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Fernwärmeleitung mit Seewasser aus dem Genfersee in La Tour-de-Peilz (CH)

20.09.2017

Mit dem Genfer See steht für die Anliegergemeinden viel Wärmeenergie zur Verfügung. Mit Hilfe von Wärmepumpen kann diese nutzbar gemacht werden. Die zum Transport des Seewassers installierten Leitungen bestehen aus duktilen Guss-Rohrsystemen, die sich dafür optimal eignen: Sie sind innen und außen gegen Korrosion geschützt und ihr großer hydraulischer Querschnitt hat niedrige Betriebskosten zur Folge. Elektrisch isolierende Schubsicherungen vermindern das Risiko einer Schädigung durch Streuströme. Sie sind dabei leicht und sicher zu montieren, kurzum: Das duktile Guss-Rohrsystem bietet alle Voraussetzungen zum Transport von Niedrig-Temperatur-Fernwärme.

1. Einleitung

Bild 1: Prinzip der Wärmetauscher [Quelle: Groupe E SA]

Mit den Zielen einer nachhaltigen Energieversorgung und einer Reduktion der CO2-Emissionen wird die Nutzung von Wärme oder Kälte aus Seen zunehmend attraktiv. In der Schweiz stammen noch immer rund 65 % der Energie für das Heizen von Gebäuden aus nicht erneuerbaren fossilen Energieträgern. Da gerade an den größeren Seen wie Bodensee, Zürich-, Vierwaldstätter- oder Genfersee auch größere Ortschaften liegen, drängt sich die Nutzung des riesigen Wärmepotenzials der tiefen Seen am Alpenrand auf. Einzelne Anlagen sind schon in Betrieb, so in Zürich, Lausanne oder St. Moritz. Doch sind die bisher genutzten Wärmemengen klein. Zudem haben ältere Wärmepumpen oft schlechte Wirkungsgrade. Das heißt, für den Gewinn von Nutzwärme wird zu viel Antriebsenergie eingesetzt – zumeist Strom, bei größeren Anlagen auch über Verbrennungsmotoren.

2. Projekt Fernwärmenetz CAD LA TOUR-DE-PEILZ

Bild 2: Entnahme des Wassers in 500 m Distanz vom Seeufer in 70 m Tiefe [Quelle: Groupe E SA]

Das Projekt Fernwärmenetz CAD LA TOURDE-PEILZ hat zum Ziel, mit der Energie des Wassers aus dem Genfersee im Endausbau den Bedarf an Heizwärme und Warmwasser von rund 3.000 Haushalten zu decken. Die Technologie dieser Fernheizanlage kombiniert Pumpstationen mit einem Rohrleitungsnetz und individuellen Wärmepumpen (Bild 1), wodurch die Energie des Wassers aus dem Genfersee genutzt werden kann. Das Wasser wird 500 m vom Seeufer entfernt und in 70 m Tiefe angesaugt, wo die Temperatur stabil ist (Bild 2). Mit einer Temperatur von 6 °C gelangt es in den Pumpenkreislauf und gibt 3 K an das Verteilnetz zwischen der Pumpstation und den angeschlossenen Gebäuden ab. Durch den Wechsel von Kompression und Expansion nutzen die Hochleistungswärmepumpen bei den Verbrauchern die im See aufgenommene Energie zum Heizen und zur Produktion von Brauchwarmwasser.

3. Großes Erweiterungspotenzial

Bis Ende 2015 werden rund 15 Gebäude an CAD LA TOUR-DE-PEILZ angeschlossen sein. Das Netz ist so ausgelegt, dass es im Laufe der Jahre mit dem zunehmenden Bedarf seiner Kunden mitwächst, um zu guter Letzt mehr als 300 Gebäude zu versorgen. Bei kompletter Ausschöpfung des Potenzials wird die Pumpstation einen Wasserdurchfluss von 3.600 m3/h bewältigen und damit die Produktion von 35.000.000 kWh/a ermöglichen. Das entspricht dem mittleren Verbrauch von 3.000 Haushalten. Durch den Einsatz erneuerbarer Energien wird die Anlage den Ausstoß von 10.000 t CO2/a vermeiden. Mit einer Investition von 23,5 Mio. CHF für die erste Etappe wird CAD LA TOUR-DE-PEILZ eines der größten Fernheizwerke Europas mit dieser Technologie sein. Die wesentlichen technischen Daten der Anlage sind:

  • Angeschlossene Gebäude: ~ 300
  • Länge des Netzes: 15 km
  • Wassermenge aus dem See: 3.600 m3/h
  • Angeschlossene Leistung: 18.500 kW
  • Produzierte Energie: ~ 35.000.000 kWh/a
  • Äquivalente Energiemenge in Heizöl: ~ 3.745.000 L Heizöl/a
  • CO2-Reduktion: ~ 10.000 t CO2/a
4. Lösung mit energieeffizienten vonRoll-Gussrohren

Für den Bau einer Fernwärmeleitung sind hohe Betriebssicherheit, wirtschaftlicher Betrieb und eine lange Lebensdauer der Rohrleitung entscheidende Kriterien bei der Auswahl eines geeigneten Rohrleitungssystems. Das Gussrohr vonRoll DUCPUR mit dem bewährten Schubsicherungssystem vonRoll HYDROTIGHT erfüllt diese hohen Anforderungen und wurde deshalb von der Projektleitung favorisiert. Das mit Polyurethan ausgekleidete Rohr, welches nach den Normen EN 545 [1] und EN 15655 [2] produziert wird, weist eine Wandrauheit von k < 0,01 mm auf und wird somit im Betrieb als hydraulisch glatt bezeichnet. Dies ist eine Voraussetzung für minimale Druckverluste. Zudem ist der hydraulische Querschnitt des Rohres wegen der dünnen PUR-Beschichtung vergleichsweise groß. Damit ist dieses Rohr prädestiniert für den Pumpbetrieb, bei dem ein hoher energetischer Wirkungsgrad entscheidend ist, da er direkt die Betriebskosten der Anlage beeinflusst. Im Projekt wurden Rohre der Nennweiten DN 200 bis DN 700 eingesetzt.

Die Fernwärmeleitung ist ein geschlossenes Kreislaufsystem, bestehend aus Doppelleitungen für den Vor- und Rücklauf mit Einlauf- und Auslaufleitungen zu den Wärmetauschern in den Gebäuden. Die Zugänge und Abgänge der Gebäudeanschlüsse wurden jeweils mit Absperrschiebern versehen.

Da das ganze System einige Kilometer lang ist, kamen in den Hauptleitungen auch mit Epoxidharz-Pulver beschichtete Strecken-Absperrklappen (Bild 3) bzw. Strecken-Schieber zum Einsatz.

Die Leitungstrasse war wegen der teilweise engen Platzverhältnisse sehr anspruchsvoll. So musste nach der Wasserentnahmestelle am Ufer des Sees unmittelbar hinter der Pumpstation die Bahnlinie im Microtunneling-Verfahren unterquert werden. Die längskraftschlüssig gesicherten DUCPUR-Rohre DN 700 wurden in einem 8 m tiefen Schacht mittels Gleitrollen in die beiden Tunnel eingezogen (Bild 4).

Bild 3: Bereits montierte vonRoll-Absperrklappen DN 400 [Quelle: vonRoll hydro (suisse) ag]

Bild 4: Für den Einzug vorbereitetes DUCPUR-Rohr DN 700 (Microtunnel aus Beton) [Quelle: vonRoll hydro (suisse) ag]

Bild 5: Doppelleitung DN 700 mit außenliegender Schubsicherung (Fig. 2806) [Quelle: vonRoll hydro (suisse) ag]

Bild 6: Die duktilen Gussrohre vonRoll DUCPUR mussten zum Teil per Helikopter installiert werden [Quelle: vonRoll hydro (suisse) ag]

Im konventionellen, offenen Einbauverfahren wurde die Grabenbreite für die Doppelleitungen (Bild 5) so optimiert, dass ihr Einbau mit einem Einbaugerät möglich war. Wegen der teilweise eingeschränkten Zugänglichkeit der Leitungstrasse musste für Transport und Einbau der Rohre sowie von Baugruppen an besonders exponierten Stellen ein Helikopter eingesetzt werden (Bilder 6 und 7).

5. Streustromgefahr bei der Unterquerung einer Bahnlinie

Bild 7: Mit dem Helikopter eingeflogene vormontierte Seitenanschlüsse mit Schiebern [Quelle: vonRoll hydro (suisse) ag]

Im Rahmen des Projektes unterquert die Transportleitung eine Bahnlinie. Im Einflussbereich von Gleichstrombahnen sind metallische Strukturen im Erdboden durch Streuströme gefährdet. Diese Streuströme entstehen durch den Rückstrom zwischen Antriebswagen und Speisegleichrichter, der in den Schienen einen Längsspannungsabfall erzeugt. Diese Streuströme können ein längsleitfähiges Rohrsystem erheblich gefährden, d. h., wenn der elektrische Widerstand einer Verbindung zwischen zwei Rohren gering ist. Die wirksame Unterbrechung der elektrischen Längsleitfähigkeit von Rohr zu Rohr bei Rohrleitungen aus duktilem Gusseisen mit porenfreien Umhüllungen ist deshalb bei diesen Randbedingungen ein wichtiger Aspekt für das Ziel einer möglichst langen Lebensdauer. Die neue SVGW-Richtlinie W4-3 [3] empfiehlt, duktile Gussrohre mit verstärkter Umhüllung zu verwenden oder je nach Außenschutzsystem einen zusätzlichen Schutz durch elektrisch isolierende Muffen-Verbindungen einzusetzen.

Auch der im Aqua und Gas N° 06 erschienene Fachbericht der Schweizerischen Gesellschaft für Korrosionsschutz (SGK) über Korrosionsschutzkonzepte an Wasserleitungen [4] greift dieses Thema auf. Potenzialdifferenzen durch unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten führen zwangsläufig zu einem Stromfluss und damit zu einem beschleunigten Korrosionsabtrag an ungenügend geschützten Metallstrukturen. Durch die Verwendung von porenfrei umhüllten Gussrohren mit elektrisch isolierenden Muffen-Verbindungen zur Unterbrechung der Längsleitfähigkeit wird die Möglichkeit zur Bildung von galvanischen Elementen stark verringert. In einer drei Monate dauernden Testreihe der SGK wurde die elektrische Längsleitfähigkeit von schubgesicherten Guss-Rohrsystemen messtechnisch erfasst. Mit ihren hohen Widerstandswerten sind die vonRoll-Rohrsysteme in der Lage, mögliche Streuströme begrenzen zu können [4]. In den Bildern 8 und 9 sind die Konstruktionen im Schnitt dargestellt.

Bild 8: Außenliegende Schubsicherung vonRoll HYDROTIGHT mit hohem elektrischen Widerstand zur Verringerung der elektrischen Längsleitfähigkeit [Quelle: vonRoll hydro (suisse) ag]

Bild 9: Innenliegende Schubsicherung vonRoll HYDROTIGHT mit hohem elektrischen Widerstand zur Verringerung der elektrischen Längsleitfähigkeit [Quelle: vonRoll hydro (suisse) ag]

6. Fazit

Die porenfreie und glatte PUR-Auskleidung und der große hydraulische Querschnitt bewirken eine hohe hydraulische Leistungsfähigkeit für den Transport des Seewassers, wodurch sich der Energieverbrauch der eingesetzten Pumpen signifikant reduziert. Zusammen mit der längskraftschlüssigen Steckmuffen-Verbindung vonRoll HYDROTIGHT mit hohem elektrischem Widerstand ist das System mit der porenfreien PUR-Umhüllung wirkungsvoll vor galvanischer Korrosion und Streuströmen geschützt – eine sichere Investition in die Zukunft.

Literatur

[1] EN 545: 2010
[2] EN 15655: 2009
[3] SVGW-Richtlinie W4-3: 2013
[4] Aqua & Gas N° 06 Galvanische Elemente: Ihre Gefahren und mögliche Schutzmaßnahmen an Wasserleitungen 2013, S. 34 ff

Autor:
Dipl.-Ing.
Vincent Voyame + Andreas Schütz                                                             
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Z.I. In Riaux 35
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(Erstveröffentlichung in: GUSS-ROHRSYSTEME - Information of the European Association for Ductile Iron Pipe Systems • EADIPS®, Nr. 50)

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