Ingenieurbüros und Berater mit Fachkenntnissen im Bereich Energiemanagement beraten lokale Behörden bei ihren Plänen für die Energiewende – weg von Technologien mit fossilen Energieträgern und hin zu sauberen und nachhaltigen erneuerbaren Energiequellen.
Im Rahmen des „Fit für 55“-Pakets der Europäischen Kommission wird Kommunen mit mehr als 50.000 Einwohnern dringend empfohlen, einen Energiewendeplan zu erstellen, und in Deutschland sind diese Pläne für Kommunen nun obligatorisch. Ein solcher Energiewendeplan umfasst eine Machbarkeitsstudie zur technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit eines Fernwärmenetzes, bevor die nächsten Schritte – detaillierte Planung und Bau – in Angriff genommen werden. Fernwärmenetze sind für viele Gemeinden eine praktikable Lösung, und es besteht ein wachsendes Interesse an effizienten Umsetzungsstrategien.
Der Ansatz für Machbarkeitsstudien
Ingenieurbüros, die diese Machbarkeitsstudien durchführen, verfügen in der Regel über hochqualifizierte Ingenieure mit entsprechenden Fachkenntnissen und entwickeln wertvolle firmeninterne Methoden. Allerdings werden sie auch oft durch alte Prozesse mit Papierkarten, komplexen PDFs und Tabellenkalkulationsmodellen behindert. Diejenigen, die über mehr Ressourcen verfügen, nutzen u. U. Open-Source-GIS-Tools wie Google Earth und QGIS oder Anwendungen wie ArcGIS, um die Netzwerktopologie manuell aufzuzeichnen. Dieser Ansatz beinhaltet oft eine völlig separate technische und finanzielle Modellierung, die mit benutzerdefinierten Visual Basic- oder Python-Programmen versucht wird.
Leider bietet dieser herkömmliche, isolierte Ansatz nicht ein einheitliches Niveau an Details, Genauigkeit und Qualität, dass die lokalen Behörden benötigen, um wichtige Investitionsentscheidungen für große Fernwärmeprojekte zu treffen.
Die drei Stufen der Entwurfsszenarien bei Fernwärmenetzen
Durch die Zusammenarbeit mit Designpartnern bei der Einführung und Nutzung unserer Comsof-Wärmeplanungssoftware haben wir gelernt, wie wichtig es ist, diese Herausforderung zu meistern und die qualitativ hochwertige technisch-wirtschaftliche Machbarkeitsstudie zu liefern, die für lokale Behörden unerlässlich ist. Der Entwurfsansatz von Ingenieurbüros lässt sich heutzutage normalerweise in eine von drei klar abgegrenzten Reifestufen einordnen:
Stufe 1: Herkömmlicher manueller Entwurf auf der Grundlage von Papierkarten mit Tabellenkalkulationsmodellen
Stufe 2: Isolierte digitale GIS-Entwurfs- und Kostenmodelle
Stufe 3: Integrierte GIS- und Kostenmodellierung mit Entwurfsautomatisierung
Das Ziel eines Energieberaters sollte es sein, Stufe 3 zu erreichen, um auf effiziente Weise robuste, hochwertige CAPEX-Machbarkeitsstudien zu erstellen, die die notwendigen Details enthalten, um einer strengen öffentlichen und privaten Prüfung standzuhalten. Außerdem sollten die Ergebnisse den Bericht des Beraters in einer Reihe von Schlüsselbereichen unterstützen:
• Generierung verlässlicher Investitionskostenzahlen
• Ermittlung detaillierter Materialerkenntnisse mit einer umfassenden Stückliste
• Dokumentation von potenziellen Erlösen und der Rentabilität
• Bereitstellung einer digitalen Kartenvisualisierung für große Bereiche des Netzes
• Bereitstellung von Netzwerkimplementierungen mit Kostenangaben für mehrere Projektphasen
Inwiefern unterscheiden sich als diese Reifestufen und warum sollte ein Berater Stufe 3 anstreben??
Stufe 1: Herkömmlicher manueller Ansatz
Das Stufe-1-Entwurfsmodell umfasst Situationen, in denen Berater zwar über das Fachwissen und die Kompetenzen zur Erstellung technisch-wirtschaftlicher Analysen verfügen, aber hauptsächlich manuelle Berechnungen durchführen, die nicht mit anderen Prozessen verknüpft sind. In Stufe 1 kennen die Berater die physikalischen Grundlagen, die für die Dimensionierung der Rohrsysteme erforderlich sind, und erstellen tabellenbasierte Modelle des Netzes, um die Rohre zu dimensionieren und um Druckparameter und Netzverluste zu berechnen. Diese Zahlen basieren in der Regel auf groben Schätzungen der Entfernungen, und die daraus resultierenden Netze werden von Hand auf Papierkarten gezeichnet.
Das Verfahren ist langsam, ungenau, arbeitsintensiv und lässt sich nicht für große Flächen skalieren. Dieser Ansatz kann normalerweise für ein Netzwerk mit wenigen Ankerlasten – in der Praxis nicht viel mehr als 25–30 – funktionieren, aber bei größeren Netzwerken für Wohn- und Gewerbegebiete ist der Aufwand nicht mehr zu bewältigen. Da dieser Prozess sehr zeitaufwendig ist, kann damit in der Regel nur ein Fernwärmesystem analysiert werden, da es unpraktisch ist, Berechnungen für mehrere Szenarien durchzuführen. Die Ergebnisse sind für Fälle relevant, in denen eine oberflächliche Schätzung ausreicht, um einen ersten Hinweis auf die Einführungskosten zu erhalten.
Aber Berater kommen irgendwann an einen Punkt, an dem sie erkennen, dass sie eine bessere Lösung benötigen, um die Anforderungen der Geschäftsmodellierung vollständig zu erfüllen. Zum Beispiel erwarten Kunden häufig Ansichten aus Geoinformationssystemen, um die Auswirkungen der damit einhergehenden Bauarbeiten bewerten zu können. Außerdem brauchen sie genaue Kostenmodelle, die Vergleiche verschiedener Szenarien zur Bewertung der Netzwerkrisiken enthalten.
Stufe 2: Isolierter digitaler Ansatz
Stufe 2 ist erreicht, wenn die Berater von Tabellenkalkulationen und Papierkarten zu dynamischen Tabellenkalkulationen und GIS-Tools übergehen, aber diese digitalen Tools nicht miteinander vernetzt sind und die Prozesse isoliert bleiben. Die Tabellenkalkulationen können eine zusätzliche Programmierung zur Dimensionierung der Rohrdurchmesser im Netz enthalten, und die GIS-Tools können mit einem firmenintern entwickelten Python-Code für die Verarbeitung grundlegender Eingabedaten oder für die GIS-Modellierung erweitert werden. Der Prozess ist zwar immer noch zeitaufwendig, bietet aber die Möglichkeit, mehrere Szenarien zu analysieren, und unterstützt etwas größere Planungsbereiche.
Die mit diesem Ansatz entworfenen Netzwerke können kleine Verteilungs- oder Transportnetzwerke mit Verteilungspunkten als Endpunkten sein. Das Zeichnen des Transportnetzes von Hand ist noch möglich, aber es ist zu zeitaufwendig, die Rohrleitungspläne für die Verteilungsnetze zu zeichnen. Bei diesem Ansatz werden die Gebäude in der Regel von Hand um die Verteilungspunkte herum gruppiert und das Verteilungsnetz wird ohne weitere Details dargestellt. Das Finanzmodell ist vom GIS-Modell abgekoppelt. Häufig wird dafür auch eine separate Tabellenkalkulation zur Berechnung der Implementierungskosten verwendet. Die Länge des Transportnetzes ist ungefähr bekannt, die Kosten für die Verteilungsanschlüsse basieren jedoch auf festen Kosten pro Gebäude.
Der Grad der Genauigkeit und der Umfang der Netzwerke, die mit diesem Ansatz entworfen werden können, ist im Vergleich zu Stufe 1 besser, aber der Prozess ist immer noch zeitaufwendig, arbeitsintensiv, nicht sehr genau und fehleranfällig. Hinzu kommt, dass in der Regel nur ein Fachingenieur im Team, der das Modell entwickelt hat, in der Lage ist, das Tool aufgrund seiner Komplexität zu nutzen – und diese Tools sind bekanntermaßen schwer zu pflegen und zu verbessern, wenn mehrere Projekte parallel laufen. Das bedeutet, dass dieser isolierte Ansatz nicht skalierbar ist, wenn die Anzahl der Projekte oder Szenarien zunimmt, da die technische Berechnung ein Engpass im Prozess bleiben wird.
Die Schlussfolgerung ist, dass Berater, die diese Stufe erreicht haben, über das Wissen und die Kompetenzen verfügen, um kleine und große Projekte erfolgreich durchzuführen. Sie müssen jedoch zusätzliche Arbeit ablehnen, weil es aufgrund einer mangelnden Software-Automatisierung zu grundlegenden operativen Engpässen kommt. Das hindert Unternehmen daran, ihr Geschäft auszuweiten und ihre Dienstleistungen mit zusätzlichen Szenarioanalysen zu differenzieren.
Stufe 3: Integrierter Ansatz mit Automatisierung
Berater der Stufe 3 verfügen über eine integrierte Lösung, bei der das GIS-Modell, das technische Modell und das Finanzmodell eng miteinander vernetzt sind. Diese Modelle sind in eine GIS-Anwendung integriert und beinhalten eine Entwurfsautomatisierung.
Die Automatisierung von Prozessen und Teams erleichtert auch die manuelle Feinabstimmung und Diskussionen und macht es den Entwicklungs-, Technik- und Führungsteams leicht, verschiedene Energiestrategien zu vergleichen, ohne Kompromisse bei den Details einzugehen. Das bedeutet, dass das Modell nun als Teil der Flächennutzungsplanung verwendet werden kann, um Einblicke in die Gestaltung zu erhalten, die in Machbarkeits-, Planungs- und Finanzmodelle einfließen. Auf der Grundlage von GIS- und Energiedaten sowie von lokalem Wissen können schnelle und genaue Szenarien erstellt werden, die basierend auf grundlegenden technischen Parametern ausgestaltet werden können.
Dieser integrierte Ansatz der Stufe 3 bietet den Planern von Fernwärmenetzen umfangreiche Planungs- und Gestaltungsmöglichkeiten. Es kann ein Geschäftsszenario erstellt werden – zusammen mit einer Stückliste, einer Netzwerkvisualisierung, Szenarien-Vergleichen und einem Zeitplan für die Einführung.
Es können qualitativ hochwertigere, wertvollere Modelle geliefert werden. Die Software dimensioniert das Netzwerk-Rohrsystem und generiert eine Stückliste in einem Arbeitsblatt mit einem umfassenden Überblick über alle Rohrsystemlängen und Netzwerkimplementierungskosten. Es können Netzausbaustufen und verschiedene Wärmetarife definiert werden, um die Erlöse aus dem Wärmeverkauf zu berechnen und einen Bericht zur finanziellen Bewertung des Projekts über seine Lebensdauer für die nächsten Jahrzehnte zu erstellen.
Betriebswirtschaftliche Vorteile des Entwurfsszenarios 3
Das Erreichen der Entwurfsstufe 3 ist eine absolute Notwendigkeit für Unternehmen, die ihr Business und ihre Dienstleistungen ausbauen möchten. Dadurch können sie Projekte mit höherer Gewinnspanne, größerem Umfang (Studien in Stadtgröße) und höherer Komplexität annehmen. Der integrierte Ansatz bietet auch eine viel höhere Prozessproduktivität insgesamt, da durch die Modellierung mit weniger manuellem Arbeitsaufwand genauere und komplexere Ergebnisse erzeugt werde können. Der Prozess ist hochgradig skalierbar und die von verschiedenen Netzwerkdesignern generierten Ergebnisse sind einheitlicher und gleichmäßiger, wodurch sich die nachgelagerten Netzwerkwartungskosten reduzieren.
Bei unseren bestehenden Comsof Heat-Kunden und -Partnern haben wir gesehen, wie sich durch Entwurfsstufe 3 der Zeitraum für Design und Machbarkeitsstudie von Wochen auf Tage verkürzt hat. Gleichzeitig wird die betriebliche Effizienz eines Beratungsunternehmens auf ein völlig neues Niveau angehoben. Jetzt ist die Zeit für Berater und Gemeinden gekommen, ihr Engagement zu verstärken und die Entwürfe und Analysen zu liefern, die für die enormen und spannenden Herausforderungen unserer Energiewende unerlässlich sind.
Webinar: Revolutionierung der Fernwärmenetzplanung in Deutschland
Die Fernwärmenetzbranche in Deutschland befindet sich derzeit in einem großen Wandel. Dieses Webinar ist eine hervorragende Gelegenheit, sich über die neuesten Entwicklungen und innovativen Lösungen zu informieren.
Im Live-Webinar stellte Julian Michel die Comsof Heat-Lösung von IQGeo vor. Er erläutert, wie unser intelligentes Fernwärmenetzplanung-Tool es sinnogy ermöglicht hat, schnell und präzise Netzentwürfe und Planungen inkl. Potentialanalysen und Kostenkalkulationen zu erstellen und damit die Vision der Planung von 100 % erneuerbaren Wärmenetzen in deutschen Gemeinden unterstützt.
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