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Fachartikel
16. Januar 2020

Fernwärme

Umbau der Basler Wärmeversorgung

Der Kanton Basel-Stadt hat ehrgeizige Ziele zur Dekarbonisierung. So ist der Verzicht auf fossile Energieträger zur Raumheizung seit 2017 Gesetz. Der damit ausgelöste Umbau der Wärmeversorgung wird zur Verdichtung und zum Ausbau des vorhandenen Fernwärmenetzes und zur teilweisen Stilllegung des Gasnetzes führen. Wenn dieser Umbau koordiniert mit dem Ausbau von Energieverbünden geplant wird, resultiert ein höherer ökonomischer und ökologischer Nutzen.
Erik Rummer 

Der Fernwärme wird bei der Umsetzung der Energiestrategie eine immer wichtigere Rolle zugedacht. Das Bundesamt für Energie (BFE) geht in Analysen, die im Rahmen des Programms «Thermische Netze» erstellt wurden, davon aus, dass bis 2050 knapp 40% des schweizweiten Raumwärme- und Brauchwarmwasserbedarfs über thermische Netze gedeckt werden könnten. Die Stadtwerke vieler Schweizer Städte wie Zürich, St. Gallen und Bern bauen ihre Fernwärmenetze mit substanzieller öffentlicher Unterstützung bereits aus.

DEKARBONISIERUNG DER WÄRMEVERSORGUNG in Basel

Auch der Kanton Basel-Stadt hat ehrgeizige Ziele zum Schutz des Klimas. Eine wichtige Massnahme, um diese Ziele zu erreichen, ist der Verzicht auf fossil betriebene Heizungen. Für den Umstieg von Öl und Gas auf erneuerbare Wärme braucht es eine verlässliche Planung sowie transparente Angaben dazu, wo welche klimaneutralen Energiequellen verfügbar sind.
Die durch diesen Paradigmenwechsel ausgelösten Umstellungen sind im Kanton Basel-Stadt bereits intensiv im Gang. Im neuen Energiesetz, das am 1. Oktober 2017 in Kraft trat, ist beispielsweise festgehalten, dass beim Ersatz des Wärmeerzeugers auf erneuerbare Energien umgestellt werden muss, soweit es technisch möglich ist und zu keinen Mehrkosten führt. Seither wird in Basel-Stadt die Installation beziehungsweise der Ersatz von Gasheizungen nur noch in Ausnahmefällen bewilligt. Indem der Regierungsrat ergänzend zum Gesetz die Förderbeiträge für Energiesparmassnahmen und Anlagen, die erneuerbare Energie produzieren, erhöhte, ist nun der Anschluss an ein Wärmenetz oder die Installation einer Wärmepumpe aus Kundensicht finanziell attraktiver als eine fossile Lösung. Bisherige Erfahrungen lassen eine entsprechend hohe Anschluss­quote von ca. 90% in mit Wärmenetzen erschlossenen Gebieten erwarten.
Vor diesem Hintergrund wird die Reduzierung bzw. Stilllegung der Gasversorgungsinfrastruktur zur wichtigen Aufgabe. Als Ersatz müssen alternative Formen der Wärmeversorgung ausgebaut werden.

ANSPRUCHSVOLLE AUSGANGSLAGE

Das kantonseigene Energieversorgungsunternehmen IWB versorgt seit Jahrzehnten Basel-Stadt sowie 29 Nordwestschweizer Gemeinden in den Kantonen Basel-Landschaft, Aargau und Solothurn zuverlässig mit Wärmeenergie. Im Rahmen der städtischen Klimapolitik und der energiegesetzlichen Ausgangslage setzt IWB auf erneuerbare Energien und arbeitet schon seit bald zwei Jahren intensiv an der Wärmetransformation.
Die Wärmetransformation ist komplex, zeit- und kostenintensiv. Zudem birgt sie etliche Unsicherheiten und Herausforderungen, denen nur mit sorgfältiger Planung, stetem Kundenfokus und einem etappierten Vorgehen beizukommen ist. Zu beachten ist auch, dass sich die Gesetzgebung und damit der Transformationsprozess innerhalb des Versorgungsgebietes von IWB unterscheiden: Gasheizungen in den Kantonen Basel-Landschaft, Aargau und Solothurn unterstehen nach wie vor keiner Bewilligungspflicht.
Wie anspruchsvoll der Umbau der Wärmeversorgung im gesamten Netzgebiet ist, und welche Dimensionen dieses Vorhaben hat, machen folgende zwei Zahlen deutlich: Heute betreibt IWB ein Fernwärmenetz von rund 230 Kilometern sowie ein Gasnetz von insgesamt über 1000 Kilometern Länge.
Zudem betreibt IWB verschiedene dezentrale Verbünde,so genannte Nahwärmeverbünde, sowie total 1030 individuelle Heizungsanlagen in Wohn- und Gewerbegebäuden. Viele dieser Lösungen verwenden heute Erdgas als Primärenergie. Bereits 2016 hat IWB im Rahmen ihrer Nachhaltigkeitsziele beschlossen, diese Wärmelösungen sukzessive zu ökologisieren.

Ausbau der Fernwärme

Die von IWB angestrebte Lösung für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung in Basel-Stadt steht in Abhängigkeit des kantonalen Energierichtplans, der im Sommer 2019 in der öffentlichen Vernehmlassung war. Aufgrund der daraus gewonnenen Erkenntnisse sieht IWB ein Gesamtkonzept für einen grossen Teil des Kantons vor. Dabei verfolgt IWB das Ziel, ihren Kunden ein ökologisch und wirtschaftlich nachhaltiges Angebot bereitzustellen, das auf einem möglichst grossen Anteil an Primärenergie aus erneuerbaren Quellen basiert. Für eine weitgehend CO2-neutrale Wärmeversorgung in Basel-Stadt werden die Fernwärme und lokale Wärmeverbünde mit erneuerbaren Quellen zum Zug kommen. Hier rücken die technischen Entwicklungen bei der leitungsgebundenen Wärmeversorgung in den Vordergrund: Die klassische, zentrale Fernwärmeversorgung wächst immer mehr mit kleiner skalierten und dezentralen (Nahwärme-)Verbundnetzlösungen in einem ökologisch und ökonomisch optimalen Gesamtsystem zusammen.
Im Versorgungsgebiet ausserhalb des Kantons Basel-Stadt wird IWB bei zurückgehender Nachfrage nach Erdgas den Gemeinden Wärmeverbünde anbieten.

Stilllegung von Teilen des Gasnetzes

Heute verlaufen die Gas- und Fernwärmenetze – historisch bedingt – teilweise noch parallel. IWB wird die leitungsgebundene Wärmeversorgung zunächst entflechten und die Fernwärme und Wärmeverbünde auf Basis erneuerbarer Energiequellen in den nächsten 10 bis 20 Jahren ausbauen. Als Folge des geplanten Umbaus wird IWB ihre Gasleitungen teilweise stilllegen müssen.
Im Rahmen ihres Versorgungsauftrags muss IWB betriebswirtschaftlich arbeiten, was bei allen Investitionen entsprechende Wirtschaftlichkeits- und Risikobetrachtungen bedingt. In den künftig mit ökologisch erzeugter Wärme versorgten Gebieten sieht IWB vor, die Gasleitungen nach Information und Absprache mit den Kunden sukzessive stilllegen zu können. In Gebieten, die nicht für Fernwärme oder Wärmeverbünde geeignet sind, setzt eine Stilllegung von Gasleitungen jeweils die Verfügbarkeit individueller Wärmelösungen voraus. Dies können beispielsweise Wärmepumpen oder Pelletheizungen sein. In der Umstellungsphase kann es jedoch notwendig sein, mangels anderer Wärmelösungen die Gasleitungen möglicherweise über die technische Lebensdauer hinaus zu betreiben und sie unter Umständen sogar zu erneuern.
Kernelement der Dekarbonisierung der baselstädtischen Wärmeversorgung ist eine Verdichtung und deutliche Erweiterung des bisherigen Fernwärmegebietes hin zu einem Versorgungsgebiet mit Fernwärme und soweit sinnvoll, mit physisch verbundenen Energieverbünden. Die Ausgangslage dafür ist sehr gut: Die Fernwärme von IWB gilt heute zu rund 70% als CO2-neutral. Sie stammt mehrheitlich aus der Abwärme der Kehrichtverwertungsanlage Basel und zwei Holzkraftwerken. Zur Abdeckung der Winterspitzen wird derzeit noch Erdgas eingesetzt.
Die Vorteile einer integralen Betrachtung sind die effizientere Wärmeversorgung mit ökologischer Wärme sowie die optimale Planung des Ausbaus – möglichst im Zusammenhang mit der teilweisen Stilllegung der Gasinfrastruktur. Die Umsetzung soll möglichst frühzeitig erfolgen, damit unrentable Ersatzinvestitionen in das Gasnetz reduziert werden können.

VORTEILE DES GESAMTKONZEPTS

Beim Ausbau der leitungsgebundenen Wärmeversorgung ist ein koordiniertes Gesamtvorgehen vorteilhaft. Zum einen steigert dies die effiziente Wärmebereitstellung. Für den zunehmenden Bedarf an erneuerbaren Energien braucht es eine Produktion aus unterschiedlichen Wärmequellen. Neben den vorhandenen wie der Kehrichtverwertungsanlage, den beiden Holzkraftwerken und WKK-Anlagen will IWB künftig dezentrale Quellen wie Abwärme, Rheinwasser, Grundwasser, die ARA oder Erd- und Umgebungswärme nutzen. Die verschiedenen Erzeuger können die Gesamteffizienz des Systems deutlich optimieren, wenn sie sinnvoll hydraulisch in Serie geschaltet werden. Von einer Gesamtsystembetrachtung ist somit ein ökologisch und ökonomisch besseres Ergebnis zu erwarten.
Zum andern lässt sich so die zeitliche Planung optimieren: Der Umbau der Wärmeversorgung wird in jedem Fall eine hohe Bautätigkeit verursachen. Mit einer Gesamtplanung soll der Ausbau möglichst effizient umgesetzt werden. Neue Wärmelösungen können gleichzeitig mit der Stilllegung von Gasleitungen sowie dem Ersatz von Kundenanlagen optimal bereitgestellt und Baustellen im Rahmen des Möglichen minimiert werden.
Beim Ausbau der Produktionskapazitäten ist ebenfalls eine Gesamtsicht von Fernwärme- und Energieverbundnetzen anzustreben, um ein möglichst wirtschaftliches und ökologisches Vorgehen zu gewährleisten. Beim Ausbau der Wärmenetze gilt es in der Folge, die bisherigen Produktionsanlagen langfristig möglichst gut auszulasten. Zudem sollen neue, zentrale und/oder dezentrale Produktionskapazitäten im Hinblick auf den Gesamtbedarf konzipiert werden, um eine optimale Auslastung sowie einen abgestimmten Einsatz sicherzustellen. Schlussendlich sind auch moderne, smarte Konzepte wie Speisung von Teilnetzen auf niedrigem Temperaturniveau aus dem Rücklauf des Fernwärmenetzes oder Nachfrageflexibilität zu evaluieren.

Ökologischer und ökonomischer Nutzen

Die übergeordnete Gesamtbetrachtung kann zusätzlichen ökologischen und ökonomischen Nutzen schaffen: So können die Nutzung niederwertigerer Wärmequellen und die grossen Produktionsanlagen optimal aufeinander abgestimmt und ausgelastet werden. Dadurch kann die Wärmeproduktion deutlich effizienter sein als bei einem isolierten bzw. dezentralen Vorgehen.

Die bestehenden sowie neue zentrale Produktionsanlagen können mittel- bis langfristig auch zur Versorgung neuer Fernwärme- und Verbundgebiete beitragen. Beispielsweise kann bei Koppelung der Netze im Sommer Überschusswärme aus der KVA auch in den peripheren Energieverbundgebieten genutzt werden.
Bei neuen CO2-neutralen Kapazitäten ist die aus ökologischer und wirtschaftlicher Sicht optimale Lösung anzustreben. Dabei sind jeweils die Produktionskapazitäten gemeinsam mit der Netztopologie und Netzhydraulik zu betrachten und hybride Lösungen – gemeint ist die Integration von dezentralen Quellen in Niedertemperaturnetze, die an der Fernwärme angehängt sind – aufgrund des Gesamtbedarfs zu entwickeln.

BEISPIELE

Drei Beispiele zeigen, wo die angestrebte Gesamtbetrachtung des Systems bereits eine Rolle spielt:

Netzoptimierung durch Wärmespeicher

Aktuell baut IWB einen Speicher für Fernwärme, der kurzfristige Verbrauchsspitzen decken soll. Diese werden heute von den gasbetriebenen Heizwerken abgedeckt. Da nach Inbetriebnahme des Speichers weniger Erdgas für die Fernwärmeproduktion eingesetzt werden muss, wird die Fernwärme ökologischer.
Der Wärmespeicher bestheht aus neun Stahlbehältern. Die einzelnen Speicher haben ein Volumen von 148 Kubikmetern – drei Behälter sind etwas kleiner und haben ein Volumen von 124 Kubikmetern. Die Stahlbehälter sind in zwei Gruppen geteilt. Je nach Produktion der Heizwerke und Verbrauch der Haushalte und des Gewerbes füllen sich die Speicherbehälter mit heissem Vorlaufwasser oder kaltem Rücklaufwasser.

Ausbau der erneuerbaren Produktion 

Mit dem Bau eines zweiten Holzkraftwerks machte IWB einen weiteren Schritt in Richtung CO2-neutrale Fernwärme. Der erneuerbare Rohstoff Holz stammt bevorzugt aus der Region und gibt bei seiner Verbrennung nur so viel Kohlendioxid ab, wie er beim Wachstum der Atmosphäre entnommen hat. IWB leistet so einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung der Strom- und Wärmeproduktion. Das neue Werk produziert jährlich etwa 80 Gigawattstunden ökologische Wärme sowie 27 Gigawattstunden klimafreundlichen Strom. Der erneuerbare Anteil der Fernwärmeproduktion steigt signifikant, der CO2-Ausstoss kann dadurch in Basel um rund 19 000 Tonnen jährlich gesenkt werden.

Die Kombination macht's: zentrale und dezentrale Anlagen sowie verschiedene Energieträger 

Auf dem «Westfeld» in Basel will die Baugenossenschaft wohnen&mehr zusammen mit IWB eine dezentrale und hocheffiziente Energieversorgung realisieren. Neben Strom und Wärme gehören auch umweltfreundliche Mobilitätslösungen sowie Telekom-Dienstleistungen zum umfassenden Konzept. IWB plant, eine integrierte Energieversorgung des Areals aufzubauen und zu betreiben. Im neuen Quartier sollen über 500 Genossenschaftswohnungen entstehen und gleichzeitig Arbeits-, Freizeit- und Einkaufsmöglichkeiten realisiert werden. Die Wärme-, Kälte- und Stromversorgung des Quartiers soll den höchsten ökologischen, ökonomischen und technischen Ansprüchen genügen. Die Wärmeversorgung soll möglichst dezentral erfolgen. Vorgesehen ist eine Wärmepumpe, ergänzt mit einem Anschluss an das Fernwärmenetz zur Abdeckung von Spitzenlasten.
Die von IWB vorgeschlagene Lösung für Infrastruktur und Versorgung kombiniert die derzeit modernsten Ansätze einer besonders umweltfreundlichen und effizienten Strom- und Wärmeversorgung mit Ladelösungen, Car-Sharing und E-Bikes für die Bewohner des Westfelds. Ebenfalls von IWB soll die Telekominfrastruktur des Areals stammen. Alle Gebäude auf dem Gelände sollen mit erneuerbarem Strom versorgt werden, der möglichst vor Ort erzeugt und verbraucht wird. Die Kombination mit einer Wärmepumpe oder mit Ladeinfrastruktur für Elektroautos schafft Synergien und kann den Eigenverbrauch auf dem Areal maximieren.

 

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