Umbau eines Wärmeversorgungsnetz zum multivalenten Energieverteilnetz

Das Klinikum St. Georg ist ein Großkrankenhaus in Trägerschaft der Stadt Leipzig. Der Hauptstandort des Klinikums befindet sich im Norden Leipzigs. Der Standort verfügt über zahlreiche Alt- und Neubaugebäude, verteilt auf rund  25 Hektar Fläche. Energieerzeugung, -verteilung und -verbrauch sind wichtige ökologische und wirtschaftliche Themenfelder mit großem Potenzial.

Ziel des Projekts ist es, durch Optimierung und Anpassung technischer Anlagen den Energieverbrauch zu senken, verbunden mit einer korrespondierenden Senkung der CO2 Emmisionen.

Das Klinikum übernimmt mit dem Projekt eine Vorreiterrolle, in Leipzig gibt es bisher keine vergleichbaren Komplexprojekte. Neben den direkten Effekten für Umwelt und Klinikum kann das Projekt als Grundlage für weitere Maßnahmen in der Stadt Leipzig dienen.

Ziele

Langfristig sollen am Klinikum St. Georg knapp 27 Prozent der eingesetzten Energiemenge eingespart und dadurch Kosten für Heizung, Lüftung und Kälte gesenkt werden. Neben umfangreichen technischen Umbaumaßnahmen sind die Einbindung von Energieerzeugungsanlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien und Abwärmenutzung Schwerpunkte des Projekts.

Die eingesparte Energiemenge reduziert die CO₂ Emmisionen des Klinikums um jährlich 3.043 Tonnen. Dies entspricht 620.772.000 mit CO₂ gefüllten Luftballons. Im Projekt werden viele Einzelmaßnahmen kombiniert. Diese Einzelmaßnahmen sparen in Summe mehr Energie ein, als jede einzelne für sich selbst. Vor allem in Sommer, Frühjahr und Herbst wird das Nahwärmenetz im Klinikum nun mit niedriger Temperatur betrieben und Leitungsverluste deutlich reduziert.

Projektablauf

Das Projekt besteht aus mehreren aufeinander aufbauenden Projektschritten.

1. Bestandaufnahme
   Es wurde ein Energiemanagementsystem eingeführt, das den Ist-Zustand analysiert und am Ende auch aufzeigt, was erreicht wurde. Zudem wurden die Zähler erneuert und notwendige Software implementiert.
2. Modernisierung der Beleuchtung
   Dabei wurde die Straßenbeleuchtung sowie die Beleuchtung im Klinikum mit modernen LED ausgestattet und mit Bewegungsmeldern kombiniert. Außerdem konnten die historischen Eingangsleuchten erhalten werden, indem sie nachgerüstet und ebenso auf LED umgestellt wurden. Die Umstellung der gesamten Beleuchtung hat dem Klinikum zwei Drittel Energieeinsparung bei der Beleuchtung gebracht.
3. Optimierung des Wärmeverbrauchs
   Für jeden Raum die erforderliche Wärmemenge ermittelt und daraus die notwendige Heizwassermenge sowie die richtige Pumpenleistung errechnet. Nun erhält jeder Heizkörper die Wärme, die er benötigt. Durch diesen Abgleich konnten im St. Georg zehn Prozent Energie eingespart werden.
4. Optimierung der Lüftungsanlagen
   Dafür wurden an 26 Anlagen alte Lüfter mit Elektromotoren und Riemenantrieb gegen moderne und hocheffiziente DC-Fan-Grids getauscht. Somit werden nun 60 Prozent Energie eingespart.
5. Wärmespeicher und -pumpen für jedes Gebäude
   32 Pufferspeicher - individuell angefertigt, im Keller geschweißt und auf den Bedarf abgestimmt, sorgen für eine optimale Warmwasser-Aufbereitung. Zusammen haben die Pufferspeicher ein Volumen von 64 Kubikmetern. Zusätzlich hat jedes Gebäude Wärmepumpen erhalten, die 35 Prozent der Heizleistung jedes Gebäudes liefern können. In Summe wurden 60 Wärmepumpen mit insgesamt 1,4 Megawatt Heizleistung eingebaut.
6. Zentraler Batterie- und Wärmespeicher
   Reduzierung des Stromverbrauches ist ein essentieller Schritt. Durch das neue Batteriespeichersystem kann das Klinikum zukünftig den Stromverbrauch durch Speicherung während Niederlastzeiten und Lastausgleich während Spitzenzeiten besser steuern und dadurch die Energiekosten senken. Die Batteriestation wird nun in das bestehende 10-kV-Netz integriert.

Der Batteriespeicher mit 800 Kilowatt (kW) Lade- und Entladeleistung und 800 Kilowattstunden (kWh) Energieinhalt wird zur Lastspitzenkappung, der sogenannten atypischen Netznutzung, eingesetzt. Wenn zu bestimmten Zeiten mehr Strom verbraucht wird als sonst, treten sogenannte Lastspitzen auf. Diese erhöhen die betrieblichen Energiekosten, selbst wenn die Spitze nur selten erreicht wird. Mit Hilfe des Speichers ist es nun möglich, die Lastspitze zu überbrücken, wodurch die Energiepreise erheblich gesenkt werden können.

Auf Basis modernster Leistungselektronik und Lithium-Ionen-Batterien trägt die Batteriestation zum Gleichgewicht zwischen Energieerzeugung und Energieverbrauch bei und ermöglicht dem Netzbetreiber eine kurzzeitige Überbrückung von Defiziten im Stromnetz.

Ein neuer Wärme-Großspeicher übernimmt der zukünftig die Wärmespeicherung in Verbindung mit den neuen Wärmepumpen. Der Pufferspeicher besteht aus einem gut gedämmten Druckbehälter, der mit Heizungswasser befüllt ist. Er speichert die überschüssige Wärmeenergie der Blockheizkraftwerke und gibt diese bei Bedarf später ab, ohne dass die Heizung weitere Leistung erbringen muss. Auf diese Weise können die Blockheizkraftwerke effizienter arbeiten und Heizkosten gespart werden.

Zahlen und Fakten

Das Modellprojekt war auf drei Jahre angelegt. Durch die Corona-Pandemie und folgende Personal- und Lieferengpässe kam es zu Verzögerungen und so wurde das Projekt um zwei Jahre verlängert.

Die Projektdimension verdeutlichen folgende Angaben:

• 3.043 Tonnen weniger CO₂- Emissionen pro Jahr
• 27 Prozent Energieeinsparung
• 32 Pufferspeicher
• 60 Wärmepumpen
• 2 zentrale Großspeicher