Plattform für Wasser, Gas und Wärme
Wie sieht das Fernwärmenetz der ewb aktuell aus?
Zurzeit umfasst das Fernwärmenetz der ewb das Hochtemperaturnetz aus den 1960er-Jahren mit einer Vorlauftemperatur von 175 °C, worüber das Zentrum Berns links der Aare versorgt wird, sowie viele Auskoppelungen auf Nieder- oder Mitteltemperatur, das heisst bei 85 °C respektive 110 °C. Mit den Auskoppelungen wurde schon recht bald nach Inbetriebnahme des Hochtemperaturnetzes begonnen. Die jüngeren Netze wurden mit Kunststoffmantelrohren gebaut. Die Leitungen des Hochtemperaturnetzes hingegen sind entweder in begehbaren Kanälen oder in Haubenkanälen verlegt.
«Eine grosse Herausforderung beim Ausbauprojekt Bern West ist die Koordination der verschiedenen Bauvorhaben im öffentlichen Grund.»
Wie soll sich das Netz in den nächsten Jahren weiterentwickeln?
Ein Ausbauschwerpunkt liegt aktuell im Westen Berns. Hier sollen vor allem auch die vielen bereits bestehenden, meist fossilen Nahwärmeverbünde in das ewb-Fernwärmenetz integriert werden. Um diese grosse Herausforderung anzugehen, wurde das Projekt «Ausbau Fernwärme West» auf den Weg gebracht. Im Rahmen dieses sind wir daran, die Fernwärme auszubauen sowie bestehende und neue Produktionsanlagen einzubinden oder zusätzliche neue erneuerbare zu erstellen.
Neben dem Ausbau West und dem ebenfalls laufenden Ausbau Nord werden die bestehenden Netze weiter verdichtet. Darüber hinaus treiben wir zurzeit einige grössere Projekte voran, wie beispielsweise ein Projekt, bei welchem Wärme aus dem Trinkwasserverwurf genutzt werden soll, oder die Erschliessung im Nordosten von Bern durch ein Wärmenetz (Projekt Wankdorf +). Zusätzlich zur Weiterentwicklung der grossen Verbundinfrastrukturen sind wir auch daran, verschiedene kleinere Nahwärmeverbünde zu erstellen, um die Bedürfnisse sowohl der Kunden als auch der Stadt zu erfüllen und natürlich um das Klimaziel Netto-Null bis 2045, das die Stadt Bern sich gesetzt hat, zu erreichen.
Sie haben es gerade angesprochen, das grosse Ausbauprojekt Bern West. Welche Herausforderungen müssen hierbei gemeistert werden und welche unerwarteten Hürden treten auf?
Im Rahmen dieses Projekts wird im Moment in grossen Schritten der Westen von zwei Seiten erschlossen: einerseits ab der Energiezentrale Forsthaus im Ostteil des Ausbaugebiets und anderseits parallel dazu im Südwesten Berns ab der Energiezentrale Rehhag, die zwar schon bald bereitstehen, aber erst nächsten Winter ans Netz gehen wird. Eine grosse Herausforderung ist dabei die Koordination der verschiedenen Bauvorhaben im öffentlichen Grund. Parallel zu den Fernwärmeprojekten müssen die Bedürfnisse der Stadt und der anderen Werkleitungen abgeholt werden. Hierfür braucht es eine Langzeitkoordination mit allen Gewerken und vor allem mit dem Tiefbauamt der Stadt Bern, mit dem Kanton, dem Stadtplanungsamt, der Verkehrsplanung und unserem öffentlichen Verkehrsdienstleister Bernmobil. Unter dem Lead des städtischen Tiefbauamtes wird in einem extra dafür geschaffenen Gremium diese Koordinationsaufgabe ausgezeichnet gelöst, und die dafür entwickelten Instrumente bewähren sich.
Da die Fernwärmewerkleitungen im Baubewilligungsverfahren aufgelegt werden, gibt es zudem immer wieder Einsprachen und somit ungeplante Verzögerungen. Solch ein Problem trat beispielsweise bei der Produktionsanlage Energiezentrale Rehhag auf. Nach der detaillierten Planung und Ausschreibung der Anlagenteile wurde bekannt, dass der Netzbau zur Einbindung der Zentrale durch eine Einsprache eine Verzögerung erfährt. Es musste eine neue Leitungstrasse gefunden werden, damit die Produktion an das Transportnetz angebunden werden konnte.
Als Anpassungsmassnahmen an den Klimawandel sollen in Städten vermehrt blau-grüne Infrastrukturen geschaffen und insbesondere Bäume gepflanzt werden. Wie gut verträgt sich das mit den Fernwärmeleitungen im Untergrund?
Schauen wir das Luftbild der Altstadt mit der markanten Aare und den vielen Bäumen an: Die Altstadt von Bern hat eine enorme Bevölkerungsdichte von 9435 Einwohnern pro Quadratkilometer und trotzdem gibt es keinen Dichtestress. Mit 131,73 m2 Grünfläche pro Einwohner schaffte es Bern als beste Schweizer Stadt auf Platz 8 der grünsten Städte der Welt, gefolgt von Zürich auf Rang 22 mit 79,51 m2. Etwas demütig schauen wir allerdings auf den ersten Platz, auf Reykjavik, die Hauptstadt von Island. Sie hat mit 410,84 m2 am meisten Grünfläche pro Einwohner. In Reykjavik sind über 90% der Gebäude mit Fernwärme beheizt. Viele Strassen und Trottoirs werden mit Fernwärme aus Geothermie beheizt. Das ist natürlich nur möglich, weil Geothermie im Überfluss vorhanden ist. So weit werden wir in Bern wohl nie gehen. Zumindest kann man sagen, dass Fernwärme und Grünflächen sich nicht widersprechen.
Grundsätzlich ist natürlich der vorhandene Platz in den Städten und vor allem in deren Strassen beschränkt. Daher muss fallweise geschaut werden, wie Fernwärmeleitungen und Bäume mit ihren Platzbedürfnissen gut nebeneinander geplant werden können. Heute ist gemäss SVGW-Richtlinie F1 ein Minimalabstand von 2,5 Metern vorgesehen. Weiter ist nicht zulässig, Bäume über Leitungen zu pflanzen. Auf jeden Fall ist bei der Baumfrage das gegenseitige Verständnis wichtig. Wenn man versteht, was der Baum braucht und was Stadtgrün Bern will, dann entsteht Respekt füreinander und es lassen sich Lösungen finden.
Mit welcher Temperatur wird was Wasser zu den Kundinnen und Kunden transportiert?
Das Hochtemperaturbestandsnetz wird mit 175 °C Vorlauftemperatur und einer Spreizung von 110 K betrieben. Das Netz ist dadurch unglaublich leistungsfähig. In den Fernwärmeerschliessungsgebieten Bern West und Bern Nord wird das Netz auf eine Vorlauftemperatur von 110 °C ausgelegt, soll dann aber nur bei 85 °C betrieben werden, dies, um möglichst langlebige Leitungen zu erhalten.
«In den Fernwärmeerschliessungsgebieten wird das Netz auf eine Vorlauftemperatur von 110 °C ausgelegt, soll dann aber nur bei 85 °C betrieben werden, um möglichst langlebige Leitungen zu erhalten.»
Gibt es Überlegungen, die Fernwärmeversorgung durch Anpassungen im Temperaturniveau von Vor- und Rücklauf zu optimieren?
Untersuchungen haben ergeben, dass das Hochtemperaturnetz bei der aktuellen Belastung und ohne nennenswerte Investitionen in Kalibererweiterungen auf eine Temperatur von 160 °C reduziert werden könnte. Die Produktion in der Energiezentrale Forsthaus läuft allerdings an kalten Wintertagen bereits am Limit, vor allem wenn wir die hohe geforderte Erneuerbarkeit halten und nicht beliebig Wärme aus dem Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk oder den Spitzenlastkesseln zuschalten wollen. Es sind bereits Optimierungen und Wärmerückgewinnungen in der Energiezentrale geplant. Überdies werden aus dem Hochtemperaturnetz laufend Auskoppelungen mit Quartierzentralen bis 20 MW auf Netze mit einer Betriebstemperatur von 85 °C gebaut. Um die Leistungsfähigkeit zu halten, soll daher die Vorlauftemperatur des Hochtemperaturnetzes vorerst nicht gesenkt werden. Insgesamt geht aber der Trend hin zu niedrigeren Temparaturniveaus, vor allem bei neuen Netzen der sogenannten dritten Generation. So versuchen wir zum Beispiel bei den Projekten Wankdorf+, Wärme aus Trinkwasserverwurf und Rossfeld die Gebiete auf Temparaturniveaus im Bereich von 70 °C (Vorlauf) zu erschliessen.
Ewb ist auch ein Gasversorger. Was bedeutet der Ausbau der Fernwärme in Bern für das Gasnetz?
In Gebieten, in denen das Fernwärmenetz ausgebaut wird, wechseln nach und nach bis zu 80% der Kunden bezogen auf die Leistung zur Fernwärme. Aktuell wird daher das Gasnetz überprüft und ein Zielnetz definiert. Dabei wird es zu Stilllegungen von Gasleitungen kommen.
Und wie sieht es kundenseitig aus? Wie hoch ist der Anschlussgrad ans Fernwärmenetz im Moment und wie entwickelt sich dieser?
Der Anschlussgrad am Hochtemperaturnetz ist schon sehr hoch, aber dennoch gibt es mancherorts noch Potenzial zur weiteren Erhöhung respektive zum Verdichten. Beim Bau neuer Leitungen ist der Anschlussgrad recht unterschiedlich, je nach Wärmedichte in den Strassen und bestehenden fossilen Nahwärmeverbünden, die mit diesen Leitungen ins Fernwärmenetz eingebunden werden sollen. Wir versuchen, mögliche Kunden an Transportleitungen frühzeitig, das heisst bereits während der Planungsphase, zu motivieren, den Fernwärmeanschluss verbindlich zu bestellen. In Bern gilt nämlich nach Verschliessen der Baustelle eine Sperrfrist von fünf Jahren mit Pönalen, wenn innerhalb dieser Zeit eine Baustelle erneut nötig wird. Daher ist es wünschenswert, wenn die Anschlüsse bereits während des Leitungsbaus realisiert werden.
Welches Ziel hat sich ewb für den Anschlussgrad ans Fernwärmenetz gesetzt?
Wir berechnen den Anschlussgrad auf der Basis der abgegebenen Wärmemenge und nicht als Anteil der angeschlossenen Verbraucher in einem Gebiet. In den mit Fernwärme versorgten Gebieten ist unser Ziel, mindestens einen Anschlussgrad von 80% zu erreichen.
Welche Wärmequellen werden im Moment genutzt?
Die grösste Wärmequelle ist die Abwärme aus der Energiezentrale Forsthaus. Im Grunde ist die Energiezentrale Forsthaus eine grosse WKK-Anlage. Dabei wird eine Kehrichtverwertungsanlage mit einem Holzheizkraftwerk und einem Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk kombiniert. Zuerst wird möglichst viel erneuerbarer Strom mit den Dampfturbinen erzeugt und die Wärme erst aus dem folgenden Prozess ausgekoppelt. Auf diese Weise lässt sich die gesamte Anlage flexibel betreiben. Je nach Jahreszeit und Nachfrage kann mehr Fernwärme oder mehr Strom produziert werden. Die Wärme setzt sich aus den Primärenergieträgern Kehricht (60%), Holz (30%), GuD (2%) und Spitzenlast Gas (3%) zusammen. Der erneuerbare Anteil lag im Jahr 2022 bei 85% und im Jahresschnitt der letzten fünf Jahre bei 82%. Der Zielwert ist Netto-Null bis 2045.
«Speicher erlangen eine immer grössere Bedeutung für die Energieverschiebung vom Sommer in den Winter. Wir setzen hierbei auf den Geospeicher und grosse Erdsondenfelder.»
Ist mit der Erweiterung und Verdichtung des Fernwärmenetzes auch der Bau neuer Produktionsanlagen geplant?
Wir werden nicht darum herumkommen, neue Produktionsanlagen zu bauen. Alle neuen Anlagen werden für die Nutzung erneuerbarer Wärmequellen geplant. Wenn es um Prozessanwendungen wie die Dampfproduktion geht, kommen Holz und zunehmend auch erneuerbare Gase zum Einsatz, immer als hybride WKK-Lösungen. Weitere Anlagen werden die Umweltwärmequellen der Aare, des Grundwassers, Erdwärme und in einem Projekt – wie bereits erwähnt – den Trinkwasserverwurf nutzen.
Um die Abwärme der Energiezentrale Forsthaus möglichst effizient zu verwerten, ist ein Geospeicher geplant. Wie soll dieser funktionieren?
Da Kehricht über das ganze Jahr anfällt, haben wir im Sommer einen Überschuss an Wärme. Künftig soll während der Sommermonate in einem geschlossenen Wasserkreislauf heisses Wasser in die Schichten aus porösem Sandstein in einer Tiefe von 200 bis 500 Meter unter der Oberfläche gepumpt werden. So wird der Sandstein erwärmt und speichert Wärme. Im Winter kehren wir den Prozess um und pumpen kühles Wasser durch den Sandstein. Das Wasser nimmt die Wärme wie in einem Gegenstromwärmetauscher auf und kann dem Fernwärmenetz zugeführt werden.
Erste Erkundungsbohrungen wurden bereits durchgeführt. Welche Erkenntnisse wurden dabei gewonnen?
Das Pilotprojekt zur Erkundung läuft derzeit noch. Alle bisher durchgeführten Bohrungen – eine Erkundungsbohrung und zwei Produktionsbohrungen – wurden und werden eng durch Forschungsteams begleitet, überwacht und ausgewertet. Momentan werden zum Beispiel Bohrkerne von der Erkundungsbohrung unter anderem an den Universitäten Bern und Genf untersucht in Hinsicht auf die Zusammensetzung und Wasserdurchlässigkeit und somit auf die Eignung für den Geospeicher. Darüber hinaus sind aktuell erste Pumpversuche im Gange. Dabei wird das Pump- und Zirkulationsverhalten des Wassers im Untergrund angeschaut, also ob das Laden und Entladen des Geospeichers wie vorgesehen funktioniert.
Wie sieht der weitere Fahrplan für den Geospeicher aus?
Wenn die aktuell laufenden Abklärungen zeigen, dass die Bedingungen passen, werden wir um die beiden schon erstellten Produktionsbohrungen herum weitere Bohrungen durchführen.
Sind darüber hinaus noch weitere saisonale Wärmespeicher geplant? Welche Funktionsweise ist für diese vorgesehen?
Speicher erlangen eine immer grössere Bedeutung für die Energieverschiebung vom Sommer in den Winter. Wir setzen hierbei auf den Geospeicher und grosse Erdsondenfelder. Für die noch effizientere Nutzung der Wärmeproduktion plant ewb, neben dem Geospeicher Forsthaus einen zweiten Wärmespeicher im Westen von Bern bei der Energiezentrale Buech zu realisieren. Im Sommer soll überschüssige Wärme aus der Energiezentrale Forsthaus sowie Umweltwärme aus der Luft mittels Erdsondenfeldern im Boden gespeichert werden. Im Winter soll diese Wärme, zusammen mit der natürlichen Erdwärme, wieder aus dem Boden geholt und ins Fernwärmenetz eingespeist werden. Weitere Entwicklungen sind im Gange, um bestehende Räume wie stillgelegte Tunnels oder Kavernen als Grossspeicher zu nutzen. Ein Potenzial in Bern haben ausserdem die Grundwasserleiter, die bereits in kleineren Verbundanlagen thermisch genutzt werden. Hier laufen zurzeit Untersuchungen, um die saisonale Verschiebung der langsam fliessenden Grundwasserleiter zu nutzen.
Gibt es noch andere Ideen, wie die Überschussenergie vom Sommer in den Winter transferiert werden kann?
Bei diesem Thema sollten wir das Feld öffnen und an die Möglichkeiten aller Energieträger wie auch der Elektrifizierung denken. In Grosssystemen noch wenig bekannt sind Latentwärmespeicher, wie beispielsweise Eisspeicher, welche die Energie des Phasenwechsels von Wasser per Wärmepumpe nutzen. Ein Teil der Heizwärme stammt dabei aus der Kristallisationsenergie und die Regeneration erfolgt meist über kostengünstige, unverglaste Solarabsorber. Durch den Wechsel des Aggregatzustandes zwischen flüssig und fest wird dieselbe Energiemenge bereitgestellt, die benötigt wird, um einen Liter Wasser von von 0 °C auf 80 °C zu erwärmen. Diese Energiedichte ist allerdings rund hundertmal geringer als diejenige von Heizöl. Weil die Wärmepumpen jedoch einen sehr hohen Wirkungsgrad haben und zudem bei schönem Wetter regenerieren, fallen die Eisspeicher in der Praxis nur rund zwei- bis dreimal grösser aus als bisherige Öltanks. Am Ende der Heizperiode wird überdies gezielt Eis gebildet, welches dann an heissen Tagen als Kältequelle für die Gebäudekühlung zur Verfügung steht.
Wie sieht es aus mit der Wärmespeicherung, um Lastspitzen zu brechen und den Tagesgang auszugleichen? Betreibt ewb auch solche Wärmespeicher?
Bei jeder Produktionsanlage werden Tagesspeicher eingesetzt, um die Lastspitzen zu brechen, aber auch um den Betrieb der
Anlagen zu stabilisieren. Bei neuen Übergabestationen werden zudem intelligente Systeme genutzt, wodurch sich beispielsweise die Ladung der dezentralen Warmwasserboiler so steuern lässt, dass dieser Vorgang nicht in die Morgenspitzen fällt, um das Netz und die Produktionsanlagen nicht zusätzlich zu belasten. Der Effekt des Tagesspitzenausgleichs macht immerhin 50% der Leistung von Nacht zu Morgen aus. So können wir sowohl das Netz als auch die Produktionsanlagen optimal und wirtschaftlich dimensionieren.
Welche Strategie verfolgt ewb beim Ausbau der Wärmeversorgung ausserhalb des Stadtgebiets?
Ewb konzentriert sich bei den grossen Ausbauten der Wärme auf die Stadt Bern. Geografisch darf man jedoch Wärmequellen oder Senken, also die Kunden, nicht an die Stadtgrenzen knüpfen. Mit zwei benachbarten Gemeinden laufen daher Diskussionen für Kooperationen, um die Energietransformation gemeinsam vorwärtszutreiben. Dezentrale Systeme wie Wärmeverbünde werden durch unsere Abteilung der individuellen Energiedienstleistungen abgeholt. Diese ist nicht nur in der Stadt, sondern auch in der Region Bern aktiv.
Und wie sieht es aus mit Anergienetzen? Sind auch solche geplant respektive bereits gebaut, und welche Erfahrungen hat ewb damit gemacht?
Ein Anergiesystem ist quasi ein Neutralleiter, der die direkt nicht nutzbare Energie, also die Anergie, leitungsgebunden zu den Kunden bringt. In Bern werden mehrere Anergiesysteme betrieben. Diese nutzen die Möglichkeiten, die Temperatur bei den Kunden oder in einer Zentrale mit Wärmepumpen auf das gewünschte Niveau zu heben respektive mit einer Kälteanlage zu senken.
«Durch Tagesspitzenausgleich können wir sowohl das Netz als auch die Produktionsanlagen optimal und wirtschaftlich dimensionieren.»
Mit dem Klimawandel rückt auch die Fernkälte immer mehr in den Fokus. Plant ewb auch, Fernkältenetze zu bauen?
Ewb betreibt bereits kleinere Kältenetze, zum Beispiel rund um den Bahnhof Bern. Wegen der stark genutzten Strassen, die mit verschiedenen Werkleitungen schon gut belegt sind, stellt sich bei Kältenetzen allerdings immer die Frage, ob es sich lohnt, neben der Fernwärme ein weiteres thermisches Netz zu bauen.
Der Kältebedarf wird unbestritten wachsen, besonders in den dicht bebauten Städten – Stichwort Hitzeinseln. Klimamodelle für die Schweiz zeigen, dass die Anzahl Kühlgradstunden pro Jahr von heute 50 bis 100 bis im Jahr 2080 auf 300 steigen wird. Bei den Heizgradstunden verhält es sich gerade umgekehrt: Diese werden von aktuell rund 3400 Stunden bis im Jahr 2080 auf 2500 Stunden sinken. Der Wärmebedarf wird somit bei einem stark differenzierten Gebäudepark im Schnitt immer sechs- bis achtmal höher sein. Sicher ist, dass künftig die Vorlauftemperaturen in den Fernwärmenetzen gesenkt und die Vorlauftemperaturen in den Kältenetzen erhöht werden. Es werden sich wahrscheinlich Raumtemperierungssysteme mit einer Senkung um wenige Grade auf erträgliche 26 °C durchsetzen, dies, egal ob dezentral oder mit leitungsgebundenen Systemen. Einer der Schlüssel hierfür wird ein flexibles Anergienetz sein. Wichtig ist, dass bei der Auslegung von Anergiesystemen wie auch von saisonalen Speichern darauf geachtet wird, dass die Bilanz zwischen Wärme- und Kältebedarf übers Jahr hinweg ausgeglichen ist.
Nach einem Maschinenbaustudium an der HTL Biel und Weiterbildung in Wirtschaft arbeitete Martin Jutzeler bei verschiedenen Firmen der Branche. Seit 18 Jahren ist er bei Energie Wasser Bern (ewb) tätig in verschiedenen Funktionen von der Planung Wärme Wasser bis zur übergeordneten Rolle bei der Systemoptimierung und der Energietransformation in Bern. Martin Jutzeler engagiert sich ebenfalls stark beim SVGW. So ist er momentan Mitglied der drei Hauptkommissionen Fernwärme, Gas und Wasser. Zudem war er an der Erarbeitung der Fernwärmerichtlinien F1 und F2 beteiligt.
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