Prosumer
Prosumer ist eine Wortschöpfung aus “Konsument“ (engl. consumer) und “Produzent“ (engl. producer). Der Begriff Prosumer bezeichnet eine Person, die zeitweise entweder als Konsument oder als Produzent agiert.
Der "Wärme-Prosumer": Für ein Wärmenetz bedeutet dies, dass ein Anschlussnehmer entweder Wärme bezieht oder aber Wärme produziert und über das Wärmenetz an andere abgibt – ein "Wärme-Prosumer" also.
In konventionellen Wärmenetzen versorgt eine zentrale Anlage alle Abnehmer. In Prosumer-Netzen gibt es mehrere Wärmequellen. Manche Abnehmer erzeugen (zeitweise) Wärme auch selbst. Der Vorteil: Prosumer steigern damit die Flexibilität und die Effizienz des Gesamtsystems.
Wärme-Prosuming ermöglicht vielfältige Formen von Wärmebereitstellung – insbesondere auf der Basis von erneuerbaren Energien. Wärmenetze können so auf verschiedene Wärmequellen zurückgreifen, indem sie unterschiedliche Erzeugungsanlagen und Erzeugungstechnologien integrieren. Stellen Sie sich vor, ihr Nachbar versorgt sie mit überschüssiger Wärme von seinem Dach oder Sie heizen mit Abwärme vom Gewerbebetrieb um die Ecke. Auch Sie selbst können Prosumer werden und ihre Nachbarn mit ihrer Anlage mitversorgen.
Alternative Wärmequellen schaffen Unabhängigkeit
Weiterer Vorteil des Prosumings: Man ist weniger von einzelnen Wärmequellen abhängig, denn – im Erzeugungsverbund gibt es andere Optionen. Setzt man nur auf eine Erzeugungsoption (Großkraftwerk), dann kann man nur diese Quelle bzw. muss diese nutzen. Zukünftige Entwicklungen und Trends sind über mehrere Jahrzehnte im Voraus schwer vorherzusagen, etwa die Preisentwicklung von Biomasse, Gas oder Strom, Emissionen. Beschränkt man sich auf eine Erzeugungsoption, stellt sich erst in der Zukunft heraus, ob die Entscheidung richtig war. Für ein Unternehmen, das in eine Wärmenetzinfrastruktur investiert, bedeutet dies: Mehrere Erzeugungsoptionen erhöhen die Investitionssicherheit.
Integration bestehender Erzeugungsanlagen
Das Prosuming erlaubt es, bestehende Erzeugungsanlagen in das Netz zu integrieren. Oftmals haben Eigentümer erst vor kurzem eine neue Heizungsanlage einbauen lassen. Konventionelle Fernwärmeunternehmen verlangen, diese Neuanlagen zu entfernen. Davon ist der Eigentümer nicht begeistert. Oft liegt darin auch eine Verschwendung von Ressourcen. In Prosumer-Netzen können dezentrale Erzeuger dagegen die Leistungsfähigkeit des Wärmeverbunds erhöhen und zugleich dem Eigentümer nicht nur Einnahmen sichern, sondern auch den „Abschied“ von einer neu installierten Anlage ersparen.
In ein typisches Wärmenetz speisen gegenwärtig nur wenige (oft sogar nur ein einziger) Wärmeerzeuger ein. Der ortsansässige Fernwärmeanbieter (Wärme-Netzbetreiber) kontrolliert somit als alleiniger Wärme-Anbieter den angeschlossenen Wärmemarkt.
In großen Fernwärmenetzen nutzen diese Unternehmen noch überwiegend fossile Energieträger. Kraftwerke erzeugen dann nicht nur Strom, sondern nutzen die Abwärme für das Wärmenetz ein (Kraft-Wärme-Kopplung). Dabei dient heißes Wasser als Wärmeträger. Aus der Fernwärmezentrale transportieren dann leistungsstarke Pumpen das Wasser zu den Kunden. Am Kraftwerk speist man dazu immer so viel heißes Wasser in das Netz ein, wie die Abnehmer benötigen. Das abgekühlte Wasser fließt dann über das Wärmenetz in die Fernwärmezentrale zurück.
Die Abwärme aus dem Kraftwerk bringt es wieder auf die vorgesehene Temperatur, bevor es erneut zu den Verbrauchern fließt.
Abwärme – ungenutzte Kapazität
Eine zentrale Fernwärmeerzeugung muss mit der Wärmeeinspeisung stets in der Lage sein, die maximale Wärmenachfrage zu bedienen. Diese maximale Kapazität ist aber nur für wenige Wochen, manchmal auch nur für wenige Tage erforderlich. Die meiste Zeit des Jahres bleibt ein erheblicher Teil der möglichen Abwärme-Leistung ungenutzt, was sowohl wirtschaftlich als auch aus Gründen des Klimaschutzes unbefriedigend ist.
Bei Wärmenetzen sind die Kunden nicht direkt in das Netz eingebunden. Notwendig ist vielmehr eine Übergabestation. Ein Wärmetauscher (im folgenden Schaubild #1) verknüpft das Wärmenetz mit dem Heizungssystem der angeschlossenen Häuser. Dies ist vorteilhaft, um Druck und Temperatur in beiden Systemen getrennt zu steuern. Denn Wärmenetze weisen oft eine deutlich höhere Temperatur und stärkeren Druck auf als Hausnetze. In der Übergabeeinheit befinden sich ferner Messeinrichtungen (#2), die aufzeichnen, wie viel Wärme vom Netz auf das Haus übergeht.
Für Prosumer ist zudem relevant, in welche Richtung wie viel Wärme in umgekehrte Richtung (in das Wärmenetz) geflossen ist.
Moderne Übergabestationen verfügen zur Regelung der Wärmeabnahme über eine digitale Steuerung, die mit der Leitwarte des Fernwärmeunternehmens verbunden ist (#5).
Der Betrieb eines Wärmenetzes erfordert ein stetiges Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch. Sämtliche Energie, die aus dem Wärmenetz entnommen wird, muss man dem Wärmenetz zuvor an anderer Stelle zuführen. Das gilt genauso andersherum: Jede Wärmeinspeisung benötig ein Gegenüber, der die Energie aus dem Netz wieder entnimmt.
Damit ist klar, dass dezentrale Erzeugungsanlagen nicht nach Belieben in ein Wärmenetz einspeisen können, sondern stets bedarfsabhängig agieren müssen.
Ein- und Ausspeisung ins Gleichgewicht bringen
Die Erzeugungsanlagen und auch die Wärmeverbraucher in einem Prosumer-Netz sind also so zu koordinieren, dass sich Ausspeisung und Einspeisung in das Wärmenetz die Waage halten.
Will man Prosumer in Wärmenetze einbinden, muss das Netz für eine solche dezentrale Wärmeaufnahme konzipiert sein. Die bestehenden Fernwärmenetze sind nicht dafür ausgelegt, von Endabnehmern auch Wärme aufzunehmen.
Subnetze als Lösung
Als Lösung bieten sich sogenannte Subnetze an. Dabei handelt es sich um abgegrenzte Teile eines Wärmenetzes. Hier kann dann Prosuming stattfinden, ohne die Funktion des bestehenden Fernwärmenetzes zu beeinträchtigen.
Prosumer speisen mit speziellen Übergabestationen in die Wärmenetze ein. Anders als bei der reinen Wärmeentnahme, muss eine Prosumer-Übergabestation Wärme in beide Richtungen übertragen können. Man benötigt also eine Übergabestation für beide Richtungen (bi-direktional). Dabei sind Temperaturen und Strömungs-Richtungen in den Leitungen aufeinander abzustimmen.
Wie es bisher funktioniert:
Bei der konventionellen Einspeisung in zentrale Wärmenetze speist der Erzeuger (Heißwasser) in den Leiter ein (Netz-Vorlauf), aus dem der Verbraucher das Heißwasser entnimmt. In einem zweiten Leiter (Netz-Rücklauf) strömt das abgekühlte Wasser dann zum Erzeuger zurück, damit dieser es erneut erwärmt. Dadurch entstehen unterschiedliche Temperaturen in den Leitern des Wärmenetzes (Temperaturdifferenz).
Bei einem Prosumer-Anschluss ist zu beachten:
Für ein Prosumer-basiertes Wärmenetz gibt es ebenfalls eine Temperaturdifferenz). Die Prosumer speisen daher in den Netz-Vorlauf) ein. Voraussetzung dafür ist aber, dass an anderer Stelle ein Wärmebedarf besteht, der besser durch genau diesen Prosumer abzudecken ist.
Technische Voraussetzung: Dezentrale Steuerung
Voraussetzung für alle Prosumer-Aktivitäten ist daher eine Steuerungstechnik, die den Bedarf aller Wärmeverbraucher abfragt und den verfügbaren Erzeugern das Signal gibt, Wärme einzuspeisen. Dafür verfügen alle Prosumer ihrerseits über eine (Einspeise-)Pumpe und ein Regelventil, die den Volumenstrom für die Einspeisung steuern.
Damit Prosumer sowohl einspeisen als auch Wärme entnehmen können, benötigen sie für jede Richtung eine Pumpe und ein Regelventil, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist (eines). Daraus folgt aber, dass im Netz nur solche Anlagen einspeisen sollten, die besonders effizient sind. Einen Ausblick auf mögliche Prosumer-Anlagen findet sich unter Ringnetze.