In Crailsheim ist auf der Konversionsfl äche einer ehemaligen Kaserne der US Army ein solar unterstütztes Nahwärmesystem für ein Neubau- und Bestandsgebiet entstanden. Mit 7.300 m² Kollektorfl äche ist diese die derzeit größte thermische Solaranlage Deutschlands. Davon befi nden sich gut 5.000 m² Kollektorfl äche auf einem Lärmschutzwall, weitere Flachkollektoren sind auf Wohnbauten und dem Schulgebäude installiert. Das solar unterstütztes Nahwärmesystem verfügt über zwei Heißwasser- Pufferspeicher (100 m³ und 480 m³) sowie einen Erdsonden-Wärmespeicher mit einem Volumen von 37.500 m³. Die Anlage ist auf einen solaren Deckungsanteil von 50 % des jährlichen Gesamtwärmebedarfs ausgelegt und entlastet dadurch die Umwelt jedes Jahr um ca. 500 t Kohlendioxid. SOLARE NAH- UND FERNWÄRME www.solare-fernwaerme.de Fallbeispiel Crailsheim Hirtenwiesen Typ: Solares Wärmenetz mit Langzeitwärmespeicher und hohen solaren Deckungsanteilen für Wohngebiete und Quartiere System Anlagentyp Solares Wärmenetz mit Langzeitwärmespeicher und hohen solaren Deckungsanteilen für Wohngebiete und Quartiere Projektname Crailsheim Hirtenwiesen Betreiber Stadtwerke Crailsheim Inbetriebnahme 2005 Wärmenetzeinspeisung 4,7 GWh/a Solaranlage Einbindung Zentral Installation Dachintegriert und Infrastrukturfl äche Kollektortyp Flachkollektor Kollektorfl äche/Leistung 7.300 m² / 5,1 MWth Wärmespeicher Typ Erdsondenwärmespeicher Volumen 37.500 m³ Größte Solarthermieanlage Deutschlands Anlagendaten im Überblick Auf einem ehemaligen Militärgelände der US Army ist in Crailsheim das Wohngebiet „Hirtenwiesen II“ entstanden. Neben einem Gymnasium und einer Sporthalle wurden dort auch Einfamilien- und Reihenhäuser gebaut. Zudem wurden bestehende Kasernengebäude saniert und zu Mehrfamilienhäusern umgebaut. Sämtliche Gebäude werden über ein Nahwärmenetz mit Wärme zur Heizung und Trinkwarmwasserbereitung versorgt. Die Umsetzung dieser solar unterstützten Nahwärmeversorgung mit saisonaler Wärmespeicherung wurde insbesondere durch die Förderprogramme Solarthermie2000 und Solarthermie2000plus des Bundesumweltministeriums ermöglicht. Des Weiteren wurden Fördermittel durch das Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg und die Stadt Crailsheim zur Verfügung gestellt. Insbesondere die Stadtwerke Crailsheim haben die Umsetzung des Projekts vorangetrieben, so dass bereits 2003 und 2004 die ersten Kollektorfl ächen auf Hausdächern installiert werden konnten. Zudem wurden die Kollektorfl ächen auf dem Lärmschutzwall und der Langzeitwärmespeicher in ein umfassendes Landschafts- und Ökokonzept eingebunden, um dem Anspruch eines familienfreundlichen, modernen und ressourcenschonenden Wohngebiet gerecht zu werden. Hintergrund Die solarthermische Anlage in Crailsheim Hirtenwiesen besteht aus 2 Teilen. Den ersten Teil bilden die in die Dachfl ächen der Gebäude integrieten Kollektoren mit einer Fläche von ca. 2.300 m². Diese sind über einen 100 m³ großen edelstahlausgekleideten Pufferspeicher mit der Heizzentrale verbunden. Den zweiten Teil bildet die gut 5.000 m² große Solaranlage auf dem Lärmschutzwall. Diese ist über eine zweite Heizzentrale mit einem 480 m³ großen edelstahlausgekleidetem Pufferspeicher und dem saisonalen Erdsondenwärmespeicher verbunden. Die beiden Anlagenteile sind durch eine ca. 300 m lange Leitung miteinander verbunden. Die Beladung des Erdsondenwärmespeichers erfolgt über die Kollektorfl ächen auf dem Lärmschutzwall. Diese heizen den Pufferspeicher auf, welcher dann über einen längeren Zeitraum die Wärme an den Erdsondenwärmespeicher abgeben kann. Der insbesondere im Sommer vorhandene Überschuss an solarer Wärme wird im Erdsondenwärmespeicher für die Nutzung im Herbst und Winter zwischengespeichert. Dadurch wird ein solarer Deckungsanteil von ca. 50 % am jährlichen Gesamtwärmebedarf erreicht. Zur effektiven Nutzung des Saisonalspeichers wird dieser in Verbindung mit einer Wärmepumpe betrieben. Über einen Wärmetauscher ist das Nahwärmenetz an die Fernwäme der Stadtwerke Crailsheim angeschlossen, so dass bei Bedarf weitere Wärme bezogen werden kann. Anlagenkonzept QUARTIER Baugebiet Solare Nahwärme Hirtenwiesen in Crailsheim NETZGRÖßE ZENTRAL FREILAND INFRASTRUKTUR PUFFERSPEICHER SAISONAL 50 % SOLAR 50 % FERNWÄRME 4,7 GWh/a In Crailsheim werden Mehrfamilienhäuser mit 260 Wohneinheiten, eine Schule und eine Sporthalle über ein Wärmenetz mit Trink- und Heizwarmwasser versorgt. Das Wärmenetz wird mit einer Vorlauftemperatur von 65°C und einer Rücklauftemperatur von ca. 40°C betrieben. Die Wärme wird zu 50 % von den in die Dachfl ächen der Mehrfamilienhäuser und des Schulgebäudes integrierten Flachkollektoren sowie den auf dem Lärmschutzwall montierten Flachkollektoren erzeugt. Der restliche Wärmebedarf wird über das Fernwärmenetz der Stadtwerke Crailsheim gedeckt. In das solare Nahwärmesystem ist neben den zwei 100 m³ und 480 m³ großen edelstahlausgekleideten Pufferspeichern auch ein Erdsondenwärmespeicher integriert. Dieser saisonale Wärmespeicher speichert insbesondere im Sommer solare Überschusswärme für die Nutzung im Herbst und Winter. Der Speicher besteht aus 80 Doppel-U-Rohrsonden mit einer Bohrtiefe von 55 m und bietet ein Speichervolumen von 37.500 m³, was der Speicherkapazität von rund 10.000 m³ Wasser entspricht. Die Entladung des Saisonalspeichers erfolgt mit Hilfe einer elektromotorisch angetriebenen CO2-Kompressionswärmepumpe mit einer Leistung von 530 kWth. Dank der Arbeitszahl von 4,8 und einer großen Spreizungstoleranz bezüglich der Quellentemperatur ermöglicht dies eine Entladung des Speichers auf tiefere Temperaturen bei gleichbleibenden 60 °C Vorlauftemperatur. Technische Komponenten Wirtschaftliche Daten Erfahrungen und Besonderheiten Solarkollektoren auf dem Lärmschutzwall Das komplette Projekt in Crailsheim wurde im Rahmen der Förderprogramme Solarthermie2000 und 2000plus realisiert. Die Gesamtinvestitionen belaufen sich auf rund 7 Millionen Euro, davon stammen ca. 50 % aus Fördermitteln. Diese Fördermittel wurden durch das Bundesumweltministerium, das Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg und der Stadt Crailsheim zur Verfügung gestellt. Aus dem erfolgreichen Betrieb des solar unterstützten Nahwärmesystems in Crailsheim können folgende Erkenntnisse gewonnen werden. Zum einen konnte eine hochwertige Integration von Kollektorfl ächen in Gebäudedächer demonstriert werden. Zum anderen wurde für die Integration der Kollektorfelder auf dem Lärmschutzwall ein detailliertes Ökokonzept erstellt, welche insbesondere die Belange des Naturschutzes berücksichtigt. Des Weiteren konnte durch die schrittweise Erweiterung der Kollektorfl ächen, die Beladung des Erdsondenwärmespeichers und der Inbetriebnahme der Wärmepumpe im Jahr 2012 eine stetige Steigerung des solaren Deckungsanteils am Gesamtwärmebedarf erreicht werden. Insbesondere der Einbau der Wärmepumpe konnte die Gesamteffi zienz des Systems nochmals erhöhen, so dass bei gleichbleibender Kollektorfl äche der angestrebte solare Deckungsanteil von 50 % erreicht wurde. Durch die damit verbundene Möglichkeit den Wärmespeicher auf ein tieferes Temperaturniveau zu entladen sind zudem die Speicherverluste gesunken. Durch eine konsequente Qualitätssicherung bei den Heizsystemen in den Gebäuden konnten bisher Rücklauftemperaturen von ca. 40 °C erreicht werden. Der seither rein solar beladene Erdsondenwärmespeicher könnte zukünftig auch als multifunktionaler Langzeitwärmespeicher zur zusätzlichen Speicherung von Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen dienen. Auch die Bauweise des Langzeitwärmespeichers mit einer kreisförmigen Anordnung der Erdwärmesonden hat sich bewährt. So ist beispielsweise Potenzial zur Erweiterung des Wärmespeichers vorhanden, indem die Möglichkeit besteht die Anzahl der Erdsonden auf 160 zu erhöhen. Durch eine konzentrische Anordnung der neuen Bohrungen um den jetzigen Speicher, würde das Wärmezentrum im Mittelpunkt der jetzigen Ausbaustufe erhalten bleiben. www.solare-fernwaerme.de www.solare-fernwaerme.de Weitere Informationen Adresse: Bürgermeister-Demuth-Allee 2, 74564 Crailsheim Projektbeteiligte: Stadtwerke Crailsheim GmbH Friedrich-Bergius-Straße 10-14, 74564 Crailsheim www.stw-crailsheim.de Solites – Steinbeis Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme Meitnerstr. 8, 70563 Stuttgart www.solites.de Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) Universität Stuttgart Pfaffenwaldring 6, 70569 Stuttgart www.itw.uni-stuttgart.de Kontakt: Sebastian Kurz, Stadtwerke Crailsheim GmbH Tel. 07951 305-374 Email sebastian.kurz@stw-crailsheim.de Weitere Informationen: www.saisonalspeicher.de Schneider: Sonnenenergie in der Erde speichern, BINE Projektinfo 01/2013 Mangold et al.: Forschungsbericht zum BMU-Vorhaben „Technisch-wirtschaftliche Analyse und Weiterentwicklung der solaren Langzeit-Wärmespeicherung“ (Dez. 2007 bis Feb. 2011), Solites, 2012 Bildnachweise Seite 1: Mehrfamilienhäuser Crailsheim, Quelle: Solites Seite 2: Piktogramme, Quelle: Solites Baugebiet Crailsheim Hirtenwiesen, Quelle: Solites Seite 3: Kollektorfeld; Quelle: STW Crailsheim

Bioenergiedorf-Konzepte wie im süddeutschen Ort Büsingen zielen auf die grundlegende Umstellung der Wärmeversorgung einer ganzen Ortschaft auf regenerative Energien ab. Das Projekt in Büsingen wurde durch den regionalen Energieversorger Solarcomplex AG umgesetzt und umfasst ein neu verlegtes Wärmenetz samt Heizwerk mit Erzeugungsanlagen. Durch das Wärmenetz werden über 100 Gebäude mit Wärme aus regenerativen Energiequellen versorgt. Da es in Büsingen keine Biogasanlage zur Abwärmenutzung gibt und auch Biomasse beschränkt verfügbar ist, wurde deutschlandweit erstmals eine solarthermische Großanlage als Wärmeerzeuger für ein Bioenergiedorf realisiert. Die Solaranlage deckt dabei den kompletten sommerlichen Wärmebedarf und ergänzt so ein Biomasseheizwerk auf ideale Weise. Dieses vorbildliche Konzept ist zukunftsweisend und auf neu entstehende Bioenergiedörfer übertragbar. SOLARE NAH- UND FERNWÄRME www.solare-fernwaerme.de Fallbeispiel Bioenergiedorf Büsingen Typ: Solares Wärmenetz für Dörfer und kleinere Städte System Anlagentyp Solares Wärmenetz für Dörfer und kleinere Städte Projektname Bioenergiedorf Büsingen Betreiber Solarcomplex AG Inbetriebnahme 2013 Wärmeabgabe Netz 3,5 GWh/a Solaranlage Einbindung Zentral Installation Freilandaufständerung Kollektortyp Vakuumröhrenkollektor Kollektorfl äche/Leistung 1.090 m² / 0,8 MWth Wärmespeicher Typ Pufferspeicher Volumen 100 m³ Solarthermie im Sommer, Biomasse im Winter Anlagendaten im Überblick Die Solarcomplex AG ist ein regionaler Energieversorger in Süddeutschland, der sich zum Ziel gesetzt hat die komplette Energieversorgung der Bodensee-Region bis 2030 auf erneuerbare Energien umzustellen. Im Zuge dessen werden ganze Dörfer in Baden Württemberg in sogenannte „Bioenergiedörfer“ umgewandelt. Hierzu wird in der Regel ein Nahwärmenetz verlegt. In allen Projekten werden die Einwohner bereits im frühen Stadium in die Projektplanung eingebunden, um eine hohe Beteiligung und Anzahl von Hausanschlüssen zu garantieren. Büsingen ist das siebte von Solarcomplex umgesetzte Bioenergiedorf mit der Besonderheit, dass es sich um eine deutsche Exklave handelt, in der das Zoll- und Wirtschaftsrecht der Schweiz gilt und nicht das Erneuerbare- Energien-Gesetz (EEG). Dadurch ist, wie bisher in vielen anderen Bioenergiedörfern umgesetzt, der stromgeführte Betrieb eines Biogas-BHKWs mit Abwärmenutzung nicht wirtschaftlich. Aus diesem Grund wurde in Büsingen ein Wärmenetz realisiert, das die Haushalte mit Wärme aus Biomasse und Solarthermie versorgt. Dabei ist die 1.090 m² große Solaranlage so ausgelegt, dass sie den Wärmebedarf im Sommer komplett deckt, wodurch ein unwirtschaftlicher Teillastbetrieb der Biomasse-Heizkessel vermieden wird. Ein solches Wärmenetz, bestehend aus einer Solarthemieanlage und Biomasse-Heizkesseln, wurde erstmals in einem deutschen Bioenergiedorf umgesetzt und gilt daher als „Best Practice“-Beispiel für weitere solche Konzepte. Hintergrund In Büsingen werden über 100 Abnehmer mit Wärme versorgt. Der Wärmebedarf liegt bei knapp 3,5 GWh/a. Das Wärmenetz ist für eine Vorlauftemperatur zwischen 80 und 75 °C und eine Rücklauftemperatur von ca. 50 °C ausgelegt. Die Wärme wird hauptsächlich aus Biomasse erzeugt. Des Weiteren liefert die Solarthermie einen Anteil von 13 % am jährlichen Wärmebedarf. Bereitgestellt wird die Solarenergie von einer 1.090 m² großen Kollektorfl äche, die größtenteils in Freilandaufstellung und zu einem Teil auf der Fassade der Heizzentrale realisiert ist. Dachmontiert sorgt eine eigene PV-Anlage für die Bereitstellung des Betriebsstroms. Anlagenkonzept ENERGIEKOMMUNE 6 km , 3,5 GWh/a Nahwärmeleitungen mit Netzpumpen in der Heizzentrale in Büsingen Einbau des Pufferspeichers per Kran NETZGRÖßE ZENTRAL FREILAND PUFFERSPEICHER 13 % SOLAR 87 % BIOMASSE Die Solarthermieanlage setzt sich aus zwei 500 m² großen Freilandkollektorfl ächen und einer 90 m² großen Kollektorfl äche auf der Fassade der Heizzentrale zusammen. Die Aufständerung der Vakuumröhrenkollektoren erfolgte auf einer einfachen, kostengünstigen Unterkonstruktion. Bei den gerammten Stahlprofi len kann dabei komplett auf ein Fundament und eine Versiegelung verzichtet werden. Die Wärmebereitstellung für das ungefähr 6 km lange Wärmenetz mit über 100 Hausanschlüssen, darunter auch größere Verbraucher wie eine Schule, ein Hotel und öffentliche Gebäude läuft zu 87 % über die Hackschnitzelheizkessel mit 900 und 450 kW Wärmeleistung und zu 13 % über die Solarthermieanlage. Mit einem Wärmeertrag von über 500 MWh pro Jahr sparen die Solarkollektoren ca. 800 Schüttraummeter Holzhackschnitzel jährlich ein. Die Projektkosten für die Heizzentrale mit Hackschnitzelheizung und Kollektorfeld sowie das Nahwärmenetz inkl. der Wärmeübergabestationen liegen bei rund 3,5 Mio. Euro. Die Finanzierung läuft zu drei Vierteln über ein KfW-Darlehen und zu rund einem Viertel über das Aktienkapital von Solarcomplex. Zusätzlich bezuschusste das Land Baden-Württemberg das Projekt aufgrund seines innovativen Charakters mit rund 100.000 €. Die Gemeinde Büsingen profi tiert zudem von einer Kaufkraftbindung vor Ort, da die Energiekosten nun in einer regionalen Kreislaufwirtschaft fl ießen. So belief sich der bisherige jährliche Heizölbedarf sich auf ca. 400.000 l, dies entspricht einem Energiekostenabfl uss von ca. 350.000 € pro Jahr bei heutigen Preisen. Bei einer Laufzeit von 20 Jahren bedeutet das eine Bindung der Kaufkraft von 20 - 30 Millionen Euro. Die Anlage in Büsingen demonstriert den sinnvollen Einsatz von solarthermischen Anlagen in Kombination mit einem Biomassekessel bei Nahwärmeerschließungen in Energiedörfern. Da die sommerliche Wärmelast zu 100 % durch die Solarthermieanlage gedeckt wird, ergeben sich Synergieeffekte bezüglich des Betriebs der Heizkessel. Zum einen werden unwirtschaftliche Teillastbetriebszustände der Heizkessel vermieden und darüber hinaus aufgrund der Stillstandzeiten im Sommer, Zeiträume für Wartungsarbeiten geschaffen. Oft sind die Initiatoren eines solchen Bioenergiedorfs engagierte Bürger in Zusammenarbeit mit der Kommune, die den Wunsch nach einer nichtprofi torientierten, langfristig preisstabilen, erneuerbaren Energieversorgung hegen. Technische Komponenten Wirtschaftliche Daten Erfahrungen und Besonderheiten www.solare-fernwaerme.de Freilandaufgeständerte Vakuumröhrenkollektoren www.solare-fernwaerme.de Weitere Informationen Adresse: Herblingerstraße 21, 78266 Büsingen am Hochrhein Projektbeteiligte: solarcomplex AG Ekkehardstr. 10, 78224 Singen www.solarcomplex.de Ritter XL Solar GmbH Ettlinger Straße 30, 76307 Karlsbad www.ritter-xl-solar.com Solites – Steinbeis Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme Meitnerstr. 8, 70563 Stuttgart www.solites.de Kontakt: Bene Müller, solarcomplex AG Tel. 07731 8274-0 Email mueller@solarcomplex.de Weitere Informationen: www.bioenergiedorf-buesingen.de www.ritter-xl-solar.com www.solarcomplex.de Müller: Büsingen – das erste Bioenergiedorf mit großer Solarthermie, Präsentation 27.10.2014 in Erfurt, solarcomplex AG Bildnachweise Seite 1: Heizzentrale Büsingen, Quelle: Solites Seite 2: Piktogramme, Quelle: Solites Nahwärmeleitungen, Quelle: solarcomplex AG Einbau Pufferspeicher, Quelle: solarcomplex AG Seite 3: Kollektorfeld; Quelle: Solites