Update over de status van de gemeentelijke warmteplanning in Duitsland
Bijna de helft van alle lokale overheden in Duitsland is al betrokken bij of bezig met het opstellen van een gemeentelijk warmteplan (KWP). En meer dan 500 lokale overheden hebben het KWP al voltooid(1). Er is een duidelijk verschil tussen grote steden (gemeenten met meer dan 100.000 inwoners) en middelgrote en vooral kleine gemeenten (diagram 1).
Zodra het warmteplan is afgerond en gepubliceerd of goedgekeurd door de stads- of gemeenteraad, begint het eigenlijke werk met betrekking tot de concrete implementatie van geïdentificeerde maatregelen. Dit betekent dat na het gemeentelijke warmteplan het ontwerp van het stadsverwarmingsnet en de realisatie van deze netten volgt. In verwarmingsplannen worden (prioritaire) gebieden voor warmtenetten vastgesteld. Dit kunnen grote lokale of stedelijke (sub)netwerken zijn of kleinere clusters op buurtniveau.
Feit is: er zijn veel nieuwe warmtenetten en er zullen er nog veel meer komen. Dit roept de vraag op: wie gaat deze netwerken ontwerpen? Welke specifieke uitdagingen zijn er? Zijn er geschikte ontwerptools beschikbaar?
Laten we eens kijken naar wat dit precies inhoudt. Als onderdeel van het KWP wordt meestal een eerste, meestal nog zeer ruw, netwerkconcept opgesteld, inclusief een indicatieve netwerkberekening op basis van de vastgestelde verwarmingsbehoeften en rekening houdend met de ontwikkeling van de vraag als gevolg van mogelijke renovatie van de gebouwen. De leveringsconcepten houden rekening met de regionaal economisch haalbare hernieuwbare energiebronnen, inclusief het potentieel van onvermijdelijke afvalwarmte. De hier verkregen resultaten vormen over het algemeen de basis voor latere netwerkontwerpen(3). De volgende stappen zijn Voorbereiding van een haalbaarheidsstudie, bv. gesubsidieerd door het Federaal Fonds voor Efficiënte Warmtenetten (BEW), met servicefasen 1-4 volgens HOAI
(= module 1 van BEW)(4). Dit werk wordt uitgevoerd door ingenieurs- en ontwerpbureaus, ingenieurs bij gemeentelijke nutsbedrijven en aannemers en wordt op grote schaal ondersteund door systeemfabrikanten zoals REHAU(5). Tijdens dit werk krijgt het stadsverwarmingsnetwerk steeds meer vorm, worden concrete uitdagingen en de mogelijke complexiteit duidelijk zichtbaar. De resultaten van de studie vormen dan een basis voor besluitvorming, zodat - als de resultaten positief zijn en de beslissing wordt genomen door de verantwoordelijken - de implementatie kan beginnen. Op basis van het huidige BEW-financieringssysteem betekent dit dat module 2 moet worden aangevraagd en dat het constructieontwerp (servicefase 5) moet worden gestart.
Concrete uitdagingen in het ontwerp van stadsverwarmingsnetwerken
Een (initiële) kostenraming is al vereist als onderdeel van het conceptontwikkelingsproces. Hierbij wordt geëvalueerd welke factoren een significante invloed hebben op de kosten. Toegespitst op materiaal en verwerking rijst de vraag of en in welke mate kunststof mantelbuissystemen (KMR) met stalen mediabuizen of polymeer buissystemen (PMR) met PE-Xa mediabuizen kunnen worden gebruikt, eventueel ook in combinatie. Feit is dat het gebruik van PMR steeds interessanter wordt voor veel gemeentelijke nutsbedrijven als bouwers van nieuwe netwerken, omdat deze systeemoplossingen snel en eenvoudig te plannen en te installeren zijn, met een aanzienlijk kostenbesparingspotentieel tot een derde(6). Het is ook duidelijk dat de complexiteit van projecten over de hele linie aanzienlijk toeneemt. Een voorbeeld is de overweging of integratie van verschillende systemen voor warmtevoorziening op basis van de lokale bronnen van hernieuwbare energie die zijn geïdentificeerd als onderdeel van het KWP. Daarnaast moet er rekening worden gehouden met uitbreidingsplannen en de daaropvolgende integratie van groene warmte- en elektriciteitscentrales om duurzaamheid te garanderen. En: projectontwikkeling en -ontwerp worden steeds dynamischer. Flexibiliteit is daarom vereist om gericht te kunnen reageren op frequente kortetermijnveranderingen van de randvoorwaarden in het planningsproces. Een voorbeeld hiervan is de selectie van locaties voor warmtebronnen. Als locaties tijdens het ontwerpproces worden gewijzigd, betekent dit meestal een volledige herberekening van de hydraulica van het netwerk met de bijbehorende effecten op de kosten. Een aspect dat vaak wordt onderschat: het veiligstellen van het budgettaire kader door precisie, gedetailleerdheid en transparantie in het ontwerp. Dit omvat de haalbaarheid van netwerkconstructie door de integratie van componentbibliotheken om problemen tijdens de latere implementatie te voorkomen. De flexibiliteit van PMR kan hier een belangrijke bijdrage leveren met betrekking tot het ontwerp en de bouw van nieuwe netwerken voor bestaande gebouwen. In het geval van onvoorziene ondergrondse constructiesituaties kan bijvoorbeeld snel een oplossing worden gevonden en kunnen kostenstijgingen worden voorkomen of in ieder geval tot een absoluut minimum worden beperkt.
Figuur 1 toont een voorbeeld van het ontwerp van een stadsverwarmingsnet met de vereenvoudigde weergave van een aftakkingssituatie die tegenwoordig veel voorkomt. Het detailniveau is beperkt tot de basisrouting met de aftakkingen (knooppunten) en huisaansluitingen. In termen van haalbaarheid is dit ontwerp echter nog steeds ontoereikend. Voor de gemarkeerde netwerksectie "Detail A" laat Fig. 2 zien hoe, rekening houdend met het gebruik van PMR met de juiste componenten (inclusief de overgang van twee enkele buizen naar een dubbele buis door middel van een zogenaamde Y-pijp), de kant-en-klare representatie er in principe uit kan zien. Krachtige ontwerpsoftware zou dit detailniveau in de toekomst zo dicht mogelijk moeten benaderen.
Natuurlijk ligt de focus ook op nauwkeurige netwerkhydraulica. Maximale efficiëntie is een "must-have", overdimensionering en onnodige ("verborgen") reserves moeten worden vermeden om op lange termijn een zuinig netwerkbedrijf te garanderen. Dit omvat onder andere het berekenen van de diversiteitsfactoren voor elk afzonderlijk leidingtracé en het minimaliseren van de leidinggrootte op basis van het dempingseffect van de diversiteitsfactor.
Daarnaast moet het mogelijk zijn om snel en eenvoudig toevoer- en netwerkuitbreidingsscenario's te analyseren op hun invloed op het ontwerp. Er moet bijvoorbeeld worden geanalyseerd wat er gebeurt als er een ringsluiting of vermazing van het netwerk plaatsvindt. Welke effecten heeft dit op de voorzieningszekerheid in de context van de integratie van meerdere verwarmingsdistributeurs? Even belangrijk zijn berekeningen voor een gewijzigde aansluitfrequentie met betrekking tot leidingdimensionering die op de lange termijn economisch zinvol is. De geodetische hoogten spelen ook een doorslaggevende rol bij de dimensionering van dergelijke netwerken en hebben invloed op de berekening van de maximale drukken.
Softwareoplossingen voor netwerkontwerp – Status quo en vooruitzichten
Er bestaan al een aantal softwareoplossingen voor de ontwikkeling van stadsverwarmingsnetwerken. De afgelopen jaren zijn er nieuwe tools ontwikkeld, vooral in het kader van het KWP, die snel goede resultaten opleveren, vooral in de vroege projectfase. Deze oplossingen zijn echter min of meer beperkt en vaak niet geschikt voor verwerking tot aan de constructiefase. Tegen deze achtergrond wordt momenteel een nieuwe digitale oplossing ontwikkeld door een samenwerking tussen LINEAR en REHAU, waarbij gebruik wordt gemaakt van tientallen jaren ervaring in het ontwerpen van verwarmingsnetten. Deze oplossing is gebaseerd op het gevestigde AutoCAD systeemplatform. Met de implementatie van een uitgebreide en zeer krachtige nieuwe ontwerp- en berekeningsmodule, zal het resultaat voor gebruikers DE OPLOSSING zijn voor het ontwerpen van duurzame stadsverwarmingsnetwerken. De reeks toepassingen omvat alle relevante gebieden:
- Buurtconcepten voor nieuwe en bestaande gebouwen
- Grotere stadsverwarmingsnetwerken in gemeenten en steden
- Van het eerste ontwerp tot klaar voor installatie
- Netwerkuitbreiding en -verlenging
Een selectie van functies:
- Berekening van ring- en vermaasde netwerken
- Rekening houden met meerdere energie- of verwarmingscentra incl. automatische herberekening bij verandering van een of meer locaties
- Inachtneming van de geodetische hoogten in het netwerk
- Uitgebreide bibliotheek met componenten
Verwarmingsnetwerken, zoals weergegeven in afbeelding 3, kunnen in de toekomst professioneel worden verwerkt tot aan de constructiefase. De nieuwe oplossing zal vanaf begin 2026 beschikbaar zijn en zal een aanzienlijke bijdrage leveren aan het versnellen van het ontwerp van stadsverwarmingsnetwerken in het algemeen. Als u geïnteresseerd bent, kunt u de eerste preview bekijken op de HEATEXPO van 25 tot 27 november in Dortmund op de REHAU stand 4.D52. Wij, het LINEAR en REHAU team, kijken uit naar uw deelname en bezoek. Wilt u profiteren van een exclusieve presentatie op de HEATEXPO? Maak dan gewoon een afspraak met ons:
Contact
Astrid Welss
astrid.welss@~@rehau.com
Over de auteur:
Dipl.-Ing. (FH) Olaf Kruse
Senior Product Engineer
& Project Manager Local Heating
REHAU Industries SE & Co KG, Erlangen
Contact:
REHAU Industries SE & Co KG
Ytterbium 4
91058 Erlangen
Telefoon: +49 9131 92-5346
E-mail: Olaf.Kruse@rehau.com
gebaeudetechnik.rehau.de
Olaf Kruse werkt sinds 1995 in de energievoorzieningsindustrie, aanvankelijk op het gebied van advies en ontwerp, gespecialiseerd in geothermische systemen. In 2004 maakte hij de overstap naar de industrie en trad hij in dienst bij polymeer-specialist REHAU, waar hij verantwoordelijk was voor de productontwikkeling van thermische zonne-energiesystemen en drinkwaterverwarmingssystemen. Sinds 2013 draagt hij zijn uitgebreide ervaring als productingenieur en projectmanager bij aan stadsverwarmingsprojecten in heel Duitsland.