Gemeinsam mit den Stadtwerken Stuttgart entwickelt die Hochschule ein digitales Planungswerkzeug für die nachhaltige Wärmeversorgung städtischer Quartiere
In deutschen Kanalisationen fließt kontinuierlich warmes Abwasser. Ein Teil dieser bislang wenig genutzten Energie könnte künftig zur klimafreundlichen Wärmeversorgung städtischer Quartiere beitragen.
Das Institute for Sustainable Energy Systems (INSYS) der Technischen Hochschule Würzburg-Schweinfurt und die Stadtwerke Stuttgart untersuchen im Forschungsprojekt „AQuA-Model“, wie sich die bestehende Kanalisation noch besser als Wärmekollektor nutzen lässt. Zusätzliche Eingriffe in den Untergrund sollen dafür nicht erforderlich sein.
Wärme aus dem Abwasser gewinnen
Abwasserwärme wird bereits in einigen Städten für die Wärmeversorgung genutzt. Wärmetauscher entziehen dem vorbeifließenden Abwasser thermische Energie, die anschließend mithilfe von Wärmepumpen auf ein nutzbares Temperaturniveau gebracht werden kann.
Der neue Ansatz des Forschungsprojekts besteht darin, das Abwasser bis unter die Temperatur des umgebenden Erdreichs abzukühlen. Dadurch kann weiter stromabwärts Wärme aus dem Erdreich in das Kanalnetz einströmen. Die Kanalisation übernimmt damit zusätzlich die Funktion eines Wärmekollektors.
Mindesttemperatur für die Kläranlage
Eine zentrale Frage des Projekts ist, wie viel Wärme dem Abwasser entzogen werden kann, ohne die für den Betrieb der Kläranlage erforderliche Mindesttemperatur zu unterschreiten.
Dafür entwickeln die Forscher ein physikalisches Modell, das die Wärmeübertragung zwischen dem Abwasser, dem Kanalbauwerk und dem umgebenden Erdreich beschreibt. Neben den thermischen Austauschprozessen mit dem Untergrund wird auch berücksichtigt, dass entlang des Kanalnetzes weitere Abwassermengen hinzukommen.
Digitaler Zwilling des Kanalnetzes
Für die Anwendung des Modells werden Geometrie- und Netzdaten automatisiert aus bestehenden Abwasserkatastern eingelesen. Diese Informationen werden anschließend um hydraulische und betriebliche Rahmenbedingungen ergänzt.
Auf dieser Grundlage entsteht ein digitaler Zwilling des Kanalnetzes. Mit ihm kann simuliert werden, wie sich das Abwasser nach einer Wärmeentnahme entlang des Netzes thermisch regeneriert. Gleichzeitig soll sich berechnen lassen, welche Mengen an Abwasserwärme an verschiedenen Stellen wirtschaftlich genutzt werden könnten.
„Die Wärme für die Wärmewende liegt bereits unter unseren Füßen! Wir müssen sie nur nutzbar machen“, erklärt Prof. Dr. Matthias Schicktanz vom INSYS.
Mit AQuA-Model werde untersucht, wie die Kanalisation als Wärmekollektor eingesetzt werden könne. Kommunen und Wärmenetzbetreiber sollen dadurch in die Lage versetzt werden, Abwasserwärme wirtschaftlicher zu nutzen.
Software mit GIS-Schnittstelle geplant
Zur Überprüfung des entwickelten Modells werden Messdaten aus einem realen Kanalnetz herangezogen. Anschließend soll das Modell in ein Softwarewerkzeug mit einer Schnittstelle zu Geoinformationssystemen, kurz GIS, integriert werden.
Kommunen und Netzbetreiber könnten damit geeignete Bereiche für die Nutzung von Abwasserwärme identifizieren. Die vorhandenen Potenziale ließen sich so bereits in einer frühen Phase bei der Planung neuer Quartiere oder Wärmenetze berücksichtigen.
Forschung für nachhaltige Energiesysteme
Das Institute for Sustainable Energy Systems der THWS verbindet wissenschaftliche Forschung mit praktischen Anwendungen. Im Mittelpunkt stehen nachhaltige Energiesysteme und innovative Lösungen für die kommunale Energie- und Wärmeversorgung.
Mit dem Projekt AQuA-Model wollen das INSYS und die Stadtwerke Stuttgart dazu beitragen, eine bislang wenig genutzte Wärmequelle systematisch zu erschließen und vorhandene kommunale Infrastruktur für die Wärmewende nutzbar zu machen.
