Transformation und Digitalisierung von Wärmenetzen

Um die Klimaziele 2045 zu erreichen, müssen die Emissionen zur Bereitstellung von Wärme deutlich gesenkt werden. Hierbei bieten Wärmenetze in urbanen Gebieten eine kosteneffiziente und emissionsarme Lösung. Für Städte, Kommunen und Landkreise gibt es hierbei jedoch einige Herausforderungen, bei denen wir Sie mit unseren Werkzeugen und unserem Expertenwissen im Bereich der Fernwärme gerne unterstützen. Unsere Arbeitsschwerpunkte sind:

• Ausbau-, Neu- und Transformationsplanung 
• Digitalisierung
• Großwärmepumpen und Quellerschließung
• Moderne Betriebsführungsstrategien

Sie profitieren dabei darüber hinaus von einem breiten Netzwerk durch unsere Aktivitäten im Fraunhofer-CINES-Verbund zum Themenschwerpunkt Wärme (Cluster of Excellence Integrierte Energiesysteme).

Ausbau-, Neu- und Transformationsplanung

Eine klimaneutrale Wärmebereitsstellung erfordert menschliche Ressourcen, Daten sowie Expertise und Softwaretools. Im Forschungs- und Entwicklungsprozess müssen dabei Machbarkeitsstudien durchgeführt, neue Gebiete erschlossen und Bestandsnetze transformiert werden. 

Hierfür entwerfen wir am Fraunhofer ISE mithilfe unserer Expertise und unseren Werkzeugen maßgeschneiderte Transformationsstrategien und -lösungen. Die gewonnenen Strategien werden hinsichtlich technischer Machbarkeit, CO₂-Minderung und energiewirtschaftlicher Umsetzbarkeit systematisiert und bewertet.
 

Digitalisierung

Durch die Digitalisierung und den Einsatz datenbasierter Software kann die Effizienz Ihrer Arbeitszeit und Ihres Fernwärmenetzes erheblich gesteigert werden. Um Sie bei der Erschließung ihrer Daten sowie der Digitalisierung zu unterstützen, begleiten wir Sie in dem Prozess mit unserer Expertise und entwickeln gemeinsam mit Ihnen speziell auf die jeweilige Anwendung zugeschnittene Digitalisierungsstrategien. Zudem identifizieren wir für Ihre Nutzung relevante Potenziale und neue Anwendungen.
 

Großwärmepumpen und Quellerschließung

Ein weiterer wesentlicher Baustein für eine emissionsarme Wärmeversorgung sind Großwärmepumpen, die Umwelt- und Abwärme nutzbar machen. 

In diesem Themengebiet verfolgen wir das Ziel, mit unserer Forschung, Großwärmepumpen in die übergeordnete Transformation der Wärme- und Strominfrastruktur einzubinden, sodass diese einen wesentlichen Beitrag zur Sektorenkopplung leisten können.

Um das zu erreichen, werden von uns an unterschiedlichen Standorten in Deutschland Großwärmepumpen mit unterschiedlichen Einbindungskonzepten und Wärmequellen in die Fernwärmenetze untersucht.

Für die Erschließung von Umweltwärme aus Oberflächengewässern wie Flüssen oder Seen mittels Großwärmepumpen fehlen in Deutschland bislang konsistent entwickelte umweltregulatorische Rahmenbedingungen. Daher analysieren wir Gewässersysteme sowie deren erschließbare Potenziale und strukturieren diese hinsichtlich ihrer thermo-ökologischen Eigenschaften. Darüber hinaus unterstützen wir Sie bei der Entwicklung von innovativen Wärmeübertragungskonzepten für Gewässer. 
 

Moderne Betriebsführungsstrategien

Da Wärme in Zukunft zunehmend dezentral erzeugt wird und immer mehr industrielle Betriebe Wärme in Netze einspeisen werden, erhöht sich die Komplexität und Anzahl der Einspeiser in ein Wärmenetz. Um Ihr Wärmenetz unter diesen Umständen möglichst effizient betreiben zu können, benötigen Sie moderne Betriebsführungsstrategien, die Ihr aktuelles Netz sowie das zukünftige Netz abbilden und die Wärmebereitstellung optimieren können. 

Hierfür entwickeln wir digitale Zwillinge mit denen Sie ihr Netz monitoren und in Echtzeit simulieren können. Für die Optimierung der Betriebsführung setzen wir auf leistungsfähige Regelstrategien wie Model Predictive Control (MPC) im Zusamenspiel mit weiteren Methoden sowie Lastprognosen, die den Verbrauch vorhersagen. Durch die vorausschauende »Fahrweise« können hydraulisch komplexe Netze mit mehreren Erzeugerstandorten sowie Verbünden von einzelnen Erzeugern an einem Standort effizient betrieben werden.