der Programmziele zu erstellen, dass neben der technischen Machbarkeit auch die sozialen und wirtschaftlichen Aspekte umfasst. Als wesentlichste Stakeholder war dabei im Sondierungsprojekt der Betreiber des Wärmenetzes und des Windparks eingebunden. Zudem wurden die entwickelten Lösungen mit den Entscheidern der Stadtgemeinde reflektiert.

Stadt als Testbed nutzen

Da es sich beim Projekt um ein Sondierungsprojekt handelt, spielte dieser Aspekt in der Projektabwicklung selbst eine untergeordnete Rolle. Nichtsdestotrotz konnte aus den Ergebnissen des Projekts die Umsetzung einer innovativen Infrastruktur angestoßen werden, die in einem Demoprojekt beforscht und weiter ausgebaut werden kann. Diese Infrastruktur besteht im Wesentlichen aus einer Integration von Wärmepumpen in die Wärmezentrale Neusiedl mit direkter Anbindung an den lokalen Windpark.

Kommunalen Mehrwert erzeugen

Die Kopplung der Systeme Strom- und Wärme führt im erstellen Konzept, dass sich gegenwärtig in Umsetzung befindet, zu den folgenden Vorteilen für das Energiesystem: • Entlastung der Stromnetze bei hohem Winddargebot • Schaffung einer Flexibilität für den Stromsektor • Ersatz des Gaskessels in der Wärmezentrale durch Wärmepumpen und damit wesentliche CO2 Einsparung • Vorbereitung eines Energy-Hubs durch Versorgung über Direktleitung aus dem Windpark für weitere Power to X-Umsetzungen.

Summary

The city of Neusiedl am See is a very innovative community in all respects and therefore the city needs smart solutions to meet the energy requirements in combination with the challenges of the surrounding energy system. The city is located in one of the windiest regions in Austria. As a result of the expansion of renewable generation in Austria in the early 2000s, some of the installations installed there, show an operation term of more than 13 years. These systems are therefore confronted with the situation that they fall out from the subsidies for green electricity generation plants. The high penetration with renewable generation results in local surpluses of electricity, which have to be transported away via the electricity network. This leads to a growing load in the networks and can sometimes lead to the need for grid expansions. A corresponding development of an overall concept for the urban energy system in Neusiedl could help to implement a hybrid energy approach that would not only force the additional integration of renewable energies, but that also solves the problem of excess wind energy. The overall aim of the project is therefore the development of a holistic concept for the hybrid feeding of the district heating network of Neusiedl am See, that considers all technical, economic, legal and social aspects with special emphasis on the absorption of regional renewable energy. Within the scope of this project, scenarios should be developed and analysed from the district heating system, in order optimize the existing energy system with regard to its energy requirements and its energy consumption structure, as well as to implement regional renewable energy sources (e. g. wind energy or photovoltaics). The project does not only provide an adapted model of the city in the sense of holistic, cross-sectoral energy scenarios. It also provides a concept, a roadmap and action plans for a subsequent implementation.

Zuletzt aktualisiert am 11/02/2020

Projektdaten – Einstiegsprojekt im 9. Call

Projektstart: 01.03.2018
Projektende: 30.11.2018
Genehmigte Förderung: € 49.654
Genehmigte Projektgesamtkosten: € 70.394

Konsortium

Forschung Burgenland GmbH (Konsortialführer)
TBH Ingenieur GmbH
4ward Energy Research GmbH

Projektergebnisse

Ansprechpersonen

Projektleitung DI Markus Puchegger Forschung Burgenland GmbH +43 (0) 43 057705 - 5434 +43 (0) 664 1616656 E-Mail
Programm-Management Klima- und Energiefonds Mag. Heinz Buschmann, MSc +43 (0)1 585 03 90 E-Mail