Projektbeschreibung
Das vom Land, den Gemeinden und der Genossenschaft verfolgte Ziel einer „klimapositiven“ Wärmeenergieversorgung kann über den Aufbau eines Nahwärmenetzes zur Nutzung und Verteilung von regenerativ erzeugter Wärme unterstützt werden.
Die Lage der Konversionsfläche, der ehemaligen Marinefunksendestelle, zentral zwischen den Gemeinden Hürup, Maasbüll und Husby, legt deren Nutzung als zentrale Versorgungsfläche für diese drei Ortschaften nahe.
Die Konversionsfläche bietet ausreichend Raum um aus unterschiedlichen regional verfügbaren Energiequellen das Ziel einer klimapositiven Wärmeenergieversorgung zu unterstützen. Die Führungstechnologie ist immer die großflächig aufgebaute Solar-Kollektoranlage, welche Sonnenwärme emissionsfrei zur Verfügung stellt. Um das Energieangebot bestmöglich nutzen zu können, wird eine Kombination aus Kurz- und Langzeitspeichern zum Einsatz kommen, wobei die saisonale Speicherung in einem oberflächennahen Erdwärmespeicher in einer vorhandenen Lehmschicht realisiert werden soll. Praxisbeispiele für die technische Machbarkeit gibt es reichlich bei unseren nördlichen Nachbarn in Dänemark. Hier sind bereits über 100 Großflächensolarthermieanlagen zur Versorgung von Wohn- und Gewerbegebieten, aber auch ganzen Gemeinden und Städten in Betrieb.Die Entnahme der gespeicherten Wärme erfolgt über Hochtemperatur-Wärmepumpen, deren Antriebsenergie aus einer Photovoltaikanlage, einem Blockheizkraftwerk (BHKW) oder aus Regelenergie des öffentlichen Netzes stammen wird. Die Erzeugung dieser elektrischen Energie ist somit CO2-frei oder mindestens CO2-arm. Für darüber hinaus erforderliche Wärmeenergiemengen und zur Sicherstellung der Versorgung sind BHKW`s und die mit regionalen Hackschnitzeln befeuerten Biomassekessel verfügbar.
Durch diese Kombination wird die auf der Konversionsfläche vorhandene Infrastruktur mit dem Anlagenbunker und der Mittelspannungsanschluss bestmöglich weitergenutzt. Es werden somit volkswirtschaftliche Kosten vermieden und Ressourcen geschont.
In dem Vorhaben wird ein sinnvolles Zusammenspiel zwischen Energieerzeugung und Landwirtschaft angestrebt. Die Landwirtschaft liefert nicht nur Brennstoffe für Biogas oder Hackschnitzel, sie dient gleichzeitig als Kohlenstoffsenke für die Gesamtemissionsbetrachtung. Es ist von zwei externen Investoren geplant, ein Erdenwerk und eine neuartige Pyrolyse am Standort zu etablieren.
Das Zusammenspiel aus regionaler, emissionsfreier Wärmeversorgung mit der Verbesserung der Böden (Erdenwerk/Humus) und einer Senkung des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre macht die Entwicklung der beteiligten Gemeinden zukunftsfähig.
Übertragbarkeit des Projektes auf viele Gemeinden im ländlichen Raum
Die Wärmeversorgung der Gemeinde Hürup ist als Leuchtturmprojekt mit relativ einfacher Übertragbarkeit auf andere Gemeinden im ländlichen Raum gedacht. Durch die Nutzung regional verfügbarer Energieträger unabhängig von einer Anbindung an Großindustrie- oder Biogas-Anlagen ist lediglich die Verfügbarkeit einer ausreichend dimensionierten Fläche im Einzugsbereich der betrachteten Gemeinde nötig. Die Energieverteilung mittels effizienter Rohrnetze stellt keine große technische Neuerung dar, ist aber auf der wirtschaftlichen Seite immer eine Herausforderung. Die Konkurrenz einer neu zu erstellenden Infrastruktur gegenüber vielen bereits vorhandenen Einzelheizungsanlagen ist das größte Problem. Gerade am Anfang der Entwicklung wird der Nachweis der wirtschaftlichen Tragfähigkeit schon vom ersten Tag an verlangt. Die Infrastruktur ist aber für die Versorgung aller vorhandenen Gebäude vorzuhalten, um zukunftsfähig zu sein. D.h., dass anfangs Investitionen nötig sind, welche sich erst im Laufe des Betriebs auszahlen. Im Gebäudebestand sind immer Heizanlagen unterschiedlichster Baujahre vorhanden und der Ersatz relativ neuer Anlagen wird von deren Besitzern zumeist abgelehnt. Dennoch muss eine Leitung bereits gebaut werden, um die über die Zeit eintretenden Heizungsausfälle kurzfristig an ein Netz anschließen zu können, andernfalls besteht für die Hausbesitzer die Notwendigkeit einer Ersatzinvestition, deren Laufzeit zumeist weitere 15-20 Jahre umfasst. Dieses „Henne-Ei-Problem“ wird durch eine schrittweise, modulare Versorgung und gezielte Ansprache der Anwohner gemildert.
Unterstützung durch die Gemeindevertretungen
Die drei Gemeinden stehen miteinander im intensiven Kontakt, um eine gemeinsame Nahwärmeversorgung zu entwickeln. Diese soll auf der Nutzung der solaren Strahlungsenergie zur Wärmegewinnung basieren. Es ist nachgewiesen, dass ein erheblicher Anteil (~57%) des gesamten Heiz- und Warmwasserbedarfs der Einwohner mittels dieser Technologie gewonnen werden kann und somit wesentlich zum Ziel der Klimaneutralität der drei Gemeinden beitragen wird.
In 2018 hat die Gemeinde Husby die Konversionsfläche erworben und einen Großteil der Fläche mit dem Jahreswechsel 2018/19 zur Pacht an die Nahwärmegenossenschaft Boben Op e.G. übergeben. Die Verträge sehen eine spätere Übernahme der Fläche durch die Genossenschaft vor.
Zur weiteren Vorplanung und Datenerhebung wurden Ende 2018 in allen drei Gemeindevertretungen Quartierskonzepte angestoßen, um die weiteren Grundlagen für ein gemeinsames Nahwärmenetz zu schaffen. Mit der Fertigstellung der Quartierskonzepte im Spätsommer 2020 wurde eine dezidierte Bewertung für die Notwendigkeit der Erneuerung der Kleinfeuerungsanlagen im Betrachtungsgebiet erarbeitet und dokumentiert. [siehe Ouartierskonzepte ] Dies ist ein wesentlicher Schritt auch für unsere Genossenschaft, um den Ausbau des Nahwärmenetzes zu forcieren.
Gemeinde- und Bürgerbeteiligung
Die Gemeinde Hürup ist sich ihrer Verantwortung für das Klima bewusst. Sie hat sich an der Erstellung des Klimaschutzkonzepts für die Region Flensburg beteiligt und arbeitet an der Erstellung des Masterplans 100% Klimaschutz mit. Sie ist Gewinnerin der Energie-Olympiade 2015 und ausgezeichnete „Energie-Kommune“.
Viele Bürger sind engagiert in Projekten und Vereinen und wollen die Entwicklung ihrer Umgebung mit gestalten. Zu diesem Zwecke wurde der „Boben Op – Klima- und Energiewende-Verein“ gegründet.
Ein wesentliches Ziel ist die Reduktion der klimaschädlichen Emissionen in den Bereichen, auf die Einfluss genommen werden kann. Energieeffizienz im Gebäudebereich ist ein ständiges Thema der Gemeinde. Es wurden Gebäudehüllen gedämmt und mehrere Biomethan-BHKW installiert.
Für die zusätzlich nötige Wärmeversorgung wird derzeit das hier beschriebene Nahwärmenetz entwickelt, welches von der Boben Op Nahwärme e.G. eigenverantwortlich gebaut und betrieben wird. Das Ziel bei dieser Unternehmung ist eine emissionsfreie, regionale Wärmeversorgung, deren Kosten langfristig sinken sollen. Möglich wird dies durch die weitestgehende Nutzung brennstoffreier Energieträger, die somit auch keine Abhängigkeiten von Märkten und internationalen politischen Geschehen haben.
Demographische Entwicklung
Die drei Gemeinden Hürup, Husby und Maasbüll liegen geographisch unweit der Stadt Flensburg entfernt, im so genannten „Speckgürtel“. Im Stadtgebiet der Stadt Flensburg sind kaum noch Grundstücke für den Wohnungsbau verfügbar. Dennoch wird in erheblichem Mass durch Verwertung von Altliegenschaften Wohnraum geschaffen. Die Nachfrage kann jedoch hierdurch nicht ausreichend bedient werden.
In den Gemeinden Hürup, Husby und Maasbüll ist eine vergleichbare Situation zu verzeichnen. Alle drei Gemeinden haben aktuell neue Neubaugebiete ausgewiesen und setzten diese konsequent um. Es ist festzustellen, dass in diesen Gemeinden Altimmobilien unverzüglich nach deren freiwerden einen neuen Eigentümer finden, und meist von Familien jüngerer Generation renoviert und langfristig bewohnt werden.
Technologisches Gesamtkonzept
Wenn über die Nutzung solarer Wärme nachgedacht wird, ist immer ein ausreichend großes Wärmenetz erforderlich, um die anfallende Wärme effizient verteilen zu können. Gerade im Hinblick auf die Effizienz, sowohl seitens der energetischen Erträge, als auch bei den Kosten der Wärmeversorgung, ist ein Zusammenschluss der Gemeinden mittels einer zentralen Erzeugung sinnvoll. Alle technischen Einrichtungen von der Solarthermie bis zu den Spitzenlast- und Reservekesseln müssen nicht dreimal sondern nur einmal errichtet und finanziert werden. Zudem verringert sich der Flächenverbrauch.. Flächen stehen im Nahbereich der Gemeinden nicht ohne weiteres zur Verfügung und würden bei drei Einzelprojekten nur im landwirtschaftlichen Außenbereich möglich sein, mit den entsprechenden Eingriffen in die aktive Landwirtschaft und in den vor baulichen Maßnahmen geschützten Außenbereich. Gerade im Hinblick auf diesen Aspekt sind die Flächen der ehemaligen Bundeswehrliegenschaft prädestiniert für die angestrebte Nutzung. Diese Flächen werden durch ihre vorherige Nutzung nicht wieder der Landwirtschaft zugeführt werden, da die hohen Rückbau- und Räumungskosten nicht durch landwirtschaftliche Flächenerträge gedeckt werden können.
Der gemeinsame Wärmeleistungsbedarf der drei Gemeinden erlaubt den Einsatz großer technisch und wirtschaftlich effizienter Technologien, die in kleinerem Maßstab oft nicht einsetzbar sind. Hier bieten sich im Bereich der erneuerbaren Energien vor allem auch die häufig genannte und gewünschte Sektorenkopplung an. Es ist im zentralen Heizwerk verhältnismäßig einfach, stromnetzstabilisierende Technologien einzusetzen, sowohl für die Nutzung im Falle einer übergroßen Erzeugung, als auch zur Stromerzeugung im Falle geringen Sonnenangebotes.
Die Solarthermiekollektoren sind technisch ausgereift und stehen ohne Entwicklungsrisiko zur Verfügung. Die Lebensdauer beträgt üblicherweise mehrere Jahrzehnte, in denen Wärme geliefert wird und Brennstoffe nur ergänzend eingesetzt werden müssen. Dieser Aspekt ist für die Erreichung von Klimazielen besonders wichtig. Auf der Kostenseite ist die Solarthermie langfristig unschlagbar, da fast ausschließlich Investitionskosten und kaum laufende Kosten anfallen. Nach Amortisation der Anfangsinvestition und Bildung von Rücklagen kann die Wärme zu sehr niedrigen und v.a. stabilen Tarifen an die Nutzer abgegeben werden. Fast jede andere Technologie erfordert den einen oder anderen Brennstoff, welcher gefördert, erzeugt, aufbereitet und vor allem transportiert werden muss, und um den eine Nutzungskonkurrenz aufgrund von Knappheit besteht.
Die Leitungen, welche heute zur Nahwärmeverteilung verbaut werden, haben sehr effiziente Dämmsysteme. Sie sind kostspielig in der Investition, haben aber auch sehr geringe Verluste.
Rechnerisch liegt der Energieverlust aus einer Doppelrohrleitung zur Durchleitung von ca. 10.000 kW Wärme bei ca. 15 kW pro km. Im Falle des Konzeptes der Boben Op e.G. zur Versorgung der Gemeinden Hürup, Husby und Maasbüll von der zentralen Fläche aus sind Dorfzuleitungen von insgesamt ca. 5 km zu bauen. Diese verursachen Energieverluste von insgesamt ca. 75 kW, was über die Gesamtstundenzahl eines Jahres einer Energiemenge von 657 MWh entspricht, oder umgerechnet etwa dem Heizwärmebedarf von 25 Haushalten. Versorgt werden könnten durch diese Leitungen alle ca. 1.500 Haushalte der drei Gemeinden. Die einzelnen dorfinternen Nahwärmenetze verursachen weitere Verluste, die aber unabhängig davon anfallen, ob die Wärmeerzeugung direkt neben dem Dorf liegt oder zentral auf der Konversionsfläche. Sie sind daher nicht Gegenstand dieser Betrachtung.
In Husby und Hürup sind bereits Nahwärmenetze in Betrieb und werden kontinuierlich weiterentwickelt. Die Planungen der Leitungssysteme sind auf die zukünftige Wärmeversorgung von der zentralen Fläche ausgerichtet. Um der Henne-Ei-Problematik zu entgehen, dass man keine große Wärmeerzeugung bauen kann ohne ein Wärmenetz zu haben und kein großes Wärmenetz bauen kann ohne eine große Wärmeerzeugung, wird bereits seit einigen Jahren von der Boben Op Nahwärmegenossenschaft die Entwicklung der Nahwärmenetze in tragfähigen, autarken Teilschritten vorangetrieben.
Um eine sinnvolle Dimensionierung sowohl der Netze als auch der Übersichtsplanung der zukünftigen Wärmeversorgung zu erreichen, wurde der Gesamtwärmebedarf aller Haushalte vorab geschätzt, und im Zuge der bereits erstellten Quartierskonzepte verifiziert. Zusätzlich wurde in 2020 im Auftrag der Boben Op Genossenschaft eine vollumfängliche Planung des erforderlichen Nahwärmenetzes incl. Hydraulischer Berechnung für Hürup, Weseby und Maasbüll erarbeitet, welche Grundlage für den geplanten Ausbau des Nahwärmenetzes ist.
Aus dem Mittelwert von 25 MWh und ca. 1.500 Haushalten ergibt sich ein Bedarf von ca. 37.500 MWh pro Jahr. Dieser wird aktuell zum größten Teil durch fossile Energien, vor allem Heizöl, gedeckt. Ziel des Projektes ist die vollständige Substitution dieser Energieträger durch solare Wärme und nachhaltige erneuerbare Brennstoffe.
Der Genossenschaft stehen auf der Konversionsfläche ca. 10 ha Grundfläche zur Verfügung. Daten der Wetterstation Schleswig geben Globalstrahlungswerte von 1.063 kWh/m²*a wieder, also grob 1 MWh pro m², und somit 100.000 MWh für die verfügbare Fläche. Technisch nutzbar ist davon ca. ein Drittel, was immerhin 33.000 MWh entsprechen würde. Die verfügbaren Flächen und der gegebene Bedarf passen in der ersten Betrachtung ideal zusammen. Wichtig für den dann tatsächlich genutzten Anteil sind die Rahmenbedingungen, vor allem der Fortschritt des Wärmenetzausbaus und der Anzahl der angeschlossenen Haushalte und Gebäude.
Das Projekt „solare Nahwärme“ wird, abgesehen von der günstig gelegenen Konversionsfläche, ortsunabhängig entwickelt, d.h. es gibt keine spezifischen Standortbedingungen wie einen großen Fluss, Abwärme liefernde Industrie oder große Biogasanlagen. Es wird, und das ist so gewollt, kopierbar und für die meisten ländlichen Kommunen in Deutschland als Vorbild nutzbar sein.
Gute Rahmenbedingungen für die Umsetzung des Projekts sind im Amt Hürup durch das Engagement in der Klimaschutzregion Flensburg gegeben. Alle Gemeinden des Amtes haben sich in dieser Klimaschutzkooperation von insgesamt 34 Umlandgemeinden dem Ziel der Klimaneutralität verschrieben. Um dieses Ziel auch im Bereich der Wärmeversorgung zu erreichen, kann das Nahwärmeprojekt einen wichtigen Beitrag leisten. Unterstützung erfährt das Projekt auch durch Bürgergruppen wie den Boben Op Klima- und Energiewende e.V..
Technologien und Anlagen Solarthermieanlage
Herzstück einer jeden modernen Nahwärmeversorgung sollte eine groß dimensionierte Solarthermieanlage sein. Die Anlagentechnik ist ausgereift und steht zu günstigen spezifischen Kosten zur Verfügung. In Dänemark gibt es mittlerweile flächendeckend Beispiele für einen soliden Versorgungsbeitrag der Sonne zum Wärmebedarf der angeschlossenen Orte. Entscheidend für die Nutzung ist die einfache Technik und der brennstofffreie Betrieb.
Die Solarkollektoren haben lange Lebensdauern und ermöglichen nach der Installation die langfristige Bereitstellung günstiger Wärme unter Einsatz kleiner Strommengen zum Pumpenbetrieb. Lediglich die Finanzierungs- und geringe Wartungskosten sind anzusetzen. Entsprechend den Sonnenverläufen über den Tag und die Jahreszeiten liefert eine Kollektoranlage Wärme, die entweder direkt ins Wärmenetz eingespeist oder mittels Wärmespeichern für die spätere Nutzung vorgehalten werden kann.
Kurzzeitspeicher
Zum kurzzeitigen Ausgleich von Wärmeüberproduktion oder auch von Wärmebedarfsspitzen finden große Wasserbehälter Anwendung. Großes Volumen und spezifisch kleine Oberflächen erlauben eine effiziente Speicherung von Wärme mit geringen Bau und Unterhaltskosten. In diesem Bereich können je nach Jahreszeit Bedarfsglättungen von einigen Stunden bis hin zu einigen Tagen stattfinden.
Langzeitspeicher
Im klassischen Fernwärmeeinsatz mit Wärmebereitstellung aus fossilen Kraftwerken ist eine Langzeit- oder saisonale Speicherung nicht sinnvoll. Diese ist erst mit dem Einsatz solarthermischer Wärme interessant geworden, da das Energieangebot und der Energiebedarf naturgemäß um ein halbes Jahr verschoben sind. Solare Wärme steht zu sehr günstigen Konditionen zur Verfügung, interessant ist deshalb die Aufbewahrung der günstigen Wärme für die Zeit, in der Wärme benötigt wird. Da die Wirtschaftlichkeit der Speicher von der Zahl der Lade- und Entladezyklen abhängt, muss ein saisonaler Speicher trotz des sehr großen energetischen Speichervermögens spezifisch sehr geringe Kosten aufweisen.
Eine Bauform, die dies ermöglicht, ist der oberflächennahe Erdwärmespeicher. Analog zu einer Wärmepumpe mit Tiefensonden werden in eine nicht-wasserführende Erdschicht Wärmesonden eingebracht, die im Sommer als Ladesonden und im Winter als Entladesonden betrieben werden. Die Wärmeaufbereitung für die Entnahme erfolgt dabei über Hochtemperaturwärmepumpen.
Auf der Geländeoberfläche wird als Isolator eine Schicht aus hohlraumreichen Materialien, z.B. Muschelbruch, aufgebracht. Mit dieser Bauform ist z.B. ein Speicher mit 100m Durchmesser und 25m Tiefe in der Lage, ca. 3.000 MWh Wärme zu speichern.
Quelle: Quartierskonzept 2020 Hürup-Nord, monatlicher Wärmebedarf vs Wärmebereitstellung
Hochtemperaturwärmepumpe, PV-Anlage, Regelenergie
Um aus einem saisonalen Erdwärmespeicher die Wärme entnehmen zu können, bedarf es einer Wärmepumpe, die das Energieniveau des Speichers auf das Niveau des Wärmenetzes anhebt. Anlagen dieser Art sind technisch ausgereift und verfügbar. Sie benötigen für den Betrieb Strom, und zwar im Verhältnis von Wärme zu Strom ca. 3 – 5 zu 1. Dieser Strom wird im Projekt entweder aus einer mit dem Solarthermiefeld verbundenen Photovoltaikanlage, aus dem Biomethan-BHKW oder als Regelenergie aus dem öffentlichen Stromnetz entnommen. Diese Flexibilität ist eine wichtige Grundlage der Anlagenoptimierung im betriebs- wie im volkswirtschaftlichen Sinne, da z.B. verfügbare erneuerbare Erzeugungskapazitäten weniger oft abgeschaltet werden müssten. Die Stromnetze würden entlastet.
Ansonsten wird analog zur Wärme der jeweils sinnvollste Strom eingesetzt, der in dem Moment gerade zur Verfügung steht, also auch hier bei Tag der PV-Strom.
Hozhackschnitzel-Biomassekesselanlage
Um den Spitzenwärmebedarf insbesondere im Winterhalbjahr abzudecken, wird mittels einer Holzhackschnitzel-Biomassekesselanlage die erforderliche Wärmeenergie gewonnen und bereitgestellt. Diese Anlage hat den Vorteil, dass sie nicht nur naturnahe Holzhackschnitzel verarbeiten kann, sondern so ausgelegt ist, dass auch Industriealtholz verarbeitet werden kann. Dadurch ist die Rohstoffbeschaffung sehr kostengünstig zu realisieren.Quelle: NOLTING Vorschubrost-Feuerungsanlage
Nutzung der vorhandenen Bunker und Infrastruktur
Die Konversionsfläche „ehemalige Marinefunksendestelle“ ist nur geringfügig oberflächlich bebaut. Sichtbar sind nur zwei Schutzbauten, ein Wachgebäude für das ehemalige Standortpersonal und diverse Masten, die während der militärischen Nutzung die Antennen getragen haben, einige Fahrwege und der das Gelände umfassende Zaun.
Aus Sicht der Gemeinde Hürup sowie der Nachbargemeinden ist eine gemeinsame Nutzung der Fläche zur Daseinsvorsorge und der regionalen Energieversorgung wünschenswert. Das Amt Hürup hat vielfältige Aufgaben im Bereich der Straßen- und Gebäudeinstandhaltung, Grünpflege und dergleichen. Derzeit erfolgen diese Tätigkeiten des Amtsbauhofes auf engstem Raum im Bereich des Amtsgebäudes Hürup. Um hier eine bessere Situation zu schaffen und den erforderlichen Tätigkeiten gut und sinnvoll nachgehen zu können, wird für das Amt ein neuer Bauhof benötigt. Dieser wird derzeit als Teil der Konversionsfläche im nördlichen Grundstücksbereich eingerichtet.