GWS Linz Kl i m a - u n d En e r g i e f o n d s d e s Bu n d e s – Ab w i c k l u n g d u r c h d i e Ö s t e r r e i c h i s c h e F o r s c h u n g s f ö r d e r u n g s g e s e l l s c h a f t F F G
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e!Mission.at Programmsteuerung: Klima- und Energiefonds
Programmabwicklung: Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG)
Projektnummer: 843937
Machbarkeits-Vorstudie eines saisonalen Groß-Wärmespeichers für Linz
Abschlussbericht der Sondierung
Mai 2015
GWS Linz Kl i m a - u n d En e r g i e f o n d s d e s Bu n d e s – Ab w i c k l u n g d u r c h d i e Ö s t e r r e i c h i s c h e F o r s c h u n g s f ö r d e r u n g s g e s e l l s c h a f t F F G
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Titelbild: Christian Ludwig Attersee „Mittagssonne“
Ausschreibung 4. Ausschreibung e!Mission.at
Projektstart 01.02.2014
Projektende 31.03.2015
Gesamtprojektdauer
(in Monaten) 12 Monate +2 Monate Verlängerung
ProjektnehmerIn
(Institution) Ingenieurbüro ste.p ZT-GmbH
AnsprechpartnerIn Dipl.-Ing. Christoph Muser
Postadresse 1040 Wien, Mommsengasse 31
Telefon 01 505 56 87
Fax 01 5050 39 84
E-mail [email protected]
Website www.step-zt.at
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Machbarkeits-Vorstudie eines saisonalen
Groß-Wärmespeichers für Linz
Abschlussbericht der Sondierung
AutorInnen:
Dipl.-Ing. Christoph Muser
Dipl.-Ing. Dr.techn. Petra Drucker
O. Univ.-Prof. Dr. Wolfgang M. Samhaber
Mag. Martin Jung
Dr. Robert Spendlingwimmer
Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „ENERGY MISSION AUSTRIA“ durchgeführt.
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ............................................................................................................................................... 6
1.1 Aufgabenstellung ...................................................................................................................... 7
1.2 Stand der Technik .................................................................................................................... 9
1.2.1 (Alternative) Wärmequellen im urbanen Raum ..................................................................... 9
1.2.2 Wärmespeichertechnologie ............................................................................................... 10
1.2.3 Wärmepumpen .................................................................................................................. 14
2 Inhaltliche Darstellung ........................................................................................................................ 17
2.1 Ausgangssituation – Anforderungen der Linz AG Fernwärme ................................................. 17
2.2 Thermodynamik Energie- und Verfahrenstechnik .................................................................... 19
2.2.1 Einleitung .......................................................................................................................... 19
2.2.2 Bemessungsgrößen .......................................................................................................... 20
2.3 Standort.................................................................................................................................. 34
2.3.1 Bewertungskatalog für mögliche Standorte ........................................................................ 35
2.3.2 Naturräumliche Grundlagen für die Standortanalyse ............................................................. 36
2.3.3 Mögliche Standorte im Raum Linz ..................................................................................... 50
2.3.4 Schematische geologische Standortmodelle als Basis für Baukonzepte .............................. 50
2.3.5 Grundwasser-Bewirtschaftung in Linz entlang der Donau .................................................. 55
2.4 Bautechnik / Geotechnik ......................................................................................................... 58
2.4.1 Grundlagen ....................................................................................................................... 58
2.4.2 Zylindrische Tankspeicher aus Stahl .................................................................................. 76
2.4.3 Bauwerksspeicher (Stahlbeton) ......................................................................................... 81
2.4.4 Erdbeckenspeicher ............................................................................................................ 85
2.4.5 Kombinierte Bauform ......................................................................................................... 90
3 Ergebnisse und Schlussfolgerungen ............................................................................................ 95
3.1 Großwärmespeicher – Konzept für den Standort Linz ............................................................. 95
3.1.1 Speichertyp und Speicherbau ............................................................................................ 96
3.1.2 Apparate und Verfahrenskonzept ...................................................................................... 98
3.1.3 Mögliche Speicherstandorte in Linz .................................................................................. 101
3.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung .............................................................................................. 104
3.2.1 Herstellungskosten .......................................................................................................... 104
3.2.2 Weitere einmalige Kosten ................................................................................................ 107
3.2.3 Zusammenfassung der Wirtschaftlichkeit des GWS Linz .................................................. 107
4 Ausblick und Empfehlungen für die weiterführende Machbarkeitsstudie .................................. 110
4.1 Verfahrenstechnische Themen ................................................................................................. 111
4.1.1 Thermodynamik ............................................................................................................... 111
4.1.2 Thermohydraulik .............................................................................................................. 111
4.1.3 Apparative Ausstattung .................................................................................................... 111
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4.1.4 Verfahrenskonzepte und Systemverhalten .......................................................................... 112
4.2 Bautechnische und geotechnische Themen ............................................................................. 112
4.2.1 Materialtechnologie .............................................................................................................. 112
4.2.2 Baukonstruktionen ........................................................................................................... 112
4.2.3 Geologie und Geotechnik ................................................................................................ 113
4.3 Wirtschaftlichkeitsuntersuchung ............................................................................................ 113
4.4 Gesellschaftliche Machbarkeit .............................................................................................. 113
4.5 Vorschlag eines Konsortiums................................................................................................ 114
4.5.1 ForschungspartnerInnen .................................................................................................. 114
4.5.2 Nutzer/Betreiber – Beratungskonsortium ......................................................................... 115
5 Literaturverzeichnis ..................................................................................................................... 116
6 Anhang ............................................................................................................................................... 119
Anhang 6.1 Beschreibung der untersuchten Standortmöglichkeiten ............................................. 119
Anhang 6.2 Themengruppen und Einzelkriterien für die Ausweisung eines Standortes –
Auswertematrix 158
Anhang 6.3 Kostenschätzung Bauherstellung .................................................................................... 159
7 Kontaktdaten ................................................................................................................................ 164
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1 Einleitung
Aktuelle Prognosen zur Entwicklung des Wärmebedarfs in Deutschland ergeben, dass der Bedarf an
Niedertemperaturwärme (Raumwärme, Warmwasser), infolge der zunehmenden Energieeffizienz-
steigerung der Abnehmer (z.B. Gebäudesanierungen) zukünftig abnehmen wird. Der verbleibende
Wärmebedarf wird zunehmend durch erneuerbare Energiequellen gedeckt werden, wie bspw. in
Abbildung 1 dargestellt ist.
Abbildung 1: Prognose zur Entwicklung der Raumwärme 2009 – 2050 in Deutschland [1].
Trotz des zu erwartenden insgesamt abnehmenden Wärmebedarfs wird der Bedarf an Wärmespeichern,
aufgrund der steigenden Nutzung erneuerbarer Energien und wärmegeführter / stromentkoppelter KWK-
Anlagen, zunehmen. Gleichzeitig gewinnt die Integration des Wärmesektors über seine Kopplung und
Konvergenz mit dem Stromsektor an Bedeutung. Daraus folgernd werden Wärmespeicher auch aus
Sicht des Stromsektors sehr wichtig, da sie der thermischen Erzeugung im Stromsektor mehr Flexibilität
verleihen. Die Speicherpotentiale für den Wärmesektor sind sehr groß und können über verschiedene
Einspeichertechnologien wie z.B. GuD-KW mit angekoppelten Wärmepumpen oder Power-to-Heat
erschlossen werden. [1]
In Österreich steigt der Verkauf von Nah- bzw. Fernwärme seit 1990 konsequent an, siehe Abbildung 2.
Dies ist auf die stetige Verdichtung der Versorgungsnetze in den Ballungsräumen und Erschließung von
Neubaugebieten zurückzuführen, sodass eine zunehmende Reduktion bestehender, dezentraler und
überwiegend fossil betriebener Wärmeerzeugungsanlagen eintrat. [2]
Der österreichweite Wärmeverkaufszuwachs bis zum Jahr 2021 wird mit jährlich 1,4% prognostiziert.
Damit wird die Fernwärmenachfrage weiterhin deutlich schneller wachsen als der Gesamtmarkt,
gemessen an der gesamten Energienachfrage österreichischer Endkunden. [www.fernwaerme.at,
abgerufen am 23.01.2015]
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Abbildung 2: Entwicklung des Energiebedarfs der Letztverbraucher und des Wärmeverkaufs in Österreich [2].
1.1 Aufgabenstellung
Während der Sommermonate fällt im Fernwärmenetz (FWN) der Stadt Linz Überschusswärme an, die in
ein Wärmereservoir eingespeichert und über die Wintermonate in das FWN zurückgeführt werden
könnte. Dabei besteht aus heutiger Sicht im Projektgebiet Linz der Bedarf an einer durchschnittlichen
Wärmeleistung von 40 – 50 MW, die im Temperaturbereich zwischen 90° und 100° C in das FWN
eingespeist werden müsste. Darüber hinaus ist, im Hinblick auf thermische Effizienzsteigerung und CO2-
Emissionsreduzierung, eine weitergehende Nutzung von Überschusswärme aus Kraftwerken und
industrieller Tätigkeit anzustreben.
In Abstimmung auf die Gegebenheiten der Stadt Linz, ihrer Wärmeversorgungseinrichtungen im Bereich
des Fernwärmenetzes und den (hydro)geologischen Verhältnissen, ist ein saisonaler Fernwärme-
speicher denkbar. Hohe Wärmeverluste und daraus folgende schlechte Wirkungsgrade von
thermischen Speichern sind bislang nur durch entsprechende Wärmedämmung der Speicher zu
verhindern. Die Ausgangsüberlegung des ggst. Forschungsprojekts fußt auf der Tatsache, dass mit
zunehmender Größe des Speichers sein Volumen mit der dritten Potenz zunimmt, während die
Oberfläche, über die die Wärmeverluste stattfinden, nur mit zweiter Potenz anwächst. Möglichst große
und gedrungene Speicherformen sind daher, bei vergleichbarer Wärmedämmung, kleinen
Wärmespeichern energietechnisch überlegen.
Drei wesentliche Randbedingungen prägen die Anforderungen an einen saisonalen Groß-
Wärmespeicher und stellen somit die Ausgangsüberlegungen für das Speicherkonzept dar:
die erforderliche energetische Speichergröße,
die erforderliche Rückführtemperatur und
die mittlere Speicherdauer von etwa einem halben Jahr.
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Die für eine grundsätzliche Speicherkonzeptionierung erforderlichen Angaben über das Fernwärmenetz
Linz wurden vom Kooperationspartner Linz AG zur Verfügung gestellt.
Die Sondierung „GWS Linz“ wurde im Rahmen der 4. Aussschreibung e!MISSION 2013 eingereicht
und gefördert. Die Projektidee erfüllt das Programmziel 11) in hohem Maße, da ein Groß-Wärmespeicher
die Energieeffizienz der Stadt Linz deutlich steigern würde indem bislang ungenützte industrielle
Abwärme einer Fernwärmenutzung zugeführt werden könnte. Weiters könnte vorhandene
Überschussenergie aus (alternativen aber auch konventionellen) Stromerzeugungsanlagen, in Form von
Heißwasser, „gespeichert“ werden. Ein Linzer Groß-Wärmespeicher wäre somit ein maßgebender
Beitrag zur Erfüllung der energie- und klimapolitischen Vorgaben der österreichischen Bundesregierung.
Darüber hinaus wird auch das Programmziel 32) erfüllt, da selbst bei einer Nicht-Realisierung eines
saisonalen Groß-Wärmespeichers der Erkenntnisgewinn aus der Vormachbarkeitsstudie einen Beitrag
zur Stärkung der Technologiekompetenz der Projektpartner mit sich bringt. Die kapazitive Größe des
angestrebten Wärmespeichers stellt eine bisher nie dagewesene Dimension dar, aus der sich Erforder-
nisse für neue Konstruktionsprinzipien und technische Konzepte ergeben, was längerfristig zur
Festigung, aber auch Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der beteiligten Forschungspartner führt.
Folgende Projektziele wurden für die Machbarkeitssondierung eines Groß-Wärmespeichers der Linz
AG definiert:
1. Festlegung von systembestimmenden Rahmenbedingungen:
- Speichertyp, Speicherdimension und davon abgeleitet Flächenbedarf
- Bautechnische Machbarkeit der wesentlichen Konstruktionselemente
- Auslegungsskizzen, Wärmebilanzen, Speichernutzungswerte
- Umgebungsanforderungen an mögliche Speicherstandorte
2. Eingrenzung der sinnvollen Möglichkeiten für Errichtung und Betrieb:
- Ideenfindung für die technischen Lösungsmöglichkeiten
- Aufzeigen der jeweiligen Vor- und Nachteile
- Kostenüberlegungen zu Errichtung und Betrieb
3. Konzeptvorschlag eines möglichen saisonalen Fernwärmespeicher der Stadt Linz, als Grundlage
für die Durchführung einer Machbarkeitsstudie
1) Programmziel 1: Beitrag zur Erfüllung der energie-, klima- und technologiepolitischen Vorgaben der österreichischen
Bundesregierung: Priorität haben technologische Entwicklungen und Maßnahmen, die maßgeblich dazu beitragen die
Energieeffizienz zu steigern und den Anteil der erneuerbaren Energien am Energiemix zu erhöhen.
2) Programmziel 3: Aufbau und Absicherung der Technologieführerschaft bzw. Stärkung der internationalen
Wettbewerbsfähigkeit österreichischer Unternehmen und Forschungsinstitute auf dem Gebiet innovativer Energietechnologien.
Durch die Stärkung der Technologiekompetenz und Wettbewerbsfähigkeit wird der Wirtschafts- und Innovationsstandort
Österreich gestärkt und es ergeben sich neue Möglichkeiten, die internationale Klimaschutzpolitik Österreichs zu unterstützen.
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In vorliegendem Endbericht der Sondierung sind die wesentlichen Projektergebnisse der Arbeitspakete
„Thermodynamik, Energie- und Verfahrenstechnik“ (AP 1), „Bautechnik, Geotechnik“ (AP 2) und
„Geologie, Hydrogeologie, Ökologie, Raumplanung“ (AP 3) zusammengestellt.
1.2 Stand der Technik
1.2.1 (Alternative) Wärmequellen im urbanen Raum
Wie der Abbildung 3 zu entnehmen ist, erfolgt die heutige Wärmeerzeugung in Österreich zur Hälfte
mittels Einsatz von fossilen Brennstoffen (hauptsächlich Erdgas), gefolgt von Müllverbrennung und
biogenen Brennstoffen (z.B. Hackschnitzel). Die zukünftige Entwicklung der Fernwärmeerzeugung in
Österreich ist jedoch ungewiss: Der dramatische Wandel auf den internationalen Energiemärkten hat
dazu geführt, dass vor allem die gasbefeuerten KWK-Anlagen nicht mehr rentabel betrieben werden
können. [2]
Abbildung 3: Brennstoffeinsatz für Wärmeerzeugung in Österreich (2013). [Quelle: http://www.fernwaerme.at abgerufen 23.1.2015]
Als denkbare Alternative zu den herkömmlichen Fernwärme-Quellen kommt die Nutzung von urbaner
Abwärme in Betracht, siehe Abbildung 4. Die „klassischen“ Wärmequellen, welche im urbanen Raum zur
Verfügung stehen und bislang großteils ungenutzt bleiben, sind grundsätzlich bekannt:
Oberflächengewässer
Grundwässer
industrielle Prozess- und Abwärme
Abwasser / Kanalisation
Tunnel und Einhausungen
Geothermie mittels aktivierten Tiefgründungselementen und Sonden
Außen- und Abluft
Fernwärme: Rücklauf und Kalte Fernwärme
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Abbildung 4: Potentielle natürliche und anthropogene Wärmequellen in urbanen Gebieten [Quelle: http://www.agw.kit.edu/downloads/Ingenieurgeologie/www.klima-
umwelt.kit.edu_downloads_KIT_Newsletter_6-13.pdf , abgerufen 11.03.2015]
Für die effizienten Wärmenutzung dieser Wärmequellen sind jedoch Wärmespeicher erforderlich, damit
aus der Vielzahl dezentral vorliegender, vergleichsweise „kleiner“ Wärmequellen, eine maßgebliche
Wärmemenge gewonnen werden kann, die zum richtigen Zeitpunkt für das Fernwärmenetz der Stadt zur
Verfügung steht.
Die Vorteile einer saisonalen Wärmespeicherung für die Erschließung sommerlicher Überschusswärme
(z.B. Sonneneinstrahlung, Abwärme von KWK-Anlagen) als Wärmequellen für die winterliche Wärme-
versorgung in bestehenden Wärmenetzen sind einfach nachvollziehbar. Für die Zukunft werden,
aufgrund des erwarteten Anstiegs der Brennstoffpreise und des Fortschritts in der Speichertechnologie,
größere Langzeitspeicher zunehmend interessant. [12], [13]
1.2.2 Wärmespeichertechnologie
Thermische Energie (Wärme und Kälte) kann prinzipiell sensibel, latent oder thermochemisch
gespeichert werden. Sensible Wärmespeicher verändern beim Laden und Entladen ihre fühlbare
Temperatur („sentire“ lat. „fühlen“). Bei Latent-Wärmespeichern ändert sich die Temperatur nicht
maßgeblich, jedoch ändert sich der Aggregatzustand des Speichermediums und die Wärme wird latent
(verborgen) gespeichert. Thermochemische Speicher speichern die thermische Energie durch
endotherme (Energie aufnehmende) bzw. exotherme (Energie abgebende) Reaktionen. [9]
Stand der Technik für die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser sind sensible
Wärmespeicher, die auch als kapazitive oder konvektive Speicher bezeichnet werden. Da die Betriebs-
temperaturen überwiegend kleiner als 100°C sind, bietet sich hierbei als Speichermedium Wasser an,
da es folgende (positive) Eigenschaften hat (nach [1]):
fast überall in großen Mengen verfügbar,
kostengünstig,
leicht zu transportieren,
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T
umweltverträglich, da nicht toxisch, nicht aggressiv, nicht brennbar, nicht explosiv;
einfach zu handhaben (große Erfahrung im Umgang mit Wasser, die Technologie wird gut
beherrscht);
hohe spezifische Wärmekapazität (4,219 − 4,185 kJ/(kg K), siehe auch Tabelle 1);
geringe Wärmeleitfähigkeit (0,562 − 0,560 W/(m K)), dies erschwert den Wärmeaustausch
zwischen heißem und kaltem Wasser Speicherschichtung: direktes Abzapfen von warmem
Wasser aus oberem Speicherbereich ohne zusätzliches Aufheizen möglich;
fünf unterschiedliche Dichten bei verschiedenen Temperaturen Schichtung möglich;
relativ niedrige Viskosität (1,792 − 1,003 × 10−6 m2/s);
sehr gutes Wärmetransportmedium und erlaubt dadurch hohe Be- und Entladeleistungen;
sehr gute Lösungsmitteleigenschaften;
Bei der Brauchwassererwärmung ist Wasser nicht nur Wärmeträger- und Wärmespeicher-
medium, sondern auch das benötigte Medium.
Der Energieinhalt eines thermischen Speichers steigt direkt proportional mit seinem Volumen an:
Q cp V T
mit: Q [kJ] … gespeicherte thermische Energie
[kg/m³] … Dichte des Speichermediums
cp [kJ/(kgK)] … spezifische Wärmekapazität des Speichermediums
V [m³] … Volumen des Speichermediums
T [K] … Temperaturdifferenz des Speichermediums
Tabelle 1: Vergleich der spezifischen Wärmekapazitäten cp verschiedener Medien
Medium cp [kJ/(gK)]
Flüssigkeiten bei 20° C Wasser 4,18
Methanol 2,43
Festkörper 0 – 100° C
Beton 0,88
Granit 0,84
Eisen 0,46
Wesentlicher Nachteil von sensiblen thermischen Speichern sind die thermischen Verluste und daraus
folgende, schlechte Wirkungsgrade (und die deshalb erforderliche Wärmedämmung). Die Energie-
verluste durch Abwärme sind u.a. stark von der Hüllfläche des Speichers bestimmt:
qT U T A
V
mit:
q [W/m²] … Transmissionswärmeverlust bezogen auf die
Behälterhüllfläche bei gegebener Temperaturdifferenz
U [W/m-2 K-1] … Wärmedurchgangskoeffizient der Behälterwand
A/V [m-1] … Oberfläche-Volumen-Verhältnis des Behälters
ΔT [K] … Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der
Behälterwand
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Während also der Energiegehalt (das Speichervolumen) eines thermischen Speichers mit der 3. Potenz
der Speicherausdehnung wächst, nehmen die Energieverluste bei sensiblen Speichern nur mit der 2.
Potenz der Speicherabmessungen zu. Der prozentuale Langzeit-Wärmeverlust nimmt somit mit zu-
nehmender Größe des Speichers ab. Anders gesprochen, erfordern größere sensible Wärmespeicher
geringere Wärmedämmung als kleinere, bei gleichbleibenden Wärmeverlusten.
Für die Speicherung sensibler Wärme im Speichermedium Wasser sind vier prinzipielle Bauformen
bekannt, welche auch miteinander kombiniert werden können (siehe im Detail z.B. [1], [14], [20], [23]):
Tankspeicher (auch als Druckspeicher möglich)
Erdbeckenspeicher (auch mit Kies-Bodengemisch als Speichermedium; in Fels auch als
Kavernenspeicher möglich)
Erdsondenspeicher (in Festgestein als Enklavenspeicher bezeichnet)
Aquiferspeicher (natürliche und künstlich stimulierte Grundwasserleiter möglich)
Sowohl Erdsonden- als auch Aquiferspeicher bedingen jedoch sehr spezifische geologische und hydro-
geologische Anforderungen an die Untergrundverhältnisse, was die Standortsuche für diese Bauformen
maßgeblich erschwert.
Als Beispiele für Wärmespeicher mit sehr großem Speichervolumen sind zu nennen (siehe dazu
weiter in [10], [12], [20] sowie 3) 4)):
Lyckebo (SE), 1982 (Felskaverne, 100.000 m³)
Friedrichshafen (D), 1996 (Ortbetonbehälter 12.000 m³)
Neckarsulm (D), ab 1997 (Erdsonden-Speicher, Speichervolumen ges. 63.360 m³)
Rostock (D), 2000 (Aquifer-Speicher 20.000 m³)
München (D), 2007 (Ortbetonbehälter 5.700 m³ Speichervolumen)
Crailsheim (D), 2007 (Erdsonden-Speicher Speichervolumen 37.500 m³)
Marstal (DK), 2012 (Erdbeckenspeicher, 75.000 m³)
Berliner Reichstag (D) (Aquifer-Speicher) 5)
Timelkam (A), 2009 (Stahltank, 20.000 m³)
Salzburg Nord (A), 2011 (Stahltank, 29.000 m³)
Linz Mitte (A), 2004 (Stahltank, 35.000 m³)
Theiß bei Krems (A), 2008 (Stahltank 50.000 m³)
Wien Simmering (A), 2014 (Stahltank, 11.000 m³, 6 – 10 bar)
Vojens (DK), drzt. in Bau (Erdbeckenspeicher, geplant: 203.000 m³)
Gram (DK), drzt. in Bau (Erdbeckenspeicher, geplant 110.000 m³)6)
3) http://www.aee.at/aee/index.php?option=com_content&view=article&id=309&Itemid=113 (abgefragt 17.04.2014)
4) http://www.saisonalspeicher.de/Default.aspx (abgerufen am 05.06.2013)
5) http://www.bine.info/publikationen/publikation/aquiferspeicher-fuer-das-reichstagsgebaeude/ (abgefragt 13.01.2015)
6) www.gseworld.com (abgefragt 16.01.2014)
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Die Energieeinspeisung und -entnahme kann bei sensiblen thermischen Speichern entweder direkt,
durch Zugabe bzw. Entnahme von heißem Speichermedium, oder indirekt, mit Hilfe von Wärme-
austauschern, erfolgen.
Unter Stratifikation wird die Aufrechterhaltung der Temperaturschichtung im Speichermedium
verstanden, was mittels sog. Schichtbeladeeinrichtungen und durch eine sorgfältige Speicherbewirt-
schaftung erreicht werden kann. Gute Stratifikation verringert die Exergieverluste des Speichers, damit
bleibt die Qualität der thermischen Energie, manifestiert durch die thermodynamische Temperatur,
erhalten. Nach [20] ist dadurch eine Effizienzsteigerung des Wärmespeichers um bis zu 5-10% möglich.
Für die Abdichtung von großen Saisonal-Wasserwärmespeichern kommen bereits heute Kunststoff-
halbzeuge (sogenannte Liner) zum Einsatz. Stand der Technik bei Kunststofflinern ist derzeit eine
Langzeitbeständigkeit (mehr als 20 Jahre), bei Temperaturen von 60°C bis 85°C. Im gegenständlichen
Projekt liegen die Anforderungen mit einem Betriebstemperaturfenster zwischen 80°C bis zu 100°C
nochmals deutlich höher.
Was die Temperaturbeständigkeit von Beton betrifft, so ist bekannt, dass es ab etwa 100°C durch
hydrothermische Reaktionen zum Verlust des chemisch und physikalisch gebundenen Wassers kommt.
Untersuchungen zur Speicherauskleidung mit Beton im Heißwasserbereich wurden bis dato nur
vereinzelt (z.B. Prof. Hans-Wolf Reinhardt, Prof. Müller Steinhagen, Universität Stuttgart bzw. Dichtheit
von Heißwasser-Langzeitspeichern aus Hochleistungsbeton, Jooß, M., Dissertationen Stuttgart 2001)
mit Hochleistungsbeton oder einer Edelstahlblechauskleidung durchgeführt.
Selbstverständlich kommen grundsätzlich auch andere Speichermedien als Wasser infrage bzw. auch
praktisch zum Einsatz: Feststoffwärmespeicher (z.B. Energiebunker Hamburg7), Felsenklavenspeicher,
generell: Gebäudebauteile) weisen jedoch hohe Energieverluste auf und ergeben daher eine vergleichs-
weise geringe Wärmeausbeute. Fluidspeicher mit Thermoölen oder Flüssigsalzen sind bislang nur mit
kleinen Volumina realisierbar, da die eingesetzten Speichermedien noch sehr teuer sind [20].
Durch Wärmespeicherung wird eine zeitliche Entkopplung von Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch
erzielt. Nach der Speicherdauer werden Kurzzeit-Wärmespeicher (Pufferspeicher) und Langzeit-
speicher unterschieden. Letztere werden theoretisch über den Verlauf eines Jahres jeweils einmalig be-
und wieder entladen und werden daher auch als saisonale Speicher bezeichnet. Während
Kurzzeitspeicher bereits als Großserienprodukt bei solar unterstützten Heizungsanlagen gelten, ist die
Zahl der bislang realisierten Langzeitspeicher überschaubar [12].
Nach der Situierung des Speichers im jeweiligen Energiesystem wird zwischen zentralen und
dezentralen Speichern unterschieden.
7) http://www.baulinks.de/webplugin/2014/0999.php4 (abgefragt 16.6.2014)
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1.2.3 Wärmepumpen
Eine Wärmepumpe ist eine Einrichtung, die einen Wärmestrom bei niedriger Temperatur aufnimmt (kalte
Seite) und unter Aufwand hochwertiger Energie bei höherer Temperatur wieder abgibt (warme Seite).
Es können folgende Arten von Wärmepumpen unterschieden werden:
Kompressionswärmepumpen
Absorptionswärmepumpen
Gas-Klimageräte
Brüdenverdichter
Die Wärmequelle ist ein essentieller Bestandteil einer Wärmepumpenanlage, siehe auch Abbildung 5.
Im Gegensatz zu konventionellen Heizungssystemen wird durch die Erschließung einer Wärmequelle
regenerative Wärme nutzbar gemacht. Diese Erschließung resultiert in den meisten Fällen in
zusätzlichen Investitionen bei der Anschaffung, dafür steht aber die Umweltwärme beim Betrieb der
Anlage kostenlos zur Verfügung bzw. im Fall der Abwärmenutzung entfallen bzw. verringern sich die
Kosten der „Wärmeentsorgung“. [3]
Abbildung 5: Funktionsschema einer Kompressionswärmepumpe [3]
Die Funktionsweise von Wärmepumpen und Kälteanlagen wird z.B. in [8] wie folgt beschrieben: „Im
Inneren eines geschlossenen Kreislaufs der Anlage zirkuliert ein Arbeitsmittel, das einer Wärmequelle im
Verdampfer (Wärmetauscher) Wärme entzieht, wodurch dieses vom flüssigen in den gasförmigen
Aggregatzustand übergeht. Das Arbeitsmittel gelangt dann in einen meist von einem Elektromotor
angetriebenen Kompressor (Verdichter), in dem der Druck erhöht wird. Zugleich erhöht sich die
Temperatur so weit, dass die der Wärmequelle entzogene Wärme im so genannten Verflüssiger
abgegeben werden kann. Durch diese Wärmeabgabe wird das Arbeitsmittel wieder flüssig. Im
Expansionsventil wird es auf geringeren Druck entspannt. Dadurch sinkt der Siedepunkt und das
Arbeitsmittel kann beim neuerlichen Verdampfen wieder Wärme aufnehmen.“
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Um die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe beurteilen zu können, wird, wie auch bei anderen
Energiesystemen, das Verhältnis von nutzbarem Wärmestrom zu aufgewendeter Energie gebildet.
Bei elektrisch betriebenen Wärmepumpen spricht man von der so genannten Leistungszahl ε
beziehungsweise von dem COP-Wert (coefficient of performance). Die beiden Größen unterscheiden
sich dahingehend, dass bei dem COP-Wert nach DIN EN 255 nicht nur die Leistungsaufnahme des
Kompressors in die Berechnung der Leistungsaufnahme der Wärmepumpe eingeht, sondern auch die
möglichen Hilfsenergien wie zum Beispiel die Leistungsaufnahme der Wärmequellen- und
Heizkreispumpen und der Regelung. Somit berechnen sich diese Werte nach folgenden Gleichungen:
Überschlägig kann die Leistungszahl einer Wärmepumpe auch folgendermaßen berechnet werden:
mit:
T [K] … absolute Temperatur der Wärmesenke
T0 [K] … absolute Temperatur der Wärmequelle
T … Differenz zwischen absoluter Wärmesenken- und Wärmequellentemperatur
Daraus wird ersichtlich, dass eine Wärmepumpe umso wirtschaftlicher betrieben werden kann, je kleiner
die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke und je größer die Temperatur der
Wärmequelle ist. Zum Beispiel bedeutet eine Leistungszahl von 3, dass aus zwei Teilen Umweltenergie
und einem Teil Antriebsenergie drei Teile Heizwärme bereitgestellt werden.
Da die Leistungszahl aber nur eine Momentaufnahme bei speziell definierten Bedingungen darstellt, der
Betrieb aber Schwankungen unterliegt, wie zum Beispiel eine veränderliche Quellentemperatur,
verwendet man zur gemittelten Bewertung der Wärmepumpe über ein Jahr die Jahresarbeitszahl β
(engl. seasonal performance factor).
Eine Wärmepumpe kann umso wirtschaftlicher betrieben werden, je kleiner die Temperaturdifferenz
zwischen Wärmequelle und Wärmesenken ist und je größer die Temperatur der Wärmequelle ist. Reicht
die Quelltemperatur aus, um die benötigte Wärmemenge zur Verfügung zu stellen, spricht man von
einem monovalenten Betrieb. Wird eine zusätzliche Wärmequelle benötigt, z.B. ein Kessel, spricht man
von einem bivalenten Betrieb. [1]
mit:
Qab [W]
Pzu,verd [W]
…
…
abgegebene Heizwärmeleistung am Kondensator
Leistungsaufnahme des Verdichters
Pzu, hilf [W] … benötigte Hilfsenergie
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Stand der Technik bei Wärmepumpen ist heute eine Leistung von bis zu 1.500 kWth, mit möglichen
COP-Werten ≥ 3. Das erreichbare Temperaturniveau kommerziell verfügbarer, einstufiger industrieller
Wärmepumpen liegt bei ca. 65° C bis 75° C, im zweistufigen Betrieb sind ca. 80° C erreichbar. Es
existieren auch bereits Anlagen (Sonderanfertigungen) die in der Lage sind, bis ca. 90° C zu pro-
duzieren, bei einer thermischen Leistung von ca. 300 kWth. Hinsichtlich des realisierbaren Temperatur-
niveaus von Wärmepumpen sind neue Kältemittel in der Entwicklung, die zukünftig Temperaturen von
ca. 90° bis über 100° C realistisch erscheinen lassen.
Bei der Integration einer Wärmepumpe kommt auch der Planung und Auslegung der notwendigen
Wärmeaustauscher eine große Bedeutung zu. Diese müssen dazu geeignet sein, mit dem Abwärme-
medium (in der Regel Kühlwasser) wartungs- und verschleißarm betrieben zu werden und gleichzeitig
sollten die auftretenden Übertragungsverluste minimiert werden können. [3]
Vor allem in der Schweiz ist die Nutzung von Abwärme aus Abwasser bereits sehr weit verbreitet und
die Anlagen werden mit großem Erfolg betrieben. Weiters werden Wärmepumpen für Fernwärme- bzw.
-kältenetze seit Jahren erfolgreich in Frankreich und in Skandinavien eingesetzt. Diese Anlagen stellen
mehrere Megawatt an Nutzenergie z. B. aus Meerwasser zur Verfügung. Als Best-Practice-Beispiel wird
gerne die Fernwärmeversorgung von Oslo angeführt, bei der mittels zweier Großwärmepumpen
Rohabwasser als Wärmequelle genutzt wird (Wärmeleistung: 18,4 / 9,2 MW th, elektrische Leistungs-
aufnahme: 6,6 / 3,2 MWel COP = 2,8 bis 2,9; Abwasser-Eingangstemperatur: 9,6° C, Ausgangs-
temperatur 5,5° C; Heizkreislauf Wärmepumpe-Vorlauf 80° C, Rücklauf 60° C) [3].
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2 Inhaltliche Darstellung
2.1 Ausgangssituation – Anforderungen der Linz AG Fernwärme
Linz ist die Stadt mit dem höchsten Fernwärmeanteil (60%) in Österreich. Die Fernwärmeerzeugung
erfolgt hier derzeit durch die Fernheizkraftwerke Linz Süd (GuD-Anlagen), Linz Mitte (GuD-Anlagen,
Biomassekraftwerk und Reststoffheizkraftwerk) sowie dem Fernheizwerk Dornach, welches haupt-
sächlich zur Spitzenabdeckung bei sehr großem Wärmebedarf eingesetzt wird. Weiters existiert am
Standort Linz Mitte ein 24h-Pufferspeicher mit rd. 35.000 m³ Speichervolumen. Als Energieträger kommt
überwiegend Erdgas zum Einsatz, ersatzweise ist teilweise auch Heizöl möglich. Biomasse-KW und
Reststoff-KW produzieren gemeinsam rd. 27 MWel und 61 MWth, die Gesamtfernwärmeleistung der
Linz AG beträgt bis zu 380 MWth.
Die Auslegungswerte und Rahmenbedingungen wurden von der LINZ AG, der Fernwärme-Betreiberin in
Linz, angegeben. In einem ersten Schritt wurden zur Grobdimensionierung des Verfahrenskonzepts die
grundsätzlichen Auslegungsdaten des Linzer Fernwärmesystems gemäß Tabelle 2 festgehalten.
Tabelle 2: Grundsätzliche Auslegungsdaten der Fernwärme Linz
Winter Sommer Außentemperatur (-12°C ) (+12°C)
Nennleistung maximal 450 MW minimal 45 MW
Temperatur Vorlauf maximal 130 °C 80 °C
minimal 80 °C 80 °C Druck Vorlauf
maximal 25 bar 14 bar
minimal 12 bar Temperatur Rücklauf
maximal 67 °C 67 °C
minimal 53 °C 53 °C Druck Rücklauf
maximal 25 bar 14 bar
minimal 12 bar
Die Fernwärme-Datenbasis des Jahres 2012 erscheint repräsentativ und geeignet, um den Linzer
Fernwärmebedarf mittel- bis langfristig zu beschreiben. Wie in Abbildung 6 gezeigt, ist der
Fernwärmeverbrauch von der herrschenden Außentemperatur geprägt und schwankt somit saisonal
sehr stark. Während bei winterlichen Kälteperioden Bedarfsspitzen bis über 450 MW zu verzeichnen
sind, sinkt der Fernwärmebedarf während der Sommermonate auf ein Minimum von ca. 45 MW.
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Abbildung 6: Fernwärmebedarf Linz 2012 (stündlich erfasste Werte) in Abhängigkeit von der herrschenden Außentemperatur, Quelle: Linz AG
Auf Grundlage der Daten für die Fernwärme Aufbringung durch die Kraftwerke der LINZ AG der Jahre
2011 bis 2013 erfolgte eine erste Verfahrensskizze zur Einbindung eines Großwärmespeichers in das
bestehende Fernwärmesystem, siehe Abbildung 7.
Abbildung 7: Erste Verfahrensskizze zur Einbindung eines Großwärmespeichers in das Fernwärmesystem Linz.
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2.2 Thermodynamik Energie- und Verfahrenstechnik
2.2.1 Einleitung
Wärme, die im Winter benötigt wird, wird im Bereich der Fernwärme heute noch zu einem hohen Anteil
mittels Öl- oder Gaskesseln erzeugt. In Zeiten, wo Kraftwerke stromgeführt arbeiteten, wurde die dabei
anfallende Abwärme für die Fernwärmeaufbringung eingesetzt. Durch den niedrigen Strompreis werden
heute diese Kraftwerke wärmegeführt gefahren und es müssen, durch den geringeren Anfall von
Abwärme im Winter, gezielt fossile Brennstoffe für die Fernwärmeaufbringung eingesetzt werden. Eine
andere Möglichkeit würde nun darin bestehen, die während der wärmeren Monate nicht verwendete
Abwärme über Speicher zu bevorraten, um diese Wärme während der kälteren Jahreszeit für die
Fernwärme zur Verfügung zu stellen. Den Ersatz fossiler Brennstoffe zur Erzeugung von Raumwärme ist
heute als prioritärer Schritt zu sehen, der wesentlich zur Reduzierung von CO2-Emission und damit auch
zur Verbrauchsreduktion von Gas und Öl beiträgt und somit auch zur Schonung unserer nicht
regenerierbaren Ressourcen.
Um nun eine Stadt wie Linz mit nahezu 200.000 Einwohner unabhängig von Gas und Öl mit Wärme zu
versorgen, benötigt man in ausreichendem Maße große Wärmequellen und einen großen Wärme-
speicher, der die Wärme, die auch zu Zeiten ohne Heizwärmebedarf anfällt, aufzunehmen vermag, um
diese dann wieder in Zeiten von hohem Wärmebedarf bedarfskontrolliert abgeben zu können. Durch
diese Entkoppelung von Wärmeerzeugung und Wärmebedarf kann der Anteil an fossilen Brennstoffen in
der Fernwärmeproduktion verringert werden und somit die Wärmelieferung aus thermischer Verwertung
von Reststoffen und Biomasse für die Wärmeproduktion entsprechend Speichergröße und Abwärme-
nutzung wesentlich erhöht werden.
Der Großwärmespeicher, der als Titel zu dieser Vorstudie steht, ist so aber nicht das eigentliche Ziel
dieser Projektidee sondern es ist der Weg zur weitgehenden Reduzierung der Verwendung von nicht
regenerierbaren Brennstoffen für die Fernwärmeaufbringung. Ein thermischer Speicher, der zur
Reduktion von fossilen Brennstoffen in der Fernwärmegewinnung und Fernwärmeversorgung einer Stadt
am Beispiel von Linz eingesetzt werden soll, erzielt darüber hinaus ebenso bedeutende Reduktion von
CO2-Emissionen im Bereich der Stadt. Den Ausgang und die Idee zu diesem Projekt entstand aus der
Beschreibung eines Lösungsansatzes seitens der Linz AG, dass die zusätzliche Verfügbarkeit von
50 MW Wärme über die kalte Jahreszeit einen wesentlichen Schritt zur Reduzierung von fossilen
Brennstoffen bei der Fernwärme möglich machen würde.
Die Fernwärmeaufbringung über die derzeit betriebenen Kraftwerke in Linz-Mitte und Linz-Süd betrug in
den letzten Jahren zwischen 1.000 und 1.200 GWh jährlich, wobei die Wärmeleistungen in den warmen
Monaten von April bis September im Mittel bei 50 MW lagen und in den kalten Monaten von Oktober bis
März um 200 MW betrugen. Bei extremen Kaltperioden aber können diese erforderlichen Wärme-
leistungen, die meist im Januar oder Februar auftreten, Werte bis 450 MW erreichen, was einem
Heizbedarf von ca. 2,5 kW pro Einwohner entsprechen würde. Daraus folgt, dass 80% der gesamt
erforderlichen Fernwärme in den Monaten von Oktober bis März benötigt wird und nur 20% zwischen
April und September für Warmwasser verbraucht wird.
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2.2.2 Bemessungsgrößen
Am Beginn dieses Projekts stand als Idee das Ziel im Vordergrund, einen saisonalen Speicher zu
dimensionieren, der in den Wintermonaten 50 MW Wärmeleistung liefern sollte. Dies war, wie schon
erwähnt, eine Vorgabe seitens der Geschäftsleitung der LAG, die in Folge zu dieser Projektidee führte.
Die Rechnung ergab hier für die 6 Monate, also für die 180 Tage der kalten Jahreszeit mit 24 h/d einen
Startwert für die Speicherkapazität von 216 GWh. Bei einer Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und
Rücklauf von und zum Speicher von 40 K ergibt sich ohne Berücksichtigung der thermischen Verluste
ein theoretisches Speichervolumen von über 4,6 Mio. m3 Wasser. Diese erste Idee für eine Speicher-
größe diente als Richtwert, um eine Größenordnung zur Behandlung der übrigen Faktoren für die
Vorstudie zur Machbarkeit zu haben. Die grundlegende Ausrichtung der Dimensionierung eines
Fernwärmespeichers erfolgte im Laufe der Bearbeitung damit, dass die Größe des Speichers daraus
abgeleitet wurde, wie groß die erforderlichen Wärmeenergie für die Fernwärme über die Wintermonate
eines ausgewählten und repräsentativen Jahres war und welche laufende Wärmeeinträge dafür
aufzubringen waren.
Ein Speicher hat also in dieser Weise das Ziel, die Wärmelieferung ganz oder teilweise von der
Wärmeproduktion zu entkoppeln. Eine vollständige Entkopplung mit einem idealen Speicher (kein
Wärmeverlust) wäre also in dieser Hinsicht ein 1.200 GWh Speicher, aus dem der gesamte Jahres-
bedarf ungeachtet der aktuellen Wärmeproduktion für den Speicher aus dem Speicher entnommen
werden könnte. Damit wäre eine vollständige Entkopplung gegeben, jedoch aber gleichzeitig ein
unzweckmäßig großer Wärmespeicher (nahezu 20 Mio. m3 Speichervolumen) erforderlich.
Mit einem anderen Ansatz lässt sich die Dimension des erforderlichen Speichervolumens noch anders
betrachten. Die Wärmeleistung, die in den Wintermonaten dem Fernwärmenetz bereitzustellen ist, setzt
sich einmal aus der aktuell verfügbaren Wärmeenergie, die aus Überschüssen oder Abwärme stammen,
zusammen. Zum anderen muss die noch restliche bzw. fehlende Wärme entweder erzeugt oder aus
einem Wärmespeicher genommen werden. Die gespeicherte Wärmeenergie muss dafür z. B. über die
Sommermonate aus verfügbarer Überschuss- oder Abwärme eingelagert werden und hat dann über die
Wintertage die erforderliche Wärmeenergie quasi als Ergänzung zu den anderen verfügbaren Wärme-
strömen aus dem Speicher bereitzustellen. Wärmeanfall und Wärmelieferung sind hier zeitlich versetzt,
wodurch Wärme genutzt werden kann, die bisher ungenutzt blieb. Die Größe eines Speichers kann nun
ausgerichtet werden entweder nach der zusätzlich erforderlichen Wärme, die in der kalten Jahreszeit
erforderlich ist, oder sicherlich zweckmäßiger nach der in der warmen Jahreszeit verfügbaren
Überschusswärme.
Für die Dimensionierung der Speichergröße wurden die folgenden Einflussfaktoren betrachtet:
1. Verfügbare Überschuss- und Abwärme – Nutzungsgrad von Wärme aus den RHKW und BHKW mit
Wärmepumpenbetrieb
2. Parallel zur Wärmeaufbringung aus den RHKW und BHKW produzierter Strom
3. Betriebstage der Kraftwerke für die zusätzlich erforderliche Wärmeenergie
4. Nutzungsgrad des RHKW mit Wärmepumpenbetrieb
5. Erforderliche maximal mögliche Entladeleistung
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2.2.2.1 Verfügbare Überschuss- und Abwärme
Die maximal über das gesamte Betriebsjahr verfügbare Überschuss- und Abwärme wird in dieser
Vorstudie für die Ausrichtung der Speichergröße verwendet. Die verfügbaren Wärmequellen, die in der
Folge betrachtet werden, sind Wärme aus Kraftwerken und Wärme aus Wasser aus der
Grundwasserhaltung der Stadt Linz. Die Wärmeenergie aus dem Grundwasser, das Temperaturen um
15 °C aufweist (siehe Abschnitt 2.3.5) wird über Großwärmepumpen auf das Temperaturniveau des
Speichers angehoben.
In der folgenden Tabelle 3 sind die vorhandenen Linzer Kraftwerke und deren Betriebsvarianten mit den
jeweiligen Leistungsdaten zusammengestellt.
Zur Untersuchung des erforderlichen Speichervolumens wurden die Laufzeiten der zur Verfügung
stehenden Wärmequellen bzw. Wärmeproduzenten für unterschiedliche Speichergrößen zur Deckung
der Fernwärme auf Basis von Monatsmittelwerten gemäß Daten von 2012 ermittelt.
Tabelle 3: Wärmequellen und potenzielle Wärmelieferanten
Bezeichnung Kurzbez. Brennstoff Betriebsart MWelektr MWtherm
Biomasse Heizkraftwerk BHKW Biomasse KWK 8,9 21
Biomasse Heizkraftwerk BHKW Biomasse ohne DT 8,9 29,9
Reststoff Heizkraftwerk RHKW Reststoffe KWK 18 40
Reststoff Heizkraftwerk RHKW Reststoffe ohne DT 18 55
Gas- u. Dampfkraftwerk GUD-L1A Gas KWK 100 85
Gas- u. Dampfkraftwerk GUD-L1A Gas ohne DT 75 109
Gas- u. Dampfkraftwerk GUD-L1B Gas KWK 112 86
Gas- u. Dampfkraftwerk GUD-L1B Gas ohne DT 90 107
In Tabelle 4 sind die Anschlussdaten der beiden Wärmepumpen angegeben, die einmal elektrisch vom
RHKW gespeist werden und zum anderen vom BHKW.
Tabelle 4: Wärmeproduktion über Wärmepumpen mit Betriebsdaten ohne ECO
Bezeichnung Kurzbez. elektr. Anschluss
in MW COP
Wasser
m3/s
Tein °C MWtherm
Wärmepumpe RHKW WP-RHKW 18,0 3,0 1,75 10 54,0
Wärmepumpe BHKW WP-BHKW 8,9 3,5 0,55 14 31,0
Speichergrößen von 2,5 bis 300 GWh wurden in der Folge betrachten, wobei darauf abgezielt wurde,
möglichst keine bzw. nur so wenig als möglich Wärme mittels Gas als Brennstoff über die GUDs
herstellen zu müssen. Ferner sollte die Wärme prioritär aus dem RHKW über das ganze Jahr (8000
Betriebsstunden) genutzt werden und dieser RHKW-Betrieb sollte soweit wie möglich immer in
Kombination mit einer Großwärmepumpe betrieben werden. Das Biomasse-Heizkraftwerk BHKW sollte
ebenso nur in Kombination mit der WP betrieben und der Betrieb nur bei vollständiger Ladung des
Speichers abgefahren oder reduziert werden. In Zeiten hohen Wärmebedarfs, war es das Ziel, lediglich
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mit nur einer GUD-Linie das Auslangen zu finden, um die restlich erforderliche Wärme für die
Fernwärmeversorgung sicherstellen zu können.
Der Speicher ist also in der Größe zu dimensionieren, sodass die gesamte Wärme, die über die
Jahresbetriebszeit mit den RHKW und nach Erfordernis zusätzlich mit dem BHKW produziert wird, im
Speicher aufgenommen werden kann. Das RHKW erbringt in Kombination mit einer WP zusammen eine
thermische Leistung von 94 MW, das BHKW liefert in Kombination mit einer Wärmepumpe 52 MW. Bei
8000 Betriebsstunden pro Jahr wären das beim RHKW 745 GWh, was 66% der gesamt erforderlichen
Fernwärme, wiederum bezogen auf das Jahr 2012 entsprechen würde.
Die Wärmeleistung aus dem RHKW wäre quasi als Grundlast im gesamten Betriebsverlauf einzusetzen
und die Wärme aus dem BHKW mit jener aus der damit gekoppelten WP, soweit es eben die
vorgesehene Speichergröße zulässt, als erweiterte Grundlast zu verwenden. Damit sollte erreicht
werden, dass nur jene Wärmeenergie aus einer GUD-Linie des Kraftwerks Linz-Mitte für die
Fernwärmeversorgung produziert wird, die eben gerade noch fehlt, um den aktuellen Bedarf
abzudecken. Dieser Fall tritt speziell in den extremen kalten Perioden auf, wozu möglichst mit einer
Kraftwerkslinie dieser Spitzenbedarf in der Zeit von Dezember bis Februar abzudecken wäre. Zur
Abschätzung einer zweckmäßigen Speichergröße sind hier in Folge die Grundlagen und Überlegungen
dazu zusammengestellt.
Tabelle 5: Spreadsheet-Daten zur Bewirtschaftung eines 80 GWh-Speichers
40.908 41.274 0 Monatsmittel-Werte MW 236 297 150 113 52 40 33 32 54 121 176 248 1 31.Dez.11 Jän.12 Feb.12 Mär.12 Apr.12 Mai.12 Jun.12 Jul.12 Aug.12 Sep.12 Okt.12 Nov.12 Dez.12 2 FW-Bedarf GWh 175 207 111 81 39 29 25 23 39 90 126 184 1.129,4
3 Speicherverluste 3,9 2,6 2,4 2,3 3,0 3,5 2,9 3,1 3,7 4,0 4,0 2,0 37,2 4 Betriebstage/Monat 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 335 max
28,5 5 Speicher -2,9 -53,9 -8,3 -4,6 28,5 22,8 -27,5 8,4 25,4 11,5 0,3 0,3 0,0
6 80 77,1 23,2 14,9 10,3 38,7 61,6 34,1 42,5 67,9 79,4 79,7 80,0 GWh Betrieb
7 GUD-1A - ohne DT 27 23 11 31 92 d
8 GUD-1B - ohne DT 0 d
9 Biom-HKW mit WP 31 28 31 10 0 0 31 30 31 192 d
10 Biom-HKW ohne WP 0 d
11 RHKW mit WP 31 28 31 30 31 24,5 0 15,5 30 31 30 31 313 d
12 RHKW ohne WP 0 d
13 RHKW 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
14 BHKW 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
15 GuD-1A - ohne DT 49 41 0 0 0 0 0 0 0 0 20 56 GWh 166
16 GUD-1A - KWK 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
17 GUD-1A ohne DT 71 60 0 0 0 0 0 0 0 0 29 81
18 GUD-1B - ohne DT 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
241 27%
0 0%
19 Biom.-KW m. WP 35 32 35 11 0 0 0 0 0 35 34 35 220 57%
20 Biom.-KW o. WP 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%
21 Restst.-KW m. WP 70 63 70 68 70 55 0 35 68 70 68 70 706 93%
22 Restst.-KW o. WP 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%
23 IST GWh 176,1 155,4 105 79 70 55 0 35 68 105 131 187 1167 1.166,6
In Tabelle 5 ist in Zeile 2 der monatliche Bedarf an Fernwärme auf Basis der Daten von 2012 in GWh
angegeben. Diese Daten wurden aus den Wärmeleistungen als Mittelwerte über die entsprechenden
Monate bestimmt und ergeben in Summe über die Monate die Wärmeenergie, die über das gesamte
Jahr für die Fernwärme 2012 aufgebracht wurden. Dieser Jahreswert lag also im Jahr 2012 in Summe
bei 1.129 GWh. In Zeile 0 sind die Monatsmittelwerte der Wärmeleistungen in MW für die Fernwärme-
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versorgung eingetragen und es lässt sich daraus die gesamte Fernwärmeenergie bestimmen, die je
Monat in 2012 aufgewendet wurde. In Zeile 3 finden sich die jeweils berechneten thermischen Verluste
des Speichers, die entsprechend der aktuellen Temperaturdifferenzen zwischen außen und innen bei
den rechnerischen Überlegungen überschlagsmäßig bemessen werden. In Zeile 4 die monatlichen
Kalendertage, wobei der Februar mit 28 Tagen in den Berechnungen Verwendung findet, obgleich 2012
eigentlich ein Schaltjahr war und der Februar 29 Tage hatte. Die Zeile 5 zeigt die monatlichen
Veränderungen, wiederum in GWh, also die monatlichen Mittelwerte an Wärmeenergien, die dem
Speicher zuzuführen bzw. abzuführen sind. Die höchsten Werte hinsichtlich der Wärmeentnahme aus
dem Speicher lassen sich auf Basis der Daten vom Februar 2012 mit 54 GWh berechnen, die höchsten
Werte hinsichtlich der Wärmespeicherladung in den Monaten Oktober und November mit ca. 98 GWh
bestimmen. Die Dimensionierung der Pumpen und Wärmeübertrager ist sodann auf die maximalen
Entlade- und Beladeleistungen auszurichten.
In Zeile 6 der Tabelle 5 ist der mittlere monatliche thermische Ladezustand des Speichers zu ersehen,
der sich aus dem Ladezustand des Vormonats (ebenso in GWh) und der jeweiligen thermischen Be-
oder Entladung des betrachteten Monats ergibt. Bei allen angestellten Berechnungen wurde hierin
angenommen bzw. festgelegt, dass am 31. Dez. der definierte max. Speicherstand sich befinden sollte.
Festgelegt wurde für die Simulationen und rechnerischen Überlegungen der thermischen
Speicherbewirtschaftung unterschiedliche Speichergrößen in GWh, die dann eben jeweils am 31.12. zu
erreichen sind. Dieser Zeitpunkt ist sicherlich so einzuplanen, dass der Speicher jeweils am Beginn der
Kaltperiode den maximalen thermischen Ladezustand haben sollte.
Nun ist es möglich, auf Grundlage der beschriebenen Annahmen für unterschiedliche Speicher-
dimensionen mit einer maximalen thermischen Ladekapazität, in Verbindung mit einer dafür
ausgerichteten Wärmeproduktion und mit der Lieferung der erforderlichen Fernwärme, Faktoren zu
betrachten, die zur genaueren Bestimmung einer mindestens notwendig sich zeigenden Größe
herangezogen werden können. Das System besitzt verschiedene Einflussfaktoren und ebenso auch
Störfaktoren. Im Rahmen dieser Vorstudie, mit der hierfür angewandten Berechnungstiefe (Monatsmittel-
und Tageswerte) der Analyse, ist es verständlich, dass hiermit kein eindeutiger bzw. einziger Lösungs-
wert für die Bestimmung der Speichergröße erhalten werden kann, da noch weitere Freiheitsgrade
verfügbare sind.
In Abbildung 8 ist der Ladezustand eines 80 GWh-Speichers gemäß den vorher dargelegten Annahmen
und Vorgehen über das Berechnungsjahr 2012 aus Tabelle 5, Zeile 6 dargestellt.
Abbildung 8: Ladezustand des 80 GWh-Speichers über das Berechnungsjahr 2012 gem. Zeile 6 von Tabelle 5.
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Auf der einen Seite haben wir einen saisonalen Speicher zu betrachten, der über das Jahr hinweg aus
den verfügbaren zweckentsprechenden Wärmequellen aufzuladen ist. Auf der anderen Seite ist dieser
Speicher auch hinsichtlich seines Potenzials zu sehen, in extrem kalten Perioden möglichst Wärme zur
Verfügung zu stellen, um nur minimal zusätzliche Wärmeleistungen mittels fossiler Brennstoffe
einsetzten zu müssen.
Das RHKW, das 8000 h pro Jahr in Betrieb ist, hat hier mit der angekoppelten Wärmepumpe die
Jahresgrundlast zu liefern und bringt im KWK-Betrieb und mit der Wärmepumpe eine thermische
Gesamtleistung von 94 MW. Das BHKW bringt in gleicher Weise mit Wärmepumpe eine Leistung von
52 MW. Diese beiden Kraftwerke zusammen mit angekoppelter Wärmepumpe würden somit über die
Jahresbetriebszeit von 8000 h Wärmeenergie für ein Betriebsjahr von 1.168 GWh liefern, was in dem
betrachteten Jahr 2012 der gesamten aufgebrachten jährlichen Fernwärme (Jahr 2012: 1.129,58 GWh)
entsprechen würde.
Bereits alleine wären mit der Wärmepumpenkopplung von RHKW und dem BHKW signifikante
Einsparungen hinsichtlich der bestehenden heute erforderlichen Kraftwerksleistungen gegeben. Der
Betrieb von Wärmepumpen ist aber zudem noch an die Abnahme und Nutzung der Wärme gebunden,
die spezielle ohne Speicher in den Sommermonaten nicht realisiert werden können.
Ausgangspunkt dieser Studie war, wie schon dargestellt, ein Szenario für einen saisonalen Speicher, der
in den Wintermonaten 50 MW Wärme, die jeweils über die Sommermonate aus Überschuss- oder
Abwärme einzuspeichern ist, erbringen sollte. Daraus ergab sich anfangs ein einfach zu bestimmender
Rechenwert für die Speichergröße von 200 GWh.
In der Folge wurden nun in dieser Vorstudie detailliertere Überlegungen und Berechnungen in Richtung
spezieller Szenarien angestellt, in denen ausgehend von potenziellen Einflussfaktoren die Speicher-
größe von 2, 5, 20, 40, 60, 80, 100, 140 und 200 GWh in die Betrachtungen zur Bewirtschaftung
aufgenommen wurden.
Aus Abbildung 9 sind die jeweiligen Kraftwerksleistungen von Linz-Mitte und Linz-Süd bei der
Aufbringung der Fernwärme im Jahr 2012 dargestellt. Hier ist unmittelbar der Einfluss der jahres-
zeitlichen Wetter und Temperatursituation zu erkennen. Der Bedarf an mehr Wärme startet im Oktober
und läuft bis in den Mai hinein und vom Juni bis August sind hier die geringsten Anforderungen für
Fernwärmeaufbringung zu sehen.
Abbildung 9: Aufbringung der Fernwärme im Jahr 2012 durch die KW von Linz Mitte und Linz Süd
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40
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0 Dez.11 Mär.12 Mai.12 Jul.12 Aug.12 Okt.12 Dez.12
In Tabelle 6 und Abbildung 10 ist die Situation mit einem 200 GWh-Speicher dargestellt. Die Zeilen 1 bis
6 sind bereits oben beschrieben worden. In Tabelle 6 zeigen die Zeilen 7 bis 12 die in Betrieb
befindlichen Kraftwerke, worin die Zahlen die monatlichen Betriebstage darstellen. Am rechten
Außenrand sind noch die jeweiligen Summen der Tage über das Betriebsjahr zu ersehen. Es zeigt auch
bei diesem Betriebsszenario mit einem 200 GWh Speicher noch die Notwendigkeit, dass 10 Tage im
Jänner, 11 Tage im November und den ganzen Dezember eine GUD-Linie mit einer thermischen
Leistung von 109 MW einzusetzen ist. Dieser 200 GWh-Speicher würde dann bis Ende Februar bis zu
einer Restladung von ca. 10% (wurde auch als Vorgabe in diesen Betrachtungen verwendet) entladen
werden, was aus Abbildung 10 zu ersehen ist.
Tabelle 6: Spreadsheet-Simulation zur Bewirtschaftung eines 200 GWh-Speichers
1 31.Dez.11 Jän.12 Feb.12 Mär.12 Apr.12 Mai.12 Jun.12 Jul.12 Aug.12 Sep.12 Okt.12 Nov.12 Dez.12 2 FW-Bedarf GWh 175 207 111 81 39 29 25 23 39 90 126 184 1.129,4
3 Speicherverluste 3,5 2,4 2,3 2,5 3,1 3,5 3,2 3,6 3,9 4,0 4,0 2,0 4 Betriebstage/Monat 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 365
5 Speicher -47,0 -113,9 -8,2 18,1 63,8 35,3 -27,9 42,8 25,2 11,5 -0,5 0,3 -0,5
6 200 153,0 39,1 30,9 48,9 112,7 148,0 120,2 163,0 188,2 199,7 199,2 199,5 GWh Betrieb
7 GUD-1A - ohne DT 10 11 31 52 d
8 GUD-1B - ohne DT 0 d
9 Biom-HKW mit WP 31 28 31 30 31 0 0 31 30 31 243 d
10 Biom-HKW ohne WP 0 d
11 RHKW mit WP 31 28 31 30 31 30 0 31 30 31 30 31 334 d
12 RHKW ohne WP 0 0 d
13 RHKW 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
14 BHKW 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
15 GuD-1A - ohne DT 18 0 0 0 0 0 0 0 0 0 19 56 GWh 93
16 GUD-1A - KWK 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
17 GUD-1A ohne DT 26 0 0 0 0 0 0 0 0 0 28 81 135 14%
18 GUD-1B - ohne DT 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%
19 Biom.-KW m. WP 35 32 35 34 35 0 0 0 0 35 34 35 278 67%
20 Biom.-KW o. WP 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%
21 Restst.-KW m. WP 70 63 70 68 70 68 0 70 68 70 68 70 754 92%
22 Restst.-KW o. WP 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%
23 IST GWh 132 95 105 102 105 68 0 70 68 105 130 187 1167 1.166,9
Abbildung 10: Spreadsheet-Simulation zur Bewirtschaftung eines 200 GWh-Speichers
Das RHKW mit WP kann über die gesamte Jahresbetriebszeit Wärme produzieren und in den Speicher
über die Sommerzeit laden. Im Juli wird üblicherweise das RHKW für die erforderlichen jährlichen
Revisionsarbeiten abgestellt, wobei das KW auf eine Jahresbetriebszeit von 334 Tage kommt, wie dies
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3,5
3
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1
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0
31.Dez.11 01.Mär.12 01.Mai.12 01.Jul.12 31.Aug.12 31.Okt.12 31.Dez.12
aus Zeile 11 zu entnehmen ist. Die Revisionsarbeiten des BHKW sind dann im August üblich. Wie aus
Zeile 9 zu sehen ist kann dieses BHKW während 243 Tagen seine volle Leistung mit angekoppelter WP
für den Speicher und den Fernwärmebedarf erbringen. In den Zeilen 13 bis 16 sind die parallel zu den
GUDs oder auch beim Betrieb vom RHKW und BHKW im Falle die Wärmepumpen nicht eingekoppelt
sind, die parallel dazu produzierte elektrische Energie zu entnehmen. In diesem Szenario fallen eben
noch 93 GWh elektrische Energie an. In den Zeilen 17 bis 22 sind die produzierte thermische Energien
zu ersehen, wobei die Summe der gesamt produzierten Wärme aus der Zeile 23 rechts außen
(1.167 GWh) zu ersehen ist.
Zum Unterschied zu einem großen Speichervolumen ist in der folgenden Tabelle 7 und Abbildung 11 ein
sehr kleiner Speicher von 2,5 GWh (Zeile 6 und 2. Spalte) in gleicher Weise mit den getroffenen
Annahmen und Vorgaben beschrieben. Dieser relativ kleine Speicher weist ungefähr ein Speicher-
volumen von ca. 56.000 m3 auf.
Tabelle 7: Spreadsheet-Simulation zur Bewirtschaftung eines 2,5 GWh-Speichers mit WP
1 31.Dez.11 Jän.12 Feb.12 Mär.12 Apr.12 Mai.12 Jun.12 Jul.12 Aug.12 Sep.12 Okt.12 Nov.12 Dez.12 2 FW-Bedarf GWh 175 207 111 81 39 29 25 23 39 90 126 184 1.129
3 Speicherverluste 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 4 Betriebstage/Monat 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 365
5 Speicher 0,0 0,0 -0,9 0,9 -0,1 -0,3 0,3 0,1 -0,5 0,4 -0,1 0,0 0
6 2,5 2,5 2,5 1,7 2,6 2,4 2,1 2,5 2,6 2,1 2,5 2,5 2,5 GWh Betrieb
7 GUD-1A - ohne DT 26,7 27 2,0 9,4 30 95 d
8 GUD-1B - ohne DT 16 16 d
9 Biom-HKW mit WP 31 28 31 13 22 0 18 30 31 204 d
10 Biom-HKW ohne WP d
11 RHKW mit WP 31 28 31 30 7,3 0 7,2 31 30 31 227 d
12 RHKW ohne WP 23 30 24,8 23 101 d
13 RHKW 0 0 0 0 10 13 0 11 10 0 0 0 44
14 BHKW 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
15 GuD-1A - ohne DT 48 49 4 0 0 0 0 0 0 0 17 54 GWh 172
16 GUD-1A - KWK 0 38 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38
17 GUD-1A ohne DT 70 71 5 0 0 0 0 0 0 0 25 79 249 26%
18 GUD-1B - ohne DT 0 41 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 41 4%
19 Biom.-KW m. WP 35 32 35 15 0 0 25 0 0 21 34 35 234 56%
20 Biom.-KW o. WP 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0%
21 Restst.-KW m. WP 70 63 70 68 16 0 0 0 16 70 68 70 511 62%
22 Restst.-KW o. WP 0 0 0 0 22 29 0 24 22 0 0 0 97 28%
23 IST GWh 175 207 111 83 39 29 25 24 38 91 127 184 1132 1.132
4
Abbildung 11: Spreadsheet-Simulation zur Bewirtschaftung eines 2,5 GWh-Speichers mit WP
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Ein kleiner Wärmespeicher kann naturgemäß nur wenig Energie aufnehmen und kann so auch nur
wenig Energie im Gegenzug an das Netz abgeben. In Zeile 5 sind diese monatlichen Energie-Aus- und
Einlagerungen von und zum Wärmespeicher dargestellt, die sich hierbei im Betrag unter 1 GWh
rechnerisch ergeben. Parallel zur Wärmeproduktion werden bei dieser Variante 253 GWh Strom
produziert, da für die Wärmeproduktion die GUD-Linien vom Kraftwerk Linz-Mitte während 111
Betriebstagen zu betreiben sind. Die Nutzung der Wärme vom RHKW mit Wärmepumpe ist hier nur
während 227 Tage möglich. Während 100 Tagen kann Wärme nur aus dem RHKW, und dies auch nur
ohne Wärmepumpe, für die Fernwärme genutzt werden. Wärme aus dem BHKW mit WP kann nur
während 204 Tagen für die Fernwärmeabdeckung eingesetzt werden.
Hier ist auch leicht zu erkennen, dass nicht regenerierbare Brennstoffe, wie z.B. Erdgas, nur durch
Reduzierung der Laufzeit der GUD-KW-Linien erreicht werden kann. D.h. die maximale Ausnutzung der
Wärmeproduktion aus den BHKW und RHKW mit angekoppelten Wärmepumpen bestimmen den Anteil
an regenerierbaren Brennstoffen (Reststoffe und Biomasse) in der Wärmeaufbringung für die
Fernwärmeversorgung der Stadt Linz unmittelbar mit.
Der Nutzungsgrad von Wärme aus den RHKW und BHKW mit Wärmepumpenbetrieb ist hier ein
Kriterium das hinsichtlich der Dimensionierung der Speichergröße zu beachten sein wird. In
Abbildung 12 sind die jeweiligen Nutzungsgrade für verschiedene Speichergrößen berechnet und
dargestellt. Auch mit einen 200 GWh Speicher können Wärmeenergien, die über die 8000 h pro Jahr bei
den RHKW und BHKW erzeugt werden können, nur bis knapp 89 % für die Fernwärme genutzt werden.
Abbildung 12: Nutzungsgrad der Wärme aus den RHKW und BHKW inkl. Wärmepumpen für die Fernwärmeproduktion in Funktion der Speichergröße in GWh.
2.2.2.2 Parallel produzierter Strom
Neben dem Speichernutzungsgrad hinsichtlich der Wärme, die aus regenerierbaren Quellen stammt, ist
in umgekehrter Form damit die Menge an erzeugter elektrischer Energie verbunden, die parallel im
Betrieb von wärmegeführten Gas- und Dampfkraftwerken im KWK Betrieb oder auch ohne Dampfturbine
anfällt. Hier wird also Strom parallel zur Wärmeproduktion erzeugt, wobei mit der hier getroffenen
Zielsetzung bei dem RHKW und BHKW der Strom, soweit es die Wärmeabgabe ermöglicht, zum Betrieb
der Wärmepumpen eingesetzt ist. Der parallel produzierte Strom und jener der aus den RHKW und
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BHKW anfällt und nicht für die Wärmepumpen verwendet werden kann, stellt hier ein weiteres Kriterium
dar, das bei der Speicherauslegung ebenso Betrachtung finden kann.
In Abbildung 13 sind diese Einflüsse der Speichergröße auf die jeweiligen Anteile an erzeugter Wärme
über Biomasse und Reststoffe auf der einen Seite dargestellt und auf der anderen Seite die Wärme, die
bei den betrachteten Speichergrößen über die DuGs-KW noch zusätzlich zu erzeugen ist.
Der Anteil an der Wärmeproduktion aus der Reststoffverbrennung und der Biomasse-Verwertung liegt
heute bei ca. 39%. Durch den Einsatz von Wärmepumpen in Verbindung mit einem thermischen
Speicher mit einer Größe von 2,5 GWh steigt dieser regenerierbare Anteil auf 74% an und erhöht sich
mit der Speichergröße bei z. B. 200 GWh bis auf knapp 90%. Bei einem 80 GWh-Wärmespeicher würde
der Anteil noch knapp 80% betragen (rote Linie in Abbildung 13).
Abbildung 13: Wärmeanteil aus Biomasse und Reststoffe als Brennstoff und Wärme aus den GUD´s in Funktion der Größe des thermischen Speichers.
2.2.2.3 Betriebstage der Kraftwerke
Ein weiterer Gesichtspunkt bei der Abwägung, welche Speichergröße anzustreben sei, sind die
Betriebstage der Kraftwerke, um die erforderliche Wärmeenergie für die Versorgung der Fernwärme
aufzubringen.
Das RHKW ist über 11 Monate pro Jahr (8.000 h) in Betrieb. Die daraus gewinnbare Wärme sollte hier
möglichst vollständig für die Versorgung der Fernwärme eingesetzt werden. Die Nutzung der in den
warmen Monaten anfallenden Wärme kann aber in der Folge nur über Wärmespeicher für die kälteren
Monate bevorratet werden. Der hohe anzustrebende Nutzungsgrad vor allem der im RHKW erzeugten
Wärme ist wiederum ein weiterer Faktor, der mit bei der Bestimmung der Speichergröße einzubeziehen
sein wird.
In Abbildung 14 sind die mit einer bestimmten Speichergröße optimal möglichen Anzahl von
Betriebstagen des RHKW, des BHKW und der GUDs über die jeweilige Speichergröße wiederum am
Beispiel der Daten des Jahres 2012 ermittelt und dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass bei einem sehr
kleinen Speicher nur während knapp 2/3 der Jahresbetriebsstunden die anfallende Wärme des RHKW
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mit angekoppelter Wärmepumpe genutzt werden kann. Mit größer werdenden Speicher kann in
steigendem Maße die Wärme des RHKW für die Fernwärmeversorgung genutzt werden (siehe grüne
Linie in Abbildung 14). Bei einem Speicher von 200 GWh können knapp 90% der produzierten Wärme
dann über den entsprechenden Speicher für die Fernwärme genutzt werden. Das RHKW mit
angekoppelter Wärmepumpe würde je Monat bis nahezu 70 GWh Wärme produzieren, d.h. in
Verbindung mit einem Speicher könnten 65% der gesamthaft benötigten Wärme eines Betriebsjahres für
die Fernwärme dabei aufgebracht werden.
Abbildung 14: Betriebstage der Heizkraftwerke für die Fernwärmeerzeugung bei unterschiedlichen Wärmespeichergrößen in GWh.
Die noch erforderliche Anzahl an Betriebstagen der GuD-KW-Linien reduziert sich fast linear mit der
Vergrößerung der Speicherkapazität, womit sich die Gaseinsparung für den Fernwärmebetrieb ebenso
linear vergrößern wird. Vergleicht man den jährlichen Gasbedarf für Fernwärme mit dem hier
berechneten Wert in Verbindung mit einer Wärmespeicherkapazität von 80 GWh, so würde sich dieser
um knapp 66%, wiederum bezogen auf Daten vom Jahr 2012, reduzieren.
Aus dieser Betrachtung heraus würde bei einer weiteren Vergrößerung der Speicherkapazität (siehe
auch Abbildung 14), der Anteil, der noch durch das GUD-KW zu erbringen ist, weiter reduziert. Bei
einem sehr großen Speicher von 300 GWh würden somit fast 95% der gesamt erforderlichen
Fernwärme (2012) aus dem RHKW und BHKW geliefert werden können und nur noch 65 GWh (5,5%
des jährlichen Fernwärme-Bedarfes) würden mit der GUD-1A-Linie aufzubringen sein.
2.2.2.4 Nutzungsgrad RHKW- BHKW
Ein anderer Aspekt, der hier ferner betrachtet werden soll, betrifft die Anteile an Wärme, die jeweils das
RHKW und das BHKW leisten, und der Einfluss der Größe des Wärmespeichers auf diese Werte. Das
RHKW, wie schon weiter oben festgehalten wurde, sollte möglichst die gesamte Wärmeleistung für die
Fernwärmeversorgung einbringen. Das BHKW sollte hier nur dann Wärme liefern, wenn von
Fernwärmenetz bzw. vom Speicher Wärme erforderlich bzw. aufgenommen werden kann. Biomasse
lässt sich lagern und sollte eben situativ und dabei ohne Verluste und nur nach Erfordernis thermisch
verwertet werden. Das RHKW würde gekoppelt mit der Wärmepumpe 756 GWh pro Jahr Wärme
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einbringen, das BHKW ebenso mit gekoppelter Wärmepumpe 384 GWh, was zusammen 1.140 GWh
ausmachen und der Wärmeaufbringung des Jahres 2012 (1.130 GWh) entsprechen würde.
Der Betrieb dieser KW mit WP mit den getroffenen Prämissen in Verbindung mit einer thermischen
Speicherkapazität unterschiedlicher Größe ist hinsichtlich der Wärmenutzung aus diesen beiden
Kraftwerken für Speichergrößen zwischen 2,5 und 300 GWh in Abbildung 15 gezeigt.
Abbildung 15: Nutzungsgrade der Kraftwerke mit angekoppelten Wärmepumpen in Verbindung mit bestimmten Speichergrößen.
Bei einem klein dimensionierten Speicher existiert eine entsprechende Beschränkung in der Möglichkeit,
die während der warmen Monate, in denen eben der Fernwärmebedarf relativ klein ist, produzierte
Wärme auch im anfallenden Maße aufzunehmen. Bei Vergrößerung des Speichers soll vorerst Wärme
aus dem RHKW als Basisgrundlast übernommen werden. Biomasse soll in dem Maße nur über das
BHKW verwertet werden, wie eben Wärme noch zusätzlich bevorratet oder verbraucht werden kann.
Hier ist zu sehen, dass erst bei Speichern mit über 100 GWh die Wärme vom RHKW zu über 95%
genutzt wird und dann erst eine weitere Erhöhung des Wärmeanteils aus regenerierbaren Brennstoffen
über das BHKW möglich wird (Abbildung 15).
Abbildung 16: Nutzungsgrad der Wärme aus RHKW und BHKW in Funktion der Speichergröße in GWh.
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Die Nutzungskurve für Wärme aus diesen beiden KW inkl. der über die Wärmepumpen aufgebrachten
Wärme ist aus Abbildung 16 zu ersehen und weist hier schon auf eine wahrscheinlich nützliche
Speichergröße zwischen 50 und 100 GWh hin. Heute beträgt der Anteil knapp 40% an regenerierbaren
Brennstoffen (Biomasse und Reststoffe). Die Erhöhung der Wärmenutzung aus diesen Kraftwerken
bringt Einsparungen an Erdgas bei den GUDs, aber kostet natürlich Speichervolumen. Hier sind dann
entsprechende Kostenzahlen heranzuziehen, die die Ausrichtung auf zweckmäßige Speichergrößen für
die Dimensionierung ermöglichen werden.
2.2.2.5 Be- und Entladeleistung
Die Entnahme von Wärme aus dem Speicher oder das Zurückführen von Wärme in den Speicher wird
mit Vorlauf-Pumpen bzw. Rücklauf-Pumpen, die über Wärmeübertrager an das Fernwärmenetz
gekoppelt sind, ausgeführt. Dabei wird nur Wärme, die nicht im Netz benötigt wird, in den Speicher
gefahren und analog nur eben die fehlende Wärme, die aktuell für die Fernwärme benötigt wird, vom
Speicher wieder abgeführt. Auch diese Lade- und Entladeleistungen werden durch die Speichergröße
bestimmt.
Die mittleren Entlade- und Beladeleistungen, die sich aus der Speichergröße und den jeweiligen Wärme-
flüssen aus den KW und zum Fernwärmenetz bestimmen lassen, sind in Abbildung 17 dargestellt.
Abbildung 17: Mittlere Ent- und Beladeleistungen in GWh/Monat von unterschiedlichen Größen des Wärmespeichers.
Für die Dimensionierung des Speichers ist vor allem die verfügbare Entladeleistung ein bedeutender
Faktor, durch die insbesondere die zusätzliche Einbringung von Wärmeenergie in das Fernwärmnetz bei
extrem tiefen Temperaturen sicherzustellen ist. Beispielsweise lag die Wärmeproduktion der KW vom
November 2011 bis Februar 2012 im monatlichen Mittel bei rund 240 MW. Diese im Vergleich zu den
wärmeren Monaten hohen Wärmeleistungen, die 5 mal höher sind als im Sommer, müssen vorerst von
der Grundlast, die auch heute schon durch das RHKW und das BHKW eingebracht wird, abgedeckt
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werden und zusätzlich noch durch Zuschaltungen von GUD-KW-Linien in Linz-Mitte und Linz-Süd den
aktuellen FW-Bedarf ausgleichen.
Aus einem Großwärmespeicher kann in diesen Zeiten die gespeicherte Wärme kontrolliert in dem
erforderlichen Maße abgeben werden, womit in Folge die Zuschaltung von KW und deren Laufzeiten
reduziert oder teilweise ersetzt werden kann. Bei extremen Perioden mit sehr tiefen Temperaturen muss
dem FW-Netz Wärme zugeführt werden, die weit über der mittlere thermische Winterleistung der
Energieproduktion liegt. Diese Werte können über einige Stunden oder Tage dann auch bis zum 2 -
fachen Durchschnittswert der mittleren Wintermonatsleistung steigen. Im Februar 2012 lagen diese
Spitzenwerte bei über 470 MW, 2011 im Monat Februar nur bei knapp 390 MW.
Zur Ermittlung der maximal erforderlichen Be- und Entladeleistungen eines Speichers seien hier mit dem
Berechnungsmodell der 80 GWh-Speicher auf Basis der Fernwärmedaten vom Februar 2012 die sich
ergebenden Be- und Entladewärmeströme in Abbildung 18 gezeigt. Diese Werte sind mit den
stündlichen Leistungsdaten für die Fernwärmeaufbringung durch das RHKW und dem BHKW mit einer
zusätzlichen GUD-KW-Linie von Linz Mitte in Verbindung in Verbindung mit einem 80 GWh-Speicher
berechnet. Im Februar 2012 war eine Kälteperiode, die sich auch aus Abbildung 18 gut erkennen lässt.
Mit Verbrauchsdaten wie sie sich zwischen dem 1. und 15. Februar zeigten, wären mit Wärme-
entladeleistungen in dem hier betrachteten Speichermodell von 50 MW bis 250 MW zu rechnen. Der
Entladungsspitzenwert war in unserem Beispiel am 13. Februar um 8:00 am Morgen. Die tiefste
Temperatur in diesem Winter wurde ebenso am 13. Februar um 7:00 Uhr morgens gemessen. Die
Entladeleistung zu diesem Zeitpunkt aus einem 80 GWh wären also 240 MW gewesen, der Mittelwert im
Februar würde bei einer Entladungsleistung von 80 MW zu liegen kommen.
Abbildung 18: Entlade- und Beladeleistungen bei einem 80 GWh Speicher auf Basis der FW-Daten vom Februar 2012.
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Für die Wärmeübertragung auf das Fernwärmenetz müssten hier bis zu 1,5 m3/s Heißwasser über einen
Wärmeaustauscher auf das Fernwärmenetz übertragen werden, d.h. die Auslegung der Pumpen,
Wärmeübertragungsflächen und der Verteilersysteme im Speicher haben auf diese maximal sich
ergebenden Werte zu erfolgen. Über diesen Speicherkreislauf würde die Temperatur im Netzvorlauf
konstant gehalten. Sinkt die Temperatur wird über den Speicherkreislauf die Netztemperatur wieder
angehoben, steigt die Temperatur im Fernwärmenetz würde Wärme in den Speicher geschoben.
Diese Schaltung, um Wärme entsprechend zu verteilen, ist sicherlich ein wesentlicher Schwerpunkt bei
einer weitergehenden und detaillierten Studie, da hier ebenso noch die örtliche Lage, wo und wie weit
eben der Speicher von den Kraftwerken sich entfernt befindet, einen bedeutenden Einfluss haben wird.
Ferner der Heißwasserabzug und die parallel Zuführung des Rücklaufes, die ebenso für die 1,5 m3/s bei
einem 80 GWh auszurichten sein werden.
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2.3 Standort
Aufgrund der veranschlagten Speichervolumen des Wärmespeichers von ca. 2 Mio. m³ ergibt sich
infolge der geometrischen Längen-Höhenverhältnisse zwangsläufig ein Flächenbedarf von
mindestens 5 ha Grundfläche. Ein unverbautes Grundstück dieser Dimension ist im Stadtgebiet nur
sehr beschränkt verfügbar. Lediglich in stadtperipheren Bereichen sind zunehmend freie Flächen
vorhanden.
Da der gewählte Standort auch in Hinblick auf die Errichtungskosten eine wesentliche Rolle spielt, wurde
ein systematisches Auswahlverfahren gewählt, bei dem den ökonomischen Faktoren größtmögliches
Augenmerk geschenkt wurde. Zur Identifizierung eines geeigneten Standortes wurde deshalb eine
umfassende Standortanalyse und Bewertung durchgeführt. Nach der Definition entsprechender
Bewertungskriterien wurden theoretisch mögliche Standortflächen analysiert und bewertet.
Abbildung 19 soll eine Vorstellung über die Dimension eines derartigen Bauwerkes geben. Es handelt
sich dabei um eine Goldmine in Australien, bei der jährlich an die 2,0 Mio m³ Material abgebaut wird.
Abbildung 19: Luftbild (© Calistemon (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] via Wikimedia Commons) der Sunrise Dam Mine, Australien /Tagbau
8).
8) http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ASunrise_Dam_open_pit.jpg (Zugriff am 23.3.2015).
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2.3.1 Bewertungskatalog für mögliche Standorte
Um eine weitgehend objektive Standortauswahl zu gewährleisten, wurden thematische Bewertungs-
kriterien definiert, die schließlich für alle Standorte konsequent angewendet wurden.
Thematische Standortkriterien – Bewertungskatalog:
1.) Flächenverfügbarkeit
2.) Anrainer-Konfliktpotenzial
3.) Raumordnung
4.) Hydrogeologie
5.) Geologie – Geotechnik
6.) Netzanbindung
7.) Errichtungstechnische Aspekte
Um theoretisch mögliche Standorte im gesamten Stadtgebiet und auch im angrenzenden Umfeld zu
identifizieren, wurde zunächst eine GIS-basierte vereinfachte Vorauswahl getroffen. Als Ausschließungs-
kriterium wurde im ersten Schritt lediglich die Flächenverfügbarkeit herangezogen, d.h. ein unverbautes
Grundstück dieser Größe. In der Folge wurden Schutz- und Schongebiete, Naturschutzgebiete und
Ökoflächen sowie eine erhöhte Hochwassergefährdung (bis HQ30) als weitere Ausschließungskriterien
definiert.
Alle weiteren Kriterien wurden entsprechend dem zugehörigen Bewertungsschlüssel einzeln bewertet
und in der Bewertungsmatrix zusammengefasst. Alle bewerteten thematischen Einzelkriterien sind in der
Bewertungsmatrix und in den einzelnen Standortbeschreibungen angeführt.
Flächenverfügbarkeit:
Das grundlegende Kriterium der Flächenverfügbarkeit bzw. der Unverbautheit der Fläche stellt in jedem
Fall ein Ausschließungskriterium dar, da vor allem aus wirtschaftlichen Überlegungen eine „hochwertig“
verbaute Fläche wirtschaftlich nicht vertretbar wäre. Größere unverbaute Areale sind deshalb vor allem
in peripherer Lage verfügbar. Auch die maximal mögliche Größe des Standortbereiches, sowie die
derzeitige Nutzung bzw. Widmung der Standortfläche stellt ein wichtiges Kriterium dar.
Anrainer Konfliktpotenzial:
Die Lage des Großwärmespeichers in Bezug zu den Anrainern und dem damit verbundenen
Konfliktpotenzial stellt ebenfalls ein wichtiges, aber nicht ausschließendes Kriterium dar. Vor allem
aufgrund der Dimension des Bauvorhabens sind während der mehrjährigen Bauzeit massive
Belastungen von Anrainern nicht zu verhindern (Lärm, Staub, Verkehr, etc.).
Raumordnung:
Kriterien der Raumordnung wie Wasserschutzgebiete, Naturschutzgebiete, Ökoflächen, Schutzgebiete
für Erholung und auch Hochwasser-Risikozonen (HQ30) gelten für den Standort als essentielle und
weitgehend ausschließende Kriterien.
Vorgespräche mit dem Direktor für Stadtentwicklung Herrn DI Gunter AMESBERGER vom Magistrat Linz
konnten klären, unter welchen Bedingungen eine Umwidmung von Flächen für die Errichtung eines
Großwärmespeichers Linz möglich erscheint.
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Hydrogeologie:
Die hydrogeologischen Voraussetzungen an einen möglichen Standort werden vor allem durch den tief
reichenden Baugrubenaushub von bis zu 70 m vorgegeben. Während hoch durchlässige Aquifere
oberflächennah als technisch beherrschbar angesehen werden, würden gut durchlässige tiefere
Grundwasserhorizonte zusätzliche kostenaufwändige Baumaßnahmen bedingen bzw. sind sogar als
Ausschlusskriterium anzusehen. Aus diesem Grund kommt auch der Abklärung der Untergrund-
verhältnisse bis in die entsprechenden Teufenbereiche eine so große Bedeutung zu.
Geologie – Geotechnik:
Aussagen über die geologischen Verhältnisse bilden die Grundvoraussetzung für eine solide
Konzeptentwicklung und Planung. Ungünstige Untergrundverhältnisse bedingen besondere und damit
kostspielige Baumaßnahmen. Aufgrund vorhandener Aufschlussdaten (Schichtfolge) sind Aussagen
über die Untergrundhomogenität und -stabilität, das Setzungsrisiko, die Hangstabilität und die Grund-
bruchgefährdung möglich. Ungünstige geotechnische Indikatoren würden den Aufwand für die
Baugrubensicherung in dramatischer Weise erhöhen.
Netzanbindung:
Da der Großwärmespeicher als zentrales Element in das bestehende Fernwärmesystems mit hohen
Leitungskapazitäten eingebunden werden muss, ist eine möglichst nahe an der Verteilzentrale (FHW
Linz Mitte) gelegene und somit kostengünstige Position zu bevorzugen.
Errichtungstechnische Aspekte:
Aufgrund der gewaltigen Bodenaushubmassen sind die Fragen nach Massenausgleich, Aushub-
verwertung und Aushubtransport von großer wirtschaftlicher aber auch ökologischer Bedeutung.
Freiräume für den Massenausgleich sind naturgemäß ausschließlich an peripheren Standorten zu
erwarten. Hinsichtlich Aushubverwertung, Transportlogistik und Anrainerkonflikte sind Standorte an der
Donau (Via Donau) höher zu bewerten bzw. zu bevorzugen.
2.3.2 Naturräumliche Grundlagen für die Standortanalyse
Für die GIS-basierte Flächenbearbeitung wurden die verschiedenen Einzellayer in verschiedene
übersichtlich gestaltete Themenkarten zusammengefasst.
Verwendete GIS-Layer:
Layer 1: Höhenmodell
Layer 2: Situation
Layer 3: Gemeindegrenzen
Layer 4: Flächenwidmung
Layer 5: Naturschutzgebiete
Layer 6: Ökoflächen
Layer 7: Schutzgebiete für Erholung
Layer 8: Geologie
Layer 9: Bohraufschlusspunkte
Layer 10: Grundwasserleiter
Layer 11: Wasserschutz- und Schongebiete
Layer 12: Wasserrechte
Layer 13: Grundwasserstauer
Layer 14: Grundwasserhöhenplan
Layer 15: Hochwasserrisikozonen
Layer 16: Hochwasseranschlaglinien
Layer 17: Hochwasserüberflutungsflächen
Layer 18: Fernwärmenetz -Versorgungsgebiet
Layer 19: potenzielle Speicherstandorte
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GIS-generierte Themenkarten:
Themenkarte Flächenverfügbarkeit:
Themenkarte Flächenwidmung: (Anrainerkonflikte)
Themenkarte Raumordnung: (Wasserschutz- u. Schongebiete, Naturschutzgebiete,
Ökoflächen,, Schutzgebiete f. Erholung, Hochwasserrisikozonen)
Themenkarte Hydrogeologie: Grundwasserhöhen (HGW, NGW), Wasserrechte)
Themenkarte Geologie – Geotechnik: (Geologie, Bohraufschlüsse, etc.)
Themenkarte Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet, Fernwärmenetz
Basierend auf diesen thematischen Karten und den einzelnen vorausgewählten Standorten, erfolgte eine
detaillierte GIS-basierte Erfassung, Analyse, Beschreibung und Bewertung der einzelnen Standorte
entsprechend den zuvor definierten einzelnen Standortfaktoren, einschließlich der Gewichtung und
Darstellung aller Standortfaktoren in einer Standortmatrix.
Zusätzlich zur GIS-basierten Flächenbearbeitung wurden die einzelnen Standorte vor allem auch
hinsichtlich der geologischen und hydrogeologischen Standortbedingungen analysiert und bewertet.
Informationen darüber ergaben sich aus der einschlägigen Fachliteratur, vor allem aber aus den
Bohraufschlussdaten der DORIS-Bohrdatenbank des Landes Oberösterreich und auch den eigenen
Geländebegehungen.
Abbildung 20: Übersicht über das Untersuchungsgebiet (DORIS; OÖLR, 2015)
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Abbildung 21: Der Untersuchungsraum im Luftbild als Basis für die Auswahl potenzieller Standorte (DORIS; OÖLR, 2015).
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Abbildung 22: Gemeindegrenzen (DORIS; OÖLR, 2015).
Die Flächenwidmung im nördlichen und zentralen Stadtbereich zeigt die weite Verbreitung gewerblich-
industrieller Nutzung im Osten des Stadtzentrums, siehe Abbildung 23. Im südlichen Stadtgebiet erweist
sich die Flächenwidmung als äußerst differenziert, siehe Abbildung 24: Neben größeren
Grünlandbereichen, bedingt durch das Wasserschutz- und Schongebiet Scharlinz, die Traunauen und
das Forstareal Schiltenberg, dominieren weite Siedlungsgebiete durchsetzt von Gewerbe- und kleineren
Industriearealen. Das VA-Areal dominiert als größtes zusammenhängendes Industriegebiet an der
Donau und der Traun.
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Abbildung 23: Die Flächenwidmung im nördlichen Stadtgebiet von Linz (DORIS; OÖLR, 2015).
Abbildung 24: Die Flächenwidmung im südlichen Stadtgebiet von Linz (DORIS; OÖLR, 2015).
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Raumordnungskriterien:
Trinkwasser- Brunnenanlagen und zugehörige Wasser-Schutz- und Schongebiete sind aufgrund der
Rangordnung dieser wichtigen Infrastrukturanlagen von vornherein als Standorte auszuschließen.
Die wichtigsten Wasserversorgungs-Anlagen im Projektgebiet sind:
Wasserwerk Harbach
Wasserwerk Plesching
Wasserwerk Scharlinz
Wasserwerk Fischdorf
Wasserwerk Pulgarn
Abbildung 25: Die Wasserschutz- und Schongebiete im Untersuchungsraum vor dem Hintergrund der geologisch- hydrogeologischen Verhältnisse.
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Abbildung 26: Die zonierten Wasserschutz- und Schongebiete sowie die Hochwasser-Risikozonen HQ30 (Überflutungsgebiete) vor dem Hintergrund der Luftbilder (DORIS; OÖLR, 2015).
Abbildung 27: Hydrogeologie und Grundwasserentnahmen im Linzer Zentralraum (Gierlinger & Holub, 2005).
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Abbildung 28: Naturschutzgebiete und Ökoflächen im Raum Linz (DORIS; OÖLR, 2015).
Abbildung 29: Die Grünlandverteilung im Raum Linz (DORIS; OÖLR, 2015).
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Abbildung 30: Naturschutzgebiete, Ökoflächen und Schutzgebiete für Erholung in Relation zu den potenziellen Standorten im Untersuchungsgebiet.
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Abbildung 31: Hochwasser-Risikozonen und Anschlaglinien und deren Bezug auf die potenziellen Standorte: (Urfahr-Plesching, Steyregger Au, Weikerlsee – Ausee)..
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Abbildung 32: Hochwasser-Risikozonen HQ30 (DORIS; OÖLR, 2015).
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Abbildung 33: Hydrogeologie: Das GW-Strömungsfeld innerhalb der hoch durchlässigen alluvialen Sedimente innerhalb der Linzer Bucht und deren Relevanz für die Standorte.
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Abbildung 34: Vereinfachte Geologie und Bohraufschlussdaten im Raum Linz.
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Abbildung 35: Das Versorgungsgebiet der Fernwärme Linz (rot markiert) (Linz AG).
Abbildung 36: Das Fernwärmenetz der Linz AG, sowie die wichtigsten Erzeugungsanlagen, Pumpstationen und Einspeisepunkte als wichtigen Faktor für Netzeinbindung und damit als Kostenfaktor (Linz AG).
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2.3.3 Mögliche Standorte im Raum Linz
Detaillierte Standortbeschreibungen:
Innerhalb des Stadtgebietes von Linz und auch einiger peripherer Randzonen konnten mit Hilfe der GIS-
Vorauswahl zuletzt 24 theoretisch mögliche Standorte für einen Großwärmespeicher ausgewiesen
werden. Alle Standortbeschreibungen sind in Anhang 6.1 des ggst. Schlussberichts enthalten, sie bilden
die Grundlage für die Einzelbewertung.
Zur Objektivierung und Reihung der Standorte wurden die einzelnen Standorte hinsichtlich der zuvor
definierten Kriterien unter Heranziehung der verfügbaren Karten, Bohrungsdaten und raumrelevanten
Daten analysiert und bewertet. Das Ergebnis dieser Bewertung wurde schließlich in einer
Bewertungsmatrix zusammengefasst.
Tabelle 8: Themengruppen und Einzelkriterien für die Ausweisung eines Standortes (vgl. Anhang 6.2).
Flächen-
Verfügbarkeit
Anrainer – Konfliktpotenzi
al Ne
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bin
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Raumordnung – Schutzflächen
Geologie – Geotechnik
Hydrogeologie
Errich- tungs- techn. Aspekt
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Insgesamt wurden 26 Einzelkriterien in 7 Themengruppen zusammengefasst. Alle 24 potenziellen
Standorte wurden detailliert beschrieben und analysiert.
2.3.4 Schematische geologische Standortmodelle als Basis für Baukonzepte
Aufgrund der einzelnen Standortanalysen konnten den 24 Standortoptionen vier standortspezifische
geologisch-hydrogeologische Standortmodelle zugeordnet werden. Sie bilden die Basis für die
Entwicklung der Baukonzepte und Kostenabschätzungen.
Die charakteristischen geologischen und hydrogeologischen Merkmale dieser 4 Modelle sind in der
Folge näher beschrieben.
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Geologisch-hydrogeologisches Standort-Modell 1
Gültig für die Standorte: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,10, 23
Der geologisch-hydrogeologische Untergrund in diesem Modell wird im Wesentlichen durch zwei stark
unterschiedliche Schichtkomplexe charakterisiert:
Eine mächtige tonig-schluffige Schlierabfolge (Robulus-Schlier) wird durch einen hoch durchlässigen,
grundwasserführenden Aquifer innerhalb der Donaualluvionen überlagert.
Der Schlier fungiert dabei gegenüber den Grundwässern innerhalb der Schotter als relativer Grund-
wasserstauer. Die Durchlässigkeit innerhalb der alluvialen Schotter liegt zwischen 1 – 8 x 10-3 m/s.
Die Schlierabfolge liegt teilweise als tonig-schluffiges, lagenweise auch feinsandiges festes und lagiges
Gestein vor. Aufgrund der Klüftung führt der Schlier lokal Kluftwasser.
0,0 m
quartäre Schotter
sandig-kiesig, z.T. Schluffig, wasserführend
kf 2-3*10E-3 m/s
11,0 - 22,0 m
Schlier (meist Robolus Schlier bzw. älterer Schlier)
tonig, klüftig und lagig, fest
z.T.kluftwasserführend
> 60 m
Abbildung 37: Geologisch-hydrogeologisches Standort-Modell 1
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Geologisch-hydrogeologisches Standort-Modell 2
Gültig für den Standort: 20 – Petrinum
Der geologisch-hydrogeologische Untergrund an diesem Standort liegt unmittelbar am Rande des
Kristallins der Böhmischen Masse und wird auch hier im Wesentlichen durch zwei stark unterschiedliche
Schichtkomplexe charakterisiert:
Unter einer in der Mächtigkeit stark schwankenden Lößlehmüberdeckung die auch Reste von
Deckenschottern und Sanden beinhaltet, wird der tiefere Untergrund durch das kristalline Grundgebirge
(Granite und Gneise) der Böhmischen Masse bestimmt. Während die tonig-schluffige Überdeckung als
gering durchlässig einzustufen ist und auch die Deckenschotter zum Teil stark verlehmt sind, können
über dem Kristallin noch kiesige und sandige Horizonte mit lokalem Schichtwasser erwartet werden.
Innerhalb des Kristallins ist mit unergiebigem Kluftwasser zu rechnen.
0,0 m
Quartär: Lößlehmdecke, Deckenschotter
Toig-schluffige bis sandig-kiesige Abschitte, gering wasserführend
10,0 – 33,0 m
> 100m
Kristallines Grundgebirge (Granite und Gneise)
Abbildung 38: Geologisch-hydrogeologisches Standort-Modell 2
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Geologisch-hydrogeologisches Standort-Modell 3
Gültig für die Standorte: 9, 12, 13, 14, 15, 16, 22, 24
Auch hier wird der geologisch-hydrogeologische Untergrund im Wesentlichen durch zwei geologisch
unterschiedliche Schichtkomplexe charakterisiert.
Eine mächtige tonig-schluffige Schlierabfolge (Robulus-Schlier) wird durch Reste von quartären
Deckenschottern und einer mehr oder weniger mächtigen Lößlehmbedeckung überlagert.
Während der Lößlehm als gering durchlässige dichte Überlagerung praktisch kein Grundwasser führt,
sind innerhalb der sandig-kiesigen Deckenschotter Schichtgrundwässer mit geringer bis mittlerer
Ergiebigkeit zu erwarten. Innerhalb der unterlagernden Schlierabfolge, die als tonig-schluffiges,
lagenweise auch feinsandiges, festes Gestein vorliegt, muss aufgrund der Klüftung im Schlier lokal mit
Kluftwasser gerechnet werden.
0,0 m
Quartär: Lößlehmdecke und Ältere Deckenschotter
Tonig-schluffig, sandig-kiesig, z.T.schluffig, gering wasserführend
8,0 – 15,0 m
Schlier (meist Robolus Schlier bzw. älterer Schlier)
tonig, klüftig, geschichtet, fest
z.T.erheblich kluftwasserührend
Gebirgsdurchlässigkeit (K-Wert): 10E-5 bis 10E-8 m/s
> 80 m
Abbildung 39: Geologisch-hydrogeologisches Standort-Modell 3
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Geologisch-hydrogeologisches Standort-Modell 4
Gültig für die Standorte: 17, 18, 19, 21
Da an diesen Standorten keine ausreichend tiefen Bohraufschlüsse vorhanden sind, kann nur aus den
regionalen Aufschlussdaten im Umfeld auf das Auftreten von Linzer Sanden unter den Schlier-
sedimenten rückgeschlossen werden. Zudem ist die Mächtigkeit und Verbreitung der Linzer Sande und
auch des Schlier in diesen Randzonen der Linzer Bucht derzeit nur unzureichend gesichert bzw. völlig
unbekannt. Die geologische Schichtfolge an diesen Standorten stellt sich deshalb aus geotechnischer
als auch hydrogeologischer Sicht als ungünstig dar. In jedem Fall ist bei allen ausgewählten Standorten
eine ausreichend tiefe Vorerkundung im direkten Standortbereich unbedingt erforderlich. Erst damit
können tief liegende Horizonte von Linzer Sanden ausgeschlossen werden.
0,0 m
quartäre Schotter
sandig-kiesig, z.T. Schluffig, wasserführend
kf 2-3*10E-3 m/s
9,0 - 14,0 m
Schlier (meist Robolus Schlier bzw. älterer Schlier)
tonig, klüftig, hart
z.T. erheblich kluftwasserührend
30 – 80 m
Linzer Sande (?) ms-fs, x
sandig-kiesig, schluffig-tonige Lagen
35 – 120 m
Kristallines Grundgebirge (Granite und Gneise)
> 100 m
Abbildung 40: Geologisch-hydrogeologisches Standort-Modell 4
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2.3.5 Grundwasser-Bewirtschaftung in Linz entlang der Donau
Die im energetischen Konzeptteil des Großwärmespeichers angedachte Nutzung der Energieressource
Grundwasser unter Verwendung von Großwärmepumpen könnte insbesondere im dicht verbauten und
hoch industrialisierten Ballungsraum von Linz auch einen wesentlichen Beitrag für die Beladung des
Speichers liefern. Deutlich erhöhte Grundwassertemperaturen und die bereits bestehende
Bewirtschaftung der Grundwässer, vor allem durch die Wasserhaltung entlang der Donau durch das
Verbund-Kraftwerk Abwinden-Asten, bieten dafür ideale Voraussetzungen. Eine Reihe von Pumpwerken
zwischen Urfahr und der Traunmündung fördern Grundwasser mit erhöhter Temperatur direkt in die
Donau. Die langfristig relevanten Förderdaten wurden im Zuge einer Datenerhebung bei der GUT
Gesellschaft für Umwelt und Technik am 14.1.2015 erhoben.
Linz-Urfahr:
Minimum (Liter/s)
Maximum (Liter/s)
Mittelwert (Liter/s)
Abzüglich WW Plesching
(Kühlwasser)
Horizontaldrainage Heilham (1987–2011) 180 390 200 -65
Gesamt verfügbar: 160 l/s
Linz Nord:
Minimum (Liter/s)
Maximum (Liter/s)
Mittelwert (Liter/s)
Pumpwerk Schiffswert: 1998-2011 < 20
Pumpwerk Handelshafen: 1988–2013 200 740 400
Drainage (Pumpwerk) Linz Mitte: 2004-2012 130 200 150
Gesamt: ca. 550 l/s
Chemiepark Linz:
Liter/s
Maximum (Liter/s)
Pumpwerk Tankhafen 80 100
FiC3 – AHP Brunnen 25-40
Chemiepark Kockerei Drainage CL (AHP) 100
B92 (Kühlwasser) 28
B88 (Kühlwasser) 28
Gesamt ca. 206 l/s
VOEST (VA):
Liter/s Tendenz (Liter/s)
Drainage VAL – D 278
Bereich Süd (VOEST) gesamt 1.415 1.660
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In verschiedenen Bereichen entlang der Donau wäre zwischen der Dichtwand und der Donau eine
weitere Grundwasserentnahme (Donau-Uferfiltratbrunnen) von mehreren m³/s möglich.
(z.B. Schüttbereich der Hafenbecken, etc.)
Die Bewirtschaftung der Grundwässer im nördlichen Linzer Stadtbereich wird vor allem durch diverse
Kühlwasserentnahmen und durch Pumpwerke entlang der Donau geprägt.
Abbildung 41: Temperaturverteilung des Grundwassers im Linzer Stadtgebiet, Datenbasis:2003 (Amt OÖ Landesregierung, 2004).
Gesamtentnahmemenge:
Urfahr bis Traunmündung: 2331 l/s (2,33 m³/s)
Wassertemperaturen (Jahresgang): 12 – 18 °C
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Insbesondere im Bereich des Chemieparks und der VA-Werkes treten deutlich erhöhte GW-
Temperaturen auf. Die Grundwässer in diesen Bereichen werden großteils als Kühlwässer genutzt und
schließlich in die Donau abgeleitet.
Abbildung 42: Detail Temperaturverteilung (Legende und Quelle siehe Abbildung 41).
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2.4 Bautechnik / Geotechnik
2.4.1 Grundlagen
Die Projektidee, Überschusswärme zu speichern und im Bedarfsfall abrufen zu können, stellte die
Grundlage für die Dimensionierung des Speicherbauwerkes dar. Anfänglich wurde von einer Kubatur
von 10,0 Mio. m³ 100°C heißen Wassers ausgegangen, für das eine geeignete Bauform gefunden
werden sollte. Die Berücksichtigung der möglichen Wärmequellen und die damit verbundene
Nachladekapazität hat für den Beispielfall Linz das erforderliche Speichervolumen auf 2,0 Mio. m³
verringert.
Speicherbauwerke in dieser Größenordnung wurden bisher noch nie errichtet. Aus diesem Grund
wurden in der vorliegenden Sondierung grundlegende Überlegungen angestellt, welche Baukörper-
formen für ein Speicherbauwerk in Frage kommen würden: Ausgehend von der optimalen Form der
Kugel (geringstes Oberflächen-Volumen-Verhältnis) wurden bautechnisch umsetzbare geometrische
Formen betrachtet.
Die Abbildung 43 macht deutlich, dass mit einem möglichst kugeligen und kompakten Baukörper die
Wärmeverluste reduziert werden können. Ergänzend zu dieser Betrachtung zeigt die Gegenüberstellung
des Verhältnisses Oberfläche zu Volumen (O/V) für unterschiedliche Volumina, dass dieses Verhältnis
mit zunehmender Volumensgröße abnimmt.
Diese Reduktion verläuft allerdings nicht linear und es ist ersichtlich, dass ein möglichst großes Volumen
von über 1,0 Mio. m³ von Vorteil ist. Jenseits dieser Grenze kann kaum mehr eine deutliche
Verbesserung des Verhältnisses O/V erreicht werden.
Abbildung 43: Verhältnis Oberfläche / Volumen in Abhängigkeit vom Volumen und Baukörperform
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In der nachfolgenden Abbildung 44 werden die erforderlichen Abmessungen für eine Kubatur von Volumen 2, Mio. m³ 2,0 Mio. m³ dargestellt und das jeweilige Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ausgewiesen. Innentemperatur 90 °C
Außentemperatur 10 °C
Ellipsoid
Böschungswinkel 44,4 [°]
Abbildung 44: Ermittlung der Abmessungen und Wärmeverluste für unterschiedliche geometrische Baukörper, bei einem Speichervolumen von 2,0 Mio. m³ sowie dem Temperaturniveau von 90°C innen und 10°C außen.
Abmessung 'l1':
Abmessung 'b1':
250 m
250 m
Abmessung 'l2':
Abmessung 'b2':
150 m
150 m
Pyramide
Pyramidenstumpf
Keil
Keilstumpf
Würfel
Form Skizze Eingabe Ergebnis
Grundfläche 'G' 61.575,22 [m²]
Grundfläche 'g' 20.106,19 [m²]
Höhe 51,34 [m]
Oberfläche 136.259,66 [m²]
O/V 6,81 [%]
Wärmeverlust 1.090,08 [kW]
Radius 'R':
Durchmesser 'D':
140 m
280 m
Radius 'r':
Durchmesser 'd'
80 m
160 m
Kegel
Kegelstumpf
Zylinder
Form Skizze Eingabe Ergebnis
Form Skizze Eingabe Ergebnis
Durchmesser 156,25 [m]
Radius 78,13 [m]
Oberfläche 76.699,44 [m²]
O/V 3,83 [%]
Wärmeverlust 613,60 [kW]
Kugel
Form Skizze Eingabe Ergebnis
Achse 'a'
Achse 'b'
300 m
200 m
Achse 'c' 63,66 [m]
Oberfläche 108.726,84 [m²]
O/V 5,44 [%]
Wärmeverlust 869,81 [kW]
Grundfläche 'G' 62.500,00 [m²]
Grundfläche 'g' 22.500,00 [m²]
Höhe 48,98 [m]
Oberfläche 140.994,29 [m²]
O/V 7,05 [%]
Wärmeverlust
1.127,95 [kW]
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Das Oberflächen-Volumen-Verhältnis ist für die Wärmeverluste über die Speicheroberfläche
maßgeblich. Die in der Abbildung angegebenen basieren auf den Annahmen eines Temperaturgefälles
von 80 K und einem U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) der Behälterwandungen von 0,1 W/(m2K).
Aufbauend auf diesen grundlegenden Betrachtungen der Zusammenhänge wurden für die Sondierung
die folgenden wesentlichen Bauformen näher untersucht und bewertet:
Zylindrische Tankspeicher
Bauwerksspeicher
Erdbecken
Kombinierte Bauformen
Unabhängig von den Bauformen sind die folgenden konstruktiven Grundlagen wesentliche Bestandteile
eines Speicherbauwerkes. Aufgrund des Quantensprungs beim Speichervolumen können der Stand der
Technik bzw. bestehende Systeme nur bedingt angewendet werden:
Wandaufbau
Wärmedämmung
Abdichtung
Deckelkonstruktion
Nebenbauwerke
Dauerhaftigkeit / Wartungsfreiheit
Diese Themenbereiche wurden anhand der Beispiele aus der Literatur bearbeitet und existierende und
bewährte Anwendungen wurden dahingehend geprüft, inwieweit diese für einen Großwärmespeicher mit
hohem Temperaturniveau anwendbar sind. In Hinblick auf die geplante vertiefte Machbarkeitsstudie
wurden daraus die erforderlichen Forschungsfragen erarbeitet.
2.4.1.1 Wandaufbau
Die folgenden Aufgaben bzw. Funktionen müssen durch den Wandaufbau eines Heißwasserspeichers
erfüllt werden:
Abdichtung gegenüber dem Speicherinhalt (innen)
Wärmedämmung
Trockenhaltung der Wärmedämmung – z.B. mittels Drainage von Leckagewässer
Abdichtung gegenüber dem Grundwasser (außen)
Schutz der Abdichtungsebene gegenüber dem Untergrund
Ausgleich von Unebenheiten und zusätzliche Abdichtung – z.B. mittels Bentonitmatten
In den folgenden Abbildungen sind exemplarisch verschieden ausgeführte Wandaufbauten dargestellt,
die dem heutigen Stand der Technik entsprechen.
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Abbildung 45: Beispiele für Wandaufbauten von realisierten Heißwasser-Wärmespeichern in Deutschland für Temperaturen bis 70°C (Quelle: http://www.itw.uni-stuttgart.de, abgerufen am 25.06.2014).
Abbildung 46: Beispiele für Wandaufbauten von realisierten Heißwasser-Wärmespeichern in Deutschland für Temperaturen bis 100°C (Quelle: http://www.itw.uni-stuttgart.de, abgerufen am 25.06.2014).
Prinzipiell kann zwischen Wandaufbauten für Temperaturen bis 70°C und Wandaufbauten für
Temperaturen bis 100°C unterschieden werden. Diese Unterscheidung resultiert aus dem
beschleunigten Alterungsprozess von Abdichtungsfolien bei höheren Temperaturen (siehe dazu Kapitel
2.4.1.3 Abdichtung).
Für Temperaturen des Speichermediums die unter 70°C liegen kann eine einlagige Auskleidung bzw.
Abdichtung des Speicherbeckens mit einer Abdichtungsfolie in Kombination mit Wärmedämmmaterial
angewendet werden. Diese Ausführung kommt für die Errichtung von Erdbecken zur Anwendung.
Abbildung 47: Erdbecken mit einfacher Folienabdichtung und eingeblasener Wärmedämmung für Temperaturen bis 70°C [14].
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Bei Temperaturen über 70°C werden die Abdichtungsfolien meist mit einem Edelstahlblech vor dem
direkten Kontakt mit dem heißem Medium geschützt.
Abbildung 48: Schematischer Wandaufbau für von innen- (oben) und außenliegende (unten) Wärmedämmung für Temperaturen bis 100°C nach [17].
In dem vorliegenden Projekt betragen die erforderlichen Vorlauftemperaturen rd. 100°C. Eine Aus-
kleidung der Speicheroberfläche mit Edelstahlblech erscheint aufgrund der hohen Kosten nicht
wirtschaftlich. Aus diesem Grund ist für diesen Großwärmespeicher eine Weiterentwicklung der
bekannten Technologien erforderlich.
Für einen möglichen Wandaufbau des Großwärmespeichers wird der innovative Ansatz verfolgt, als
innerste Schicht Hochleistungsbeton einzusetzen, der sowohl abdichtende als auch wärmedämmende
Funktion erfüllen kann. Der Beton schützt die darunter liegende Folienabdichtung, welche eine
Durchfeuchtung der Wärmedämmung verhindern muss. Gegenüber dem Erdreich ist die Wärme-
dämmung ebenfalls mit einer Folienabdichtung versehen und, in Abhängigkeit von Grundwasser-
vorkommen, mit einer Bentonitmatte oder Drainagematte geschützt. Siehe dazu Abbildung 49 und
Abbildung 50.
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Abbildung 49: Möglicher Wandaufbau für den GWS als Erdbecken
Abbildung 50: Möglicher Wandaufbau für den GWS bei Ausführung eines senkrechten Baugrubenverbaus
Für die Beurteilung ob eine solcher Wandaufbau die oben angeführten Anforderungen erfüllt, ist es
erforderlich, intensive Materialuntersuchungen der einzelnen Komponenten und des Gesamtsystems
durchzuführen. Insbesondere die Zusammensetzung der Rezeptur des Hochleistungsbetons stellt
nennenswerten Forschungsbedarf dar.
Die Fragestellungen des Wandaufbaus sind auch im Zusammenhang mit dem Standort bzw. mit den
geologischen Verhältnissen und den erforderlichen Tiefbaumaßnahmen zu sehen. Das anstehende
Erdreich und die dadurch erforderliche Bauweise können die Wahl des Wandaufbaus maßgeblich
beeinflussen. Für die Ausführung eines senkrechten Baugrubenverbaus wäre der folgende Wandaufbau
eine mögliche Ausführungsvariante.
Diese komplexe Problemstellung für einen optimalen Wandaufbau stellte einen ersten Forschungs-
schwerpunkt für die vertiefte Machbarkeitsstudie dar. Die Erkenntnisse aus den Materialuntersuchungen,
den konstruktiven Anforderungen und den Anforderungen zufolge Geologie und Tiefbau werden für eine
Speichermodellierung zusammengeführt, um in weiterer Folge die Gesamtwärmeverluste und den
Speichernutzungsgrad ermitteln zu können.
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Die prognostizierten Wärmeverluste über die Speicheroberfläche sind von maßgeblicher Bedeutung für
die Gesamtsystemeffizienz und damit für die Wirtschaftlichkeit. Bei der Ermittlung der möglichen
Wärmeverluste sind, neben dem Speicherdesign, der Speicherbauform und den (hydro-)geologischen
Verhältnissen, auch die Einsatzgrenzen der jeweiligen Wandmaterialien zu berücksichtigen. Aus diesem
Grund wird es notwendig, ein eigenes Engineering Tool zu entwickeln, das die Beurteilung folgender
Einflussfaktoren ermöglicht:
Einfluss der Wahl des Dämmstoffs auf die Konstruktion des Wärmespeichers
Einfluss der Konstruktion des Wärmespeichers auf die Wahl des Dämmstoffs bzw.
Dämmstoffsystems
Berücksichtigung von Wärmetransport im Erdreich durch Wärmeleitung und Konvektion
2.4.1.2 Wärmedämmung, Wärmeverluste
Die Wärmedämmung für einen Großwärmespeicher muss den folgenden Anforderungen entsprechen:
Möglichst hoher Wärmeübergangswiderstand [m²K/W]
Hohe Druckfestigkeit (bis zu 6 bar entspricht. 60 t/m² bzw. 600 kPa)
Geringe Wasseraufnahme – Dauerhaftigkeit der Wärmedämmung
Leichte Verarbeitbarkeit
geringe Kosten
Die folgende Abbildung 51 gibt einen Überblick über die derzeit am Markt verfügbaren und bekannten
Wärmedämmstoffe bzw. -verfahren (Vakuumisolierung), die bei Wärmespeichern grundsätzlich
einsetzbar sind. Es lassen sich zwei Möglichkeiten des Einbaus unterscheiden:
1. Befestigung von Wärmedämm-Platten oder -Matten (z.B. XPS, EPS, PUR/PIR, Mineral- bzw.
Steinwolle und Schaumglasplatten)
2. Einbringen von schüttfähigen Dämmstoffen (z.B. Schaum- oder Blähglasgranulate, Blähton)
Als neueste Entwicklung bei kleinen Heißwasserspeichern ist der Einsatz von Vakuumisolation
(Thermoskannen-Prinzip) anzuführen.
Abbildung 51: Einteilung existierender Wärmedämmstoffe für den Einsatz bei Langzeit-Wärmespeichern.
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Die besonderen Anforderungen an die Wärmedämmung des Speichers ergeben sich zufolge der hohen
Temperatur (hauptsächlich im oberen Bereich des Speichers) und zufolge des hohen Wasserdruckes
(im unteren Bereich des Speichers). Bei der Dimensionierung des Speicherbauwerkes wird von einer
60 m hohen Wassersäule ausgegangen, dies entspricht einem Druck von 6 bar bzw. von 60 t/m² oder
600 kPa am Speicherboden.
Von großem Interesse sind jene Wärmedämmmaterialein, welche einerseits einen sehr geringen
Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) aufweisen und andererseits eine hohe Druckfestigkeit. Im
Zuge der Sondierung wurden die am Markt verfügbaren Produkte recherchiert und die Ergebnisse sind
in Tabelle 9 zusammengestellt. Jene Produkte, die eine für die gegebenen Anforderungen ausreichende
Druckfestigkeit aufweisen wurden der Tabelle grün gekennzeichnet.
Tabelle 9: Wärmedämmstoffe und zughörige Druckfestigkeiten
Produktbeschreibung U-Wert
[W/(m*K)] max. Druckfestigkeit
[to/m²] [kPa]
Austrotherm XPS Premium 30 SF 0,029 30 to/m² 300 kPa
Austrotherm XPS TOP 30 SF 0,038 30 to/m² 300 kPa
Austrotherm XPS TOP 50 SF 0,038 50 to/m² 500 kPa
Austrotherm XPS TOP 70 SF 0,038 70 to/m² 700 kPa
Styrodur 3035 CS 0,040 13 to/m² 130 kPa
Styrodur 4000 CS 0,038 18 to/m² 180 kPa
Styrodur 5000 CS 0,038 25 to/m² 250 kPa
GEOCELL Schaumglasschotter 0,080 28 to/m² 275 kPa
veriso Schaumglas 0,080 23 to/m² 230 kPa
ecoglas Schaumglasschotter 0,080 27 to/m² 270 kPa
Compacfoam 150 0,040 78 to/m² 780 kPa
Compacfoam 300 0,053 239 to/m² 2.390 kPa
Foamglas T4+ 0,041 60 to/m² 600 kPa
Foamglas S3 0,038 40 to/m² 400 kPa
Wesentliche Bedeutung für die Dauerhaftigkeit der Wärmedämmung hat deren Wassergehalt: Je höher
der Wassergehalt im Wärmedämmmaterial ist, umso größer ist der Wärmedurchgang durch die
Wärmedämmung (respektive die Wärmeverluste). Aus diesem Grund muss das Material gegen
eindringende Feuchte geschützt werden. Dabei kann es sich sowohl um direkten Wasserzutritt handeln
als auch um Zutritte in Form von Wasserdampf, was im Deckelbereich, aufgrund der dort herrschenden
hohen Innentemperatur, ein wesentliches Problem darstellt. Dafür sind entsprechende Abdichtungsfolien
erforderlich. Bei unterirdisch angeordneten Speichern ist zusätzlich eine (außen liegende) Abdichtung
gegenüber allfällig vorhandenem Grundwasser erforderlich.
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2.4.1.3 Abdichtung
Abdichtungen, die in Langzeit-Wärmespeichern eingesetzt werden, müssen nicht nur über eine
technische Wasserdichtheit verfügen, sondern auch gewisse Mindestanforderungen bezüglich ihrer
Temperatur- und Hydrolysebeständigkeit sowie Langzeitstabilität erfüllen. Darüber hinaus müssen sie an
ihren Fugen schweißbar sein, bzw. generell positive Verarbeitungseigenschaften aufweisen (z.B. sollte
eine Verlegung bei allen Außentemperaturen möglich sein). [16]
Bei den für das ggst. Projekt GWS angedachten Flächenausmaßen der Speicher(innen)wandungen sind
darüber hinaus auch die Material- und Verlegekosten für die Abdichtungsbahnen äußerst relevant. Nach
fertiggestellter Auskleidung ist eine Dichtheitskontrolle (Leckageprüfung) durchzuführen, allfällig
festgestellte Fehlstellen müssten sorgfältigst saniert werden.
Für die Abdichtung von großen Wasserwärmespeichern kommen bereits heute Kunststoffhalbzeuge
(sogenannte Liner) zum Einsatz. Bislang in Pilot- und Forschungsspeichern eingesetzte Abdichtungen
bestehen aus HDPE, PP, PVC, TPE, EPDM, IIR oder Bitumen (ECB). Die Lebensdauer von polymeren
Abdichtungen ist einerseits stark vom umgebenden Medium abhängig und andererseits von der
beanspruchenden Temperatur. Eine Hauptanforderung an den Kunststoffliner ist derzeit dessen
Langzeitbeständigkeit (>20 Jahre), bei Temperaturen von 60 bis 90°C. Im gegenständlichen Projekt
liegen die Anforderungen mit einem Betriebstemperaturfenster zwischen 80° bis zu 100°C nochmals
deutlich höher.
In existierenden (kleineren) Speicherbauwerken mit ähnlich hohem Temperaturniveau werden Edelstahl-
innenauskleidungen verwendet, wie etwa das Beispiel in Abbildung 52 zeigt.
Aufgrund der hohen Materialkosten von Edelstahl ist eine derartige Auskleidung bei einem Speicher der
angedachten Kubatur jedoch nicht wirtschaftlich sinnvoll.
Aus diesem Grund wird die Idee einer Betonauskleidung verfolgt. Der Beton muss dabei einerseits die
Funktion der Abdichtung übernehmen und andererseits auch eine Wärmedämmfunktion erfüllen, damit
die darunter liegenden Schichten (PE-Folie, Wärmedämmung) vor den hohen Temperaturen geschützt
werden.
Abbildung 52: Wandaufbau Wärmespeicher in München (5.700 m³ Speichervolumen) [22]
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2.4.1.4 Deckenkonstruktion
Es bestehen drei prinzipielle Möglichkeiten zur Abdeckung großer Wasserflächen, wie sie auch in
Abbildung 53 schematisch dargestellt sind:
- abgestützte Konstruktion
- frei tragende Konstruktion
- schwimmende Abdeckung
Alle genannten Möglichkeiten stellen den Stand der Technik für Warmwasserspeicher der üblichen
Dimension dar.
Abbildung 53: Bautechnische Möglichkeiten der Behälterabdeckung (Grafiken nach [15])
Für die Ausführung der Abdeckung des angedachten Speicherbeckens erscheint es notwendig, diese so
zu wählen, dass eine Begehbarkeit oder sogar Befahrbarkeit ermöglicht wird. Darüber hinaus ist damit
zu rechnen, dass es zu Wärmeverlusten über den Deckel kommt, was gleichzeitig nutzbare Abwärme
darstellt. Die folgenden Nutzungsmöglichkeiten der Speicheroberfläche wurden daher bisher überlegt:
- Gärtnerei
- Parkanlagen- Gewächshäuser
- Freizeitanlage
Damit die oben genannten Nutzungen ermöglicht werden könnten, sind rechnerische Flächenlasten von
6 kN/m² (600 kg/m²) auf die Speicherabdeckung anzusetzen.
Eine Behälterabdeckung mittels einer auf Zwischenstützen aufgelagerten Stahlbetonplatte stellt statisch-
konstruktiv eine konventionelle Lösung nach dem Stand der Technik dar, was sich auch in der
Wirtschaftlichkeit der Lösung widerspiegelt. Mit dieser konventionellen Abdeckung können Flächenlasten
in der oben angegebenen Größenordnung abgeleitet werden. Für die gegebene Nutzungsanforderung
einer auf Betriebsdauer des Speichers nicht mehr möglichen Zugänglichkeit des Speicherinneren
scheidet eine abgestützte Speicherabdeckung jedoch aus. Ein tragendes Konstruktionselement, wie es
die Zwischenstützen darstellen, müsste in regelmäßigen Abständen hinsichtlich seiner statischen
Funktionsfähigkeit geprüft werden können. Dies würde ein wiederholtes Entleeren des gesamten
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Speicherinhalts während der Speicherbetriebszeit bedeuten, was jedoch bei der angedachten
Füllungskubatur nicht in Frage kommt.
Als frei tragende Behälterabdeckung sind abgespannte ebene oder gekrümmte Stahlbeton-
konstruktionen bzw. Seilnetze mögliche Lösungen für die erforderlichen Spannweiten von bis zu 250 m.
Weltweit existieren allerdings keine Ausführungsbeispiele von vergleichbaren Konstruktionen. Außerdem
sind die angedachten Nutzungsmöglichkeiten nur sehr schwer realisierbar und diese Konstruktionen
sehr aufwendig und somit sehr kostenintensiv. Aus diesem Grund werden die frei tragenden
Behälterabdeckungen nicht weiterverfolgt.
Als realistische und vergleichsweise kostengünstigste Abdeckung einer Wasseroberfläche mit der
angedachten Ausdehnung kommt nach Sondierung aller Möglichkeiten nur ein schwimmender Deckel,
mit starrem oder modularem Aufbau in Betracht. Auch die angedachten Flächenlasten lassen sich mit
einer solchen Lösung realisieren.
Wasserspiegelschwankungen im Speicherbetrieb
Wesentlichen Einfluss auf die Ausbildung einer Schwimmdecke haben jedoch die unvermeidbaren
Wasserspiegelschwankungen infolge der Temperaturänderungen des Speichermediums im Speicher-
betrieb. Für ein Volumen von 2,0 Mio. m³ und einer Beckentiefe von 50 m, bei senkrechten Wänden
ergeben erste Abschätzungen bei einer Temperaturschwankung von 60°C bis 100°C eine Änderung
des Wasserspiegels von 1,25 m. Bei einem Erdbecken mit geböschten Wänden und entsprechend
größerer Wasserspiegelfläche als Basisfläche ergeben sich geringere Wasserspiegelschwankungen.
Die Volumenänderungen im Speicherinneren, und damit auch die Wasserspiegelschwankungen, erfolgt
sehr langsam. Für die technische Lösung stehen daher folgende drei Möglichkeiten zur Verfügung:
1. Konstanter Wasserspiegel
Damit der Schwimmdeckel auf konstantem Niveau gehalten werden kann und keine beweglichen
Übergangskonstruktionen erforderlich sind, muss der Wasserspiegel durch entsprechende
Regeltechnik und Ausgleichsbehälter konstant gehalten werden. Für die oben angegeben
Wasserspiegelschwankung von 1,25 m ergibt sich, bei einer Wasseroberfläche von
250 m x 250 m, das erforderliche Ausgleichsvolumen zu 78.125 m³. Ein entsprechend großes
Ausgleichsbecken müsste, wie der eigentliche Speicher, rundum wärmegedämmt werden.
2. Luftpolster
Die Volumenänderung wird durch ein Luftpolster, welches unter dem Schwimmdeckel, auf der
Wasseroberfläche situiert ist, ausgeglichen. Dafür wäre es erforderlich, flach auf der
Wasseroberfläche liegende Luftballons entsprechend dem Wasserstand mit Luft zu füllen bzw.
abzulassen und somit die Lage des Schwimmdeckels konstant zu halten. Mit dieser Lösung
könnte das vergleichsweise aufwendige (Wärmegedämmte) Ausgleichsbecken entfallen, gleich-
zeitig bietet das Luftpolster eine zusätzliche Ebene der Wärmedämmung des Schwimmdeckels.
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3. Bewegliche Schwimmdecke
Die technologisch einfachste Lösung stellt eine Schwimmdecke dar, die sich mit den
Schwankungen des Wassersspiegels mitbewegt. Dadurch können sämtliche aufwendige
Regeltechniken, Ausgleichsbauwerke und wartungsintensiven Ausrüstungen entfallen. Dafür ist
jedoch die technische Ausführung der Beckenabdeckung erheblich aufwendiger. Es muss
gewährleistet sein, dass der Schwimmdeckel am Rand die erforderliche Bewegungsmöglichkeit
hat und die Wärmeverluste über diese Konstruktion minimal gehalten werden. Darüber hinaus
wird durch diese bewegliche Fuge die Nutzungsmöglichkeit der Behälteroberfläche eingeschränkt
bzw. erfordert zusätzlich Maßnahmen für eine gefahrenfreie Benutzung.
Eine weitere wesentliche Randbedingung für einen Schwimmdeckel ist die Bauphase. Es wird davon
ausgegangen, dass die Erstfüllung des Beckens mit bereits vorgewärmtem Wasser erfolgt, da
andernfalls die Zeitdauer für die Behälterbefüllung mit anschließender Aufheizung des Wassers zu lange
beanspruchen würde. Damit die Wärmeverluste während des Füllvorgangs minimiert werden können,
muss der Schwimmdeckel bereits in der Auffüllphase auf die Wasseroberfläche aufgebracht werden und
mit dem ansteigenden Wasserspiegel „mitwachsen“. Bei einer Erdbecken-Bauform des Speichers ergibt
sich aufgrund der geböschten Beckenwandung daraus die Erfordernis, dass der Aufbau des Deckels
modular erweiterbar sein muss, um die sich während der Befüllung stetig vergrößernde Wasser-
oberfläche abdecken zu können.
Folgende mögliche Systeme für eine schwimmende Behälterabdeckung sind bekannt:
- Stahl-Ponton
- Hohlkammer-Betonfertigteile
- Modulare Leichtbaukonstruktionen mit integrierter Wärmedämmung
- Schwimmsteg – Systeme
Abbildung 54: Beispiele für Schwimmstege und Schwimmpontons [Bildquellen (abgerufen 15.05.2015): links: http://www.rentafloat.eu/photos/frequency-schwimmende-bruecke.tn.jpg, rechts: http://www.oeswag-werft.at/sites/default/files/Baggerponton_Villach_3_0.jpg ]
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2.4.1.5 Nebenbauwerke
Aufgrund des Platzbedarfs des Speicherbauwerkes muss davon ausgegangen werden, dass der
Speicher nur in den seltensten Fällen im unmittelbaren Nahbereich der bestehenden Einrichtungen für
das Fernwärmenetz situiert werden kann. Aus diesem Grund werden die erforderlichen Nebenbauwerke
jeweils dem Speicher und dem Fernwärmenetz zugeordnet und nachfolgend mitsamt ihrer Funktionen
beschrieben:
Nebenbauwerke in Speichernähe
Pumpschächte (PS)
Die Be- und Entladung des Speichers erfolgt über vier Pumpschächte (Abmessungen ca. 20 m x
20 m), die rund um den Speicher anzuordnen sind und auch dieselbe Tiefe wie der
Wärmespeicher haben. Damit die Betriebskosten gering gehalten werden können, werden
Gravitationspumpen verwendet, die in Pumpenschächten situiert werden und eine gleichmäßige
Be- und Entladung gewährleisten.
Fernwärmeübergabestation – Wärmeaustauscher (WT)
Die Übergabe der Wärme aus dem Speicher an das Fernwärmenetzt erfolgt mittels Wärmeaus-
tauscher.
Fernwärmeleitung – Anbindung ans Fernwärmenetz
Die Anbindung des Speichers an das Fernwärmnetz erfolgt über Fernwärmeleitungen. Für das
Beispiel Linz ist eine Förderleistung von 6.000 m³/h vorzusehen, was einen Leitungsdurchmesser
von 1000 mm erfordert.
Drainagebauwerke
In Kombination mit den Pumpschächten oder in eigenen Schächten erfolgt die Überwachung der
Drainageeinrichtung. In diesen Schächten werden die Drainagewässer zusammengeführt
kontrolliert und abgeleitet.
Betriebsgebäude Kontroll- und Überwachungszentrum
Für die Steuerung und Kontrolle des Speicherbetriebes wird ein Betriebsgebäude errichtet.
Nebenbauwerke im Fernwärmenetz
Am Beispiel Linz wird im Folgenden die vorhandene Infrastruktur der Fernwärme (Linz AG) beschrieben,
welche in Kombination mit dem Großwärmespeicher genutzt werden kann, siehe auch Abbildung 55.
Reststoffheizkraftwerk (RHKW)
Das Reststoffheizkraftwerk liefert die Grundlast für die Fernwärmeversorgung. Das Kraftwerk wird
durchgehend betrieben und nur im Juli für Wartungszwecke abgeschaltet. Die jährlichen Betriebs-
stunden betragen somit rd. 8.000 h.
Biomasse Kraftwerk (BKW)
Als Ergänzung zur Grundlast wird in den Wintermonaten das Biomassekraftwerk eingesetzt.
Spitzenspeicher (SSP)
Der Spitzenspeicher, mit einem Speichervolumen von 35.000 m³, kann kurzfristige (12 h – 24 h)
Fernwärmebedarfsspitzen abdecken.
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Fossile Kraftwerke (GUD)
Im kältesten Monat, mit der maximalen Fernwärmeanforderung (im Modelljahr 2012 war dies der
Februar), ist es erforderlich, ein GUD Kraftwerk zuzuschalten, um die Spitzenabdeckung zu
gewährleisten.
Speicheranbindung (Übergabe)
Eine Übergabestation gewährleistet die Einbindung des Großwärmespeichers, der mit
Fernwärmeleitungen (D = 1.000 mm) angebunden wird.
Wärmepumpen (WP)
Die Wärmepumpen müssen in der Nähe der Kraftwerke situiert werden, damit in Kombination mit
den Kesselheizungen der Kraftwerke das erforderliche Temperaturniveau erreicht werden kann.
Die Speicheranbindung erfolgt über die Übergabestation.
Abbildung 55: Schemabild der erforderlichen Nebenbauwerke eines Großwärmespeichers
2.4.1.6 Dauerhaftigkeit des Bauwerks
Das Speicherbauwerk soll für eine Betriebsdauer von 50 Jahren ausgelegt werden. Damit ein möglichst
wartungsfreier Betrieb möglich ist, sollen die folgenden Grundsätze eingehalten werden:
Druckloser Speicher
Keine Durchdringung der Außenhaut im Speicherbecken
Zu- und Ableitungen ausschließlich über (durch) den Deckel
Durch Sicherheits- und Kontrollmaßnahmen ist die Dauerhaftigkeit des Bauwerkes zu gewährleisten.
Dazu gehören bspw. Temperatursensoren, welche durch ihre räumliche Anordnung eine mögliche
Leckage nicht nur anzeigen, sondern auch orten lassen. Weiters sind Drainagemöglichkeiten
RHK
BKW
GUD
WP
Linz – Fernwärmenetz
FERNWÄRMENETZ SPEICHER
P
Speicher P
P
SS
P
Überg
abe
WT
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vorzusehen, die gewährleisten, dass die Wärmedämmung nicht durchfeuchtet werden kann. Die
Ableitung der Drainagewässer erfolgt in die Pumpschächte in denen ein Monitoring erfolgen kann.
Setzungen
Unter Setzung versteht man ganz allgemein die vertikale Verschiebung der Sohlfläche eines Bauwerks,
bzw. dessen Gründung. Sie werden durch Belastungen verursacht, die zu Spannungsänderungen im
Untergrund führen. Wenn die Setzungen unter der Fundamentfläche in betragsmäßig gleicher Höhe
auftreten, dann spricht man von gleichmäßigen Setzungen. Entwickeln sich die Setzungen
unterschiedlich unter der Fundamentfläche, so erhält man sog. Setzungsunterschiede. Letztere können
zu Schiefstellungen bzw. Verkantungen des Bauwerkes führen, wodurch – in Abhängigkeit von der
Größe der Setzungen – die Gebrauchstauglichkeit des Gebäudes dadurch beeinträchtigt werden kann.
Wichtige Ursachen für Setzungen sind:
Zusammendrücken des Untergrundes durch Aufbringen von Bauwerkslasten (elasto-plastische
Verformung des Bodens)
Grundwasserspiegeländerungen (verursacht Spannungsänderungen im Untergrund durch den
Wegfall des Auftriebes bzw. den Auftrieb)
Frosteinwirkungen (Frosthebungen und -setzungen)
Grundwasserströmungen (Ausspülen von Feinteilen verbunden mit einer Erhöhung des
Hohlraumgehaltes im Untergrund)
Schrumpfen bindiger Böden durch Austrocknen des Bodens
Die Gesamtsetzungen setzen sich aus folgenden Setzungskomponenten zusammen:
1. Sofortsetzungen treten unmittelbar nach der Lastaufbringung ein und werden in einem
gesättigten Boden durch Scherverformungen bei Volumenkonstanz verursacht.
2. Primärsetzungen (Konsolidationssetzungen) treten infolge der Dissipation der Porenwasser-
drücke ein (Volumenänderung) und sind deswegen zeitabhängig.
3. Sekundärsetzungen (Kriechsetzungen) zeigen sich häufig nach dem Ende des Porenwasser-
druckausgleichs als zeitabhängiger Vorgang (sowohl Scher- als auch Volumenverformungen).
In der Bodenmechanik werden Spannungen und Verformungen im Boden in der Regel nach der
Elastizitätstheorie behandelt.
Setzungsberechnungen werden jedoch stets mit Unsicherheiten behaftet sein, was primär an den
natürlichen Inhomogenitäten und Anisotropien des Untergrundes liegt, aber auch an den notwendigen
Idealisierungen seitens der Bodenmechanik. Weiters haben auch die Bauwerksstatik und vor allem die
Bauausführung einen Einfluss auf die tatsächlichen Bauwerkssetzungen. Darüber hinaus können örtlich
wechselnde Bodeneigenschaften die Setzungen bzw. Setzungsdifferenzen wesentlich stärker
beeinflussen als z.B. Unterschiede in den diversen (erprobten) Berechnungsverfahren. Aus diesem
Grund sind – vor allem bei übergeordneten Bauwerken – Setzungsbeobachtungen (Setzungsmessung)
von großer Bedeutung. Dazu werden an ausgewählten Punkten des entstehenden oder fertigen
Bauwerks (und ggf. auch des umliegenden Geländes) Messpunkte angebracht und die Größe und der
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zeitliche Verlauf der Verschiebungen (insbesondere die lotrechten Lageänderungen) werden
wiederkehrend gemessen. Dies dient nicht nur zur Kontrolle der rechnerischen Setzungsprognose,
sondern gegebenenfalls kann noch eine Einflussnahme auf den Bauablauf erfolgen, um befürchtete oder
nicht völlig ausgeschlossene Folgeschäden abzuwenden.
Erdbeben
In ÖNORM EN 1998-4 (Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben – Teil 4: Silos, Tank-
bauwerke und Rohrleitungen) ist gefordert, dass, abhängig von den Merkmalen und dem Verwendungs-
zweck des betrachteten Bauwerks, die Schadensbegrenzungszustände „volle Integrität“ und/oder
„minimale Betriebsfähigkeit“ einzuhalten sind. Die „volle Integrität“ erfordert, dass das betrachtete
Tragwerk und die zugehörigen spezifischen Elemente unter den relevanten seismischen Einwirkungen
voll funktionsfähig und dicht bleiben. Die Anforderungen an die „minimale Betriebsfähigkeit“ beinhalten,
dass das betrachtete Tragwerk mit seinen Bauteilen Schäden an einigen seiner Elemente erleiden kann.
Das Schadensausmaß ist jedoch so zu begrenzen, dass nach Schadenskontrollmaßnahmen die
Funktionsfähigkeit des Systems bis zu einem bestimmten vordefinierten Grad wiederhergestellt werden
kann.
Die Höhe des Erdbebenschutzes von Tanks oder Silos und den zugehörenden Rohrleitungsnetzwerken
ist abhängig von der Zahl der betroffenen Menschen und den möglichen wirtschaftlichen Verlusten
infolge des Versagens des Einzelbauwerks. Für eine Beurteilung werden die Bauwerke in verschiedene
Bedeutungsklassen eingeteilt:
In Abhängigkeit von der tatsächlichen Bauform des Linzer Großwärmespeichers wird bezüglich
Erdbebensicherheit die Bedeutungsklasse III oder IV anzusetzen sein.
Die rechnerisch anzusetzenden seismischen Einwirkungen zur Ermittlung der seismischen
Beanspruchungen auf den Großwärmespeicher ergeben sich gemäß ÖNORM B 1998-1 (Eurocode 8:
Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben – Teil 1: Grundlagen, Erdbebeneinwirkungen und Regeln
für Hochbauten). Linz ist demzufolge der Zonengruppe 0 zuzuordnen, mit einer Referenzboden-
beschleunigung (in horizontaler Richtung) von agR = 0,31 m/s².
Darüber hinaus ist nach ÖNORM EN 1998-5 (Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben
– Teil 5: Gründungen, Stützbauwerke und geotechnische Aspekte) eine Untersuchung des Baustellen-
standorts gefordert, um die Beschaffenheit des tragfähigen Bodens zu bestimmen, damit sichergestellt
Klasse I Situationen mit geringen Risiken für Menschen und vernachlässigbaren
ökonomischen und sozialen Auswirkungen im Versagensfall
Klasse II Bauwerke und Anlagen mit mittleren Risiken für Menschen und (geografisch)
lokalen ökonomischen und sozialen Auswirkungen im Versagensfall
Klasse III Bauwerke und Anlagen mit hohen Risiken für Menschen und großen
ökonomischen und sozialen Auswirkungen im Versagensfall
Klasse IV Bauwerke und Anlagen außerordentlich großen Risiken für Menschen und
ökonomischen und gesellschaftlichen Auswirkungen im Versagensfall
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wird, dass die Gefährdungen im Erdbebenfall (durch z.B. Grundbruch, Hangrutschung, Bodenver-
flüssigung) möglichst gering gehalten werden.
2.4.1.7 Baurechtliche Grundlagen
Gemäß Österreichischem Wasserrechtsgesetz ist für Talsperren, deren Höhe über Gründungssohle
15 m überschreitet oder bei Speichern, durch die eine Wassermenge von mehr als 500.000 m³
zurückgehalten wird, ein Gutachten der Staubeckenkommission einzuholen. Für den gegenständlichen
Großwärmespeicher wären gemäß [6] im diesbezüglichen Einreichprojekt zumindest folgende Themen
zu behandeln:
Hydrografie und Wasserbau (Hochwassersicherheit von Talsperren) nicht projektrelevant
Ingenieurgeologie:
o Durchführung ausreichender projekt- und standortbezogener Untergrunderkundungen in
der Aufstandsfläche der Sperre, den Fundierungsbereichen von Betriebseinrichtungen
sowie allen Untertagebauten
o Ausarbeitung eines ingenieurgeologischen Untergrundmodells mit quantitativen Aussagen
über Schicht- und Überlagerungsmächtigkeiten, geologischen Strukturen, Kluft- und
Grundwasserverhältnissen sowie geotechnischen Kennwerten
Statik und Sperrentechnik (Staumauern):
o Darstellung, Beschreibung und Dimensionierung der Konstruktionselemente
o Beschreibung der Betone inkl. Einbringungsmaßnahmen
o konstruktive Anschlüsse an Baukörper und Durchdringungen von Dichtebenen
o Lage und Funktion von Drainageleitungen
o Standsicherheitsnachweise
o Beschreibung / Darstellung der Messeinrichtungen während und nach Errichtung des
Bauwerks
o Beschreibung der Bauabwicklung
o Stauprogramm für den Ersteinstau
Bodenmechanik und Dammbau:
o Geotechnische und bodenmechanische Untersuchungen der Dammaufstandsfläche
o Drainagekonzept
o Standsicherheitsnachweise
o Mess- und Beobachtungseinrichtungen während und nach Errichtung des Bauwerks
o Beschreibung der Bauausführung, Ausführungsüberwachungsprogramm
o Einstauprogramm und Probestau
Stahlwasserbau (Verschlussorgane, Rohrleitungen)
Materialbewirtschaftung:
o Kategorien der anfallende Ausbruch- bzw. Aushubmaterialien
o Orte und zeitliche Verteilung des Materialanfalls
o Materialaufbereitungsanlagen
o Zwischendeponien und Deponien, Transportwege und –mittel, zeitliche Verteilung
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Untertagebauwerke
Talsperrenverantwortliche, Sperrenbetreuung (ist auf der Betreiberseite für alle Erhebungen und
Maßnahmen zuständig, die der Sicherheit der Talsperre dienen)
Angaben zu Betrieb, Wartung und Instandhaltung
o Mess- und Beobachtungsprogramm zur Kontrolle der Stauanlage
o Betriebsordnung, Sperrenkontrollbuch
o Maßnahmen zum Objektschutz
2.4.1.8 Baukosten – Grundlagen
Aus der Erfahrung von bereits realisierten Heißwasser-Wärmespeichern sind die maßgeblichen Kosten-
anteile für die Bauherstellung bekannt. Wie in Abbildung 56 dargestellt, sind neben den Erdaushub- und
Tragwerkskosten vor allem die Kosten für Wärmedämmung und Wandauskleidung (Abdichtung)
relevant.
Rottweil (Tank 600 m³) Friedrichshafen (Tank 12.000 m³) Hamburg (Tank 4.500 m³)
Abbildung 56: Beispiele für die Zusammensetzung der Baukosten von realisierten Heißwasser-Wärmespeichern in Deutschland (Quelle: http://www.itw.uni-stuttgart.de, abgerufen am 25.06.2014, verändert).
Die Investitionskosten von Langzeit-Wärmespeichern nehmen mit steigendem Speichervolumens
signifikant ab, wie bspw. aus Abbildung 57 hervorgeht. Bei mittelgroßen Speichern (zwischen 3.000 und
6.000 m³) wird ein deutlicher Zusammenhang zwischen den Baukosten und dem Speichertypus
erkennbar. [22]
Ein Vergleich der Investitionskosten verschiedener Anlagen ist jedoch nur bedingt sinnvoll: Zu
unterschiedlich sind die jeweiligen Standortbedingungen, die thermischen Leistungsfähigkeiten und
Nutzungsgrade. Zudem führt die laufend fortschreitende technische Entwicklung zu einer zunehmenden
Kostenoptimierung von jüngeren Anlagen.
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Abbildung 57: Spezifische Bruttokosten von saisonalen Wärmespeichern (ohne Planungskosten) in Abhängigkeit vom Speichervolumen [22].
2.4.2 Zylindrische Tankspeicher aus Stahl
2.4.2.1 Beschreibung der Bauform
Zylinderförmige Stahltanks stellen eine bewährte Technologie zur Heißwasserspeicherung dar, was
zahlreiche Realisierungsbeispiele der jüngsten Zeit belegen. Dabei finden einerseits ehemalige Öltanks
häufig eine Nachnutzungsmöglichkeit als Heißwasserspeicher. Beispiele hierfür sind der Speicher
Timelkam (siehe Abbildung 58) oder der Fernwärmespeicher Theiß, welcher mit einer Höhe von 30 m
und einem Durchmesser von 50 m (Speicherkubatur rd. 50.000 m³) derzeit auch Europas größter
Heißwasser-Tankspeicher ist.
Abbildung 58: Wärmespeicher Timelkam, Oberösterreich: 20.000 m³ Speicherkubatur.
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Im Betrieb von Wärmespeichern aus ehemaligen Öltanks zeigt sich jedoch erfahrungsgemäß eine im
Vergleich zu schlanken Baukörpern eher schlechtere (instabilere) Schichtung, was auf das unvorteilhafte
Höhen-Durchmesserverhältnis zurückzuführen ist. Weiters ist der nachträgliche Einbau einer Wärme-
dämmung am Speicherboden nicht möglich, hier bildet sich daher im Betrieb eine Isolierschicht aus
kaltem Wasser. Auch wenn diese nur eine rel. geringe Dicke hat, so reduziert sie doch das nutzbare
Speichervolumen – aufgrund der großen Basisfläche – maßgeblich (Beispiel Speicher Timelkam:
Isolierschichtdicke rd. 2 m, Innendurchmesser rd. 36 m [1] Volumensreduktion um ca. 10%.)
Soweit Informationen aus realisierten Projekten zugänglich waren, konnte festgestellt werden, dass kein
maßgeblicher Kostenvorteil durch Umbau und Nachnutzung eines Öltanks im Vergleich zu
Speicherneubauten erzielt wurde. Als kostentreibend ist vor allem die Endreinigung des Öltanks
inklusive Entsorgung der Rückstände anzuführen. [1]
Die Nachnutzung von ehemaligen Industrieobjekten bietet jedoch generelle Standortvorteile, da in
diesen Fällen in der Regel keine dichte Besiedelung oder intensive Freizeitnutzungen und drgl.
vorliegen.
Neu errichtete Stahlzylinder-Tankspeicher der modernsten Bauart weisen eine bezüglich der inneren
Wärmeschichtung vorteilhafte, langgestreckte Bauform auf („Bleistiftform“), wofür sich zahlreiche
aktuelle Ausführungsbeispiele finden, siehe z.B. Tabelle 10.
Tabelle 10: Aktuelle Ausführungsbeispiele für Stahlzylinder-Tankspeicher
H … Tankhöhe [m], D … Tankdurchmesser [m]
Speicher Baujahr H / D [m] Kubatur Anmerkungen
Fernwärmespeicher Linz 2003 / 2004 65 / 26 34.500 m³
Fernwärmespeicher Salzburg Nord 2010 / 2011 29.000 m³
Fernwärmespeicher Wien
Simmering 2012 / 2013 42 / 14 (2x) 11.000 m³
Druckspeicher (6 – 10 bar),
Investitionskosten: 20 Mio. Eur.
Fernwärmespeicher Jena Süd (D) 2010 / 2011 43 / 21 13.000 m³
Stahlzylindertanks sind, aufgrund ihrer geometrischen und statischen Gegebenheiten, i.d.R. oberhalb
der Geländeoberfläche situiert und werden gegenüber der Atmosphäre wärmegedämmt.
Nach Herstellerangaben (Fa. Bilfinger Industrial Technologies) kann eine maximale Bauwerkskubatur
von 150.000 m³ (Höhe 100 m, Durchmesser 43,5 m) realisiert werden. Für die zu erwartenden
Bauwerkslasten im wassergefüllten Zustand sind bei einem normal tragfähigen Baugrund (z.B. sandiger
Kies in zumindest mitteldichter Lagerung) in ausreichender Mächtigkeit keine Sondermaßnahmen zur
Gründung erforderlich, d.h. mit einer entsprechend dimensionierten Bodenplatte kann das Auslangen
gefunden werden.
Großspeicher aus parallel geschalteten Stahl-Tankspeichern („Einzeltank-Batterie“)
Im Rahmen der gegenständlichen Sondierung wurde die Idee entwickelt, die bekannte und bewährte
Bauweise der Stahlzylindertanks auf das angedachte Speichervolumen anzuwenden, siehe z.B.
Abbildung 59. Beim Fernwärmespeicher der Stadt Münster (D) wurden bspw. in einem ehemaligen
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r
Kohlebunker vier Stahltanks á 1.900 m³ installiert. Dies hat den Vorteil, dass nicht jeder Tank einzeln
gedämmt werden muss sondern nur eine umhüllende Wärmedämmung hergestellt werden muss.
Abbildung 59: „Einzeltank-Batterien“ Links: Münster (D) (Quelle: https://www.stadtwerke-muenster.de/ Rechts: Wärmespeicher Chemnitz (Quelle: http://www.solites.de/ (abgerufen 10.03.2015)
Um 2 Millionen Kubikmeter Wasser zu speichern wären für die ggst. Projektidee insgesamt 50 Tanks á
40.000 m³ Speicherkubatur notwendig. Sofern eine parallele Be- und Entladung dieser Einzeltanks
erfolgt, könnte dieses System als ein Großspeicher betrachtet werden.
Ausgehend von den Einzelabmessungen eines Zylindertanks mit Durchmesser 30 m (r = 15 m) und
Höhe 60 m und einer platzoptimierten Anordnung der 50 Tanks im Grundriss („dichteste Kugellagerung“)
ergibt sich ein rechnerischer Mindestgrundbedarf Amin von:
Amin 2
3 r
2 50 2 3 15
2 50 38.971 m
2 (~ 3,9 ha)
Ein entscheidender Vorteil des vorgestellten Großspeichers aus parallel geschalteten Stahltanks besteht
jedoch darin, dass die Einzeltanks grundsätzlich von außen zugänglich gemacht werden könnten, was
eine Wartung und Instandhaltung (z.B. auch eine Dichtheitsüberprüfung) zumindest theoretisch
ermöglichen würde. Zu diesem Zweck soll ein Mindestabstand von 3 m zwischen den Einzeltanks ange-
nommen werden, der realistische Mindestgrundbedarf Areal ergibt sich sodann zu:
Areal 2 3 2
real 50 2 3 16,5
2 50 47.155 m
2 (~4,7 ha)
Weitere Randbedingung für den Großspeicher in der angedachten Bauform als „Einzeltank-Batterie“ ist
eine gemeinsame, alles umhüllende Wärmedämmung. Zu diesem Zweck wäre es denkbar, um die
Tanks eine Leichtbauhalle zu Anbringung der Wärmedämmung zu errichten. Die Dachkonstruktion
sollte, zusätzlich zum Eigengewicht, auch Wind- und Schneelasten aufnehmen können. Zwischen-
stützen sind ohne große Schwierigkeiten machbar (bei schlanken Querschnitten sind allenfalls, aufgrund
der großen Stützenhöhe, Aussteifungen zur Vermeidung von Knickversagen erforderlich). Als Variante
wäre zu prüfen, ob sich wirtschaftliche oder bautechnische Vorteile ergäben, wenn anstatt der
senkrechten Gebäudeumhüllenden die äußerste Reihe der Stahltanks wärmegedämmt würde.
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Eine Überschüttung dieser Art von Großspeicher und damit eine Nutzung der Grundoberfläche werden
jedoch nur dann möglich sein, wenn die Speicherhöhe über der Geländeoberfläche reduziert wird und
die „Tank-Batterie“ daher zumindest teilweise unterirdisch untergebracht wird.
2.4.2.2 Bauherstellung
Damit eine Gesamtkubatur von 2,0 Mio. m³ erreicht werden kann, ist es erforderlich mehrere wärme-
gedämmte Tankspeicher platzoptimiert aufzustellen (z.B. 50 Stück mit je 40.000 m³).
Für die Erfüllung der bautechnischen Anforderungen sind keine besonderen Maßnahmen erforderlich,
da es sich um selbsttragende Strukturen handelt, die auf einer Fundamentplatte aufgestellt werden
können.
Es können folgende Herstellungsmöglichkeiten unterschieden werden:
Oberirdisch: Errichtung der Tankspeicher auf Geländeniveau. Mit einer angenommen Bauhöhe
von 60 m und einer Grundfläche von 4,7 ha, bzw. ca. 220 m x 220 m, ergibt sich ein gesamt
Raumbedarf von 2,9 Mio. m³.
Unterirdisch oder teilweise unterirdisch: Die Reduktion der Speicherhöhe über Geländeoberkante
durch unterirdische oder teilweise unterirdische Situierung der Tankspeicher verursacht
zusätzliche Kosten für die Bauherstellung. Die Tankspeicher können entweder nach Errichtung
eingeschüttet werden oder zu Wartungszwecken in einer gesicherten Baugrube aufgestellt
werden.
Sowohl für die oberirdische als auch für die (teilweise) unterirdische Ausführung besteht die Möglichkeit,
dass jeder einzelne Tank wärmegedämmt wird oder eine zusätzliche wärmedämmende Umhüllende
errichtet wird. Bauwerkstechnisch ergibt sich bei Errichtung einer umhüllenden Tragstruktur ein
zusätzliches Bauteil, welcher zusätzliche Kosten und zusätzlichen Wartungsaufwand verursacht. Diese
Zusatzkosten werden kompensiert durch Reduktion der Materialkosten für die Wärmedämmung.
2.4.2.3 Bauzeit- und Kostenüberlegungen
Für die folgenden Bauzeit- und Kostenüberlegungen wird davon ausgegangen, dass die einzeln
wärmegedämmten Tankspeicher oberirdisch aufgestellt werden. Sowohl die unterirdische Aufstellung
der Tankspeicher, als auch eine umhüllende wärmegedämmte Tragstruktur würde eine Bauzeit-
verlängerung und Kostensteigerungen verursachen.
Die Errichtung der vorgestellten Tankspeicheranlage zeichnet sich durch eine sehr hohe
Vorfertigungsmöglichkeit aus. Bautechnisch ist die Errichtung der Fundamentplatte maßgeblich. Nach
Fertigstellung der Fundierung können die, nach Möglichkeit vorgefertigten Speicherbauteile montiert
werden. Aus Vergleichsbaustellen (z.B. Linz AG, Speicheranlage Nürnberg) ist eine Montagezeit von 1,5
Jahren für einen einzelnen Tankspeicher bekannt. Unter Berücksichtigung möglicher Gleichzeitigkeit
ergibt sich daher folgende Bauzeitüberlegung:
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Tankspeicher 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 5. Jahr
3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12
Bauherstellung Infrastruktur Erschließung Fundamentplatte Speicherbau Nebenbauwerke
Auf Grundlage bekannter Kosten für bestehende Anlagen und unter Berücksichtigung der möglichen
Synergieeffekte aufgrund der Größe können die reinen Speicherkosten für ein Volumen von 40.000 m³,
einschließlich Wärmedämmung, mit ca. € 2,5 Mio. angenommen werden. Für die erforderlichen
Nebenkosten werden zusätzlich 10% angenommen.
Somit lassen sich für ein erforderliches Volumen von 2,0 Mio. m³ die Bau-Herstellkostenkosten wie folgt
abschätzen:
Bauart Tankspeicheranlage
Die Zusammensetzung der Gesamtkosten von € 143,75 Mio ist in Abbildung 60 dargestellt. Eine
detaillierte Kostenaufstellung ist im Anhang 6.3 enthalten.
Baukosten € 143.747.456
Baustelleneinrichtung € 4.227.456
Aushub - Erdarbeiten € 0
Spezialtiefbau € 0
Beton-, Stahlbetonarbeiten € 14.520.000
Wärmedämmung und Abdichtung € 0
Stahlbau einschl. Wärmedämmung € 125.000.000
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Abbildung 60: Zusammensetzung der geschätzten Baukosten einer Tankspeicheranlage mit einem Speichervolumen von 2 Mio m³.
2.4.2.4 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile einer zylindrischen Tankspeicheranlage
Thema Bewertung
+ / - Kommentar
Stand der Technik + Gegenüber Stand der Technik kein hoher Entwicklungsbedarf
Wärmeverluste - Hohe Wärmeverluste aufgrund der mehreren kleinen Volumina
Nebenbauwerke - Hoher Regelaufwand für das parallel Schalten der Speicher
Flächenbedarf + Durch flächenoptimierte Aufstellung geringer Flächenbedarf
Bauzeit + Hoher Vorfertigungsgrad der Speicher
Kosten - Kostenintensive Einzelbauweise
2.4.3 Bauwerksspeicher (Stahlbeton)
2.4.3.1 Beschreibung der Bauform
Oberirdische Tankspeicher aus Stahlbeton sind – in den „üblichen“ Speicherabmessungen – ebenfalls
Stand der Technik, siehe z.B. Abbildung 61. Der größte bisher gebaute Betonbehälter fasst ein Volumen
von 12.000 m³ (Wärmespeicher Friedrichshafen).
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Abbildung 61: Wärmespeicher München Ackermannbogen (Deutschland): 5.700 m³ Speicherkubatur (Bildquelle:
http://www.aee.at/aee/index.php?option=com_content&view=article&id=309&Itemid=113 abgerufen: 17.04.2014)
Von der Behälterform sind am einfachsten zylindrische Formen umzusetzen. Kugelige oder elliptische
Bauformen sind aus statisch konstruktiver Hinsicht deutlich komplexer und stellen daher einen erheblich
größeren Aufwand bei Planung und Herstellung dar. Aus diesem Grund sind die bisher verwirklichten
Bauwerksspeicher als Zylinder ausgeführt worden. Betonbehälter bieten sich für eine Überschüttung und
Begrünung nach Bauherstellung an, da das Bauwerk an sich über ausreichende Tragfähigkeit verfügt.
Sie lassen sich somit i.d.R. gut in das Stadtbild integrieren.
Ein weiterer Vorteil dieser Bauart ist der mögliche Einsatz von Betonfertigteilen, sowohl für die
Behälterwand als auch für das Behälterdach. Bei einem Bauwerksspeicher aus Stahlbeton handelt es
sich um ein Tragwerk welches den Anforderungen eines wasserundurchlässigen Bauwerkes genügen
muss. In unserem geplanten Anwendungsfall kommt noch hinzu, dass Wasser mit Temperaturen von 60
bis 100 Grad Celsius gespeichert werden soll.
Wegen der Empfindlichkeit wasserundurchlässiger Baukörper gegenüber Zwang muss das den
rechnerischen Nachweisen zugrunde gelegte statische System (Steifigkeiten, Lagerungsbedingungen
o.ä.) den Beanspruchungszustand wirklichkeitsnah abbilden. Bei flächig gelagerten Bauwerken sind
zudem das Verformungsverhalten des Baugrunds und seine Auswirkungen auf das Tragwerk zu
beachten. [4]
Für das Volumen von 2,0 Mio m³ ist ein Bauwerksspeicher, der oberirdisch errichtet wird technisch nur
sehr schwer realisierbar. Aus diesem Grund wird eine vollständige oder teilweise Anordnung des
Bauwerksspeichers unter der Geländeoberfläche weiter betrachtet.
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Für einen zylindrischen Bauwerkspeicher mit einem Volumen von 2,0 Mio m³ ergeben sich für die
angegebenen Durchmesser folgende Abmessungen (Höhen):
Durchmesser
Durchmesser
100 m
150 m
Höhe
Höhe
255 m
113 m
Durchmesser 200 m Höhe 64 m Durchmesser
Durchmesser
250 m
300 m
Höhe
Höhe
41 m
28 m
Durchmesser 400 m Höhe 16 m
Als realistische können zylindrische Bauwerksspeicher mit einem Durchmesser von 200 m bis 300 m in
Betracht gezogen werden. Bauwerksabmessungen mit einem geringeren Durchmesser würden für die
gegebene Kubatur eine nur schwer realisierbare Höhe des Bauwerkes bedingen. Bei einem größeren
Durchmesser sind der Flächenbedarf und der damit einhergehende steigende Wärmeverlust zufolge der
großen Oberfläche die begrenzenden Faktoren.
Die optimalen Abmessungen ergeben sich bei Durchmesser = Höhe. Für ein Volumen von 2,0 Mio m³
errechnet sich dieses Verhältnis für D = H = 138,0 m.
2.4.3.2 Bauherstellung
Die wesentlichen Bauwerksbestandteile eines Bauwerksspeichers sind:
Gründung
In Abhängigkeit von den Bodenverhältnissen stehen drei grundsätzliche Möglichkeiten der
Gründung eines Bauwerkspeichers zur Verfügung:
Plattenfundierung
Fundamentring
Tiefgründung
Speichersohle
Die Basis des Speicherbauwerks kann gleichzeitig als Gründungsplatte ausgeführt werden, ggf. (in
Abhängigkeit der Baugrundverhältnisse) ergibt sich dann eine sog. kombinierte Pfahl-Platten-
Gründung. Wesentlich ist die Forderung eines wasserdichten Anschlusses zwischen der
Speichersohle und den aufgehenden Speicherwänden, was als zweite Dichtungsebene – neben der
dichten Innenauskleidung des Speichers – gesehen werden kann.
Speicherwände
Wie bereits oben erwähnt sind die Speicherwände entsprechend der erforderlichen Höhe massiv
auszuführen und auf den Wasserdruck zu bemessen:
Schwergewichtsmauer – Stahlbetonbauwerk
Stützmauer mit Dammschüttung
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Im Endzustand wirkt der Erddruck der Dammschüttung dem Wasserdruck entgegen. Damit das
Bauwerk entsprechend schlank gehalten werden kann, muss das Anschütten der Stützmauer mit
dem Befüllen des Speichers zeitlich abgestimmt werden.
Speicherabdeckung siehe Abschnitt 2.4.1.4
2.4.3.3 Bauzeit- und Kostenüberlegungen
Die Schätzung ergab rund 4 Jahre Gesamt-Rohbauzeit zur Errichtung eines Bauwerksspeichers aus
Stahlbeton mit einem Fassungsvolumen von 2 Mio. m³:
Bauzeitüberlegung
Bauwerkspeicher 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 5. Jahr
3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12
Bauherstellung Fundierung Speicherbau Schwimmdeckel Speicherfüllung Dammschüttung Nebenbauwerke
Eine grobe Abschätzung der Bau-Herstellkosten wurde auf Grundlage der jeweiligen ermittelten
wesentlichen Massen für Aushub, Spezialtiefbau, Betonbau und Wärmedämmung durchgeführt. Als
Einheitspreise wurden Erfahrungswerten aus bereits realisierten Großbaustellen herangezogen. Die
detaillierte Kostenermittlung ist im Anhang 6.3 Kostenschätzung Bauherstellung enthalten.
Bauart Bauwerksspeicher
Baukosten € 79.620.225
Baustelleneinrichtung € 7.238.202
Aushub - Erdarbeiten € 13.848.239
Spezialtiefbau € 11.976.000
Beton-, Stahlbetonarbeiten € 20.677.784
Wärmedämmung und Abdichtung € 25.880.000
Stahlbau einschl. Wärmedämmung € 0
Die somit ermittelten Gesamtkosten für den Bau von knapp € 80,0 Mio setzen sich gemäß Abbildung 62
zusammen.
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Abbildung 62: Zusammensetzung der geschätzten Baukosten eines Großwärmespeichers (Speichervolumen von 2 Mio m³) der Bauart „Bauwerkspeicher“.
2.4.3.4 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile
Thema Bewertung
+ / - Kommentar
Stand der Technik -
Gegenüber Stand der Technik hoher Entwicklungsbedarf zufolge Dimension und hoher Temperatur. Hohe Anforderung an die Betontechnologie
Wärmeverluste + gutes Verhältnis Oberfläche zu Volumen
Nebenbauwerke + Keine außergewöhnlichen Anforderungen an Regeltechnik
Flächenbedarf + Gering, abhängig von realisierbarerer Speicherhöhe
Bauzeit + Kurze Bauzeit möglich, aufgrund gleichzeitiger Arbeiten. Erfahrung aus Großprojekte im Betonbau kann genutzt werden.
Kosten - Kostenintensive Bauweise
2.4.4 Erdbeckenspeicher
2.4.4.1 Beschreibung der Bauform
Die thermischen Speicher mit den bislang größten Speicherkubaturen werden heute als Erdbecken
ausgeführt. Dänemark ist diesbezüglich weltweit führend, hier werden große Erdbeckenspeicher
vornehmlich in Kombination mit Solaranlagen für die Fernwärmeversorgung errichtet.
In der folgenden Aufstellung sind die wesentlichen existierenden und geplanten Projekte angeführt.
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Speicher (Ort. Land) Baujahr Fläche / Tiefe [m] Kubatur
Marstal - Dänemark 2012 113 x 88 / 16,0 75.000 m³
Dronninglund - Dänemark 2014 92 x 92 / 14,5 29.000 m³
Gram - Dänemark geplant 110.000 m³
Logumkloster - Dänemark geplant 150.000 m³
Vojens - Dänemark geplant 200.000 m³
Ein Beispiel ist der Marstal-Speicher II in Dänemark, mit einem Fassungsvermögen von 75.000 m³
Wasser, siehe auch Abbildung 63 und Abbildung 64.
Abbildung 63: Bauphase Erdbeckenspeicher Marstal (Bildquelle: http://www.sunstore.dk/ abgerufen April 2014)
Abbildung 64: Abdeckung Erdbeckenspeicher Marstal (Bildquelle: http://www.solarthermietechnologie.de/fileadmin/img/Konferenz_3/vortraege/innovationsforum_1/1 4_schmidt_Solites.pdf / abgerufen März 2015)
In Vojens (Dänemark) wird derzeit ein Erdbecken mit einem Fassungsvermögen von 200.000 m³
errichtet, siehe Abbildung 65.
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Abbildung 65: Bauphase Erdbeckenspeicher Vojens 200.000 m³ (Bildquelle: http://www.sonnewindwaerme.de/sites/default/files/field/image/markt_st_arcon- sunmark_merger.jpg / abgerufen März 2015)
In den oben angeführten Beispielen werden klassische Erdbecken mit geböschtem Aushub hergestellt.
Für noch größere Kubaturen ist es erforderlich, Erdbecken mit größeren Tiefen herzustellen. Für die
Minimierung des Platzbedarfs müssten steilere Böschungsflächen hergestellt werden, oder Böschungs-
sicherungsmaßnahmen bzw. Baugrubenverbautechniken angewendet werden.
Die Wahl der richtigen Böschungsausbildung ist darüber hinaus abhängig von der am Standort
angetroffenen Geologie und dem Grundwasserstand. Nachfolgend werden die wesentlichen
bautechnischen Möglichkeiten der Böschungsausbildung von Erdbeckenspeichern angegeben:
Böschungsausbildung Bösch. Winkel Grafik mit Grundwasser
Dammschüttung
entsprechend Geologie
Böschungswinkel
von 20° bis 35°
Dichtwand (z.B.
Schmalwand) und/oder Grundwasserhaltung
erforderlich Böschungssicherung
Spritzbeton
Bewehrte Erde
Böschungswinkel
von 45° bis 60° möglich
Stützmauer
Baugrubenverbau (z.B.
Spundwand, Schlitzwand)
90°
(senkrechter Verbau)
Keine Zusatzmaßnahmen erforderlich
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2.4.4.2 Bauherstellung
Der offene Aushub des Erdbeckens muss mit geböschten Baugrubenwänden erfolgen. Dabei ist die
Böschungsneigung von großer Bedeutung. Aus Gründen der Standsicherheit der Böschungen darf die
Neigung nicht zu steil erfolgen, gleichzeitig wird aus Gründen der Wirtschaftlichkeit eine möglichst steile
Baugrubenböschung angestrebt. Die Sicherheitsaspekte haben jedoch Vorrang und daher diktieren die
Bodeneigenschaften die tatsächlich ausführbaren Böschungsneigungen. Im Allgemeinen gilt: Je besser
die geotechnischen Bodeneigenschaften (Reibungswinkel, Kohäsion, etc.) umso steilere Böschungen
sind möglich. Werden zusätzliche Sicherungsmaßnahmen eingebracht, z.B. Bodenvernagelung, erhöht
sich dadurch die mögliche Böschungsneigung unter Einbehaltung des geotechnisch erforderlichen
Sicherheitsniveaus. Im massiven Fels ist auch die Ausführung von lotrechten Wänden, mit nur geringem
Sicherungsaufwand (z.B. Spritzbeton) möglich.
Voraussetzung für den offenen Aushub ist das weitgehende Fehlen von zusammenhängendem
Grundwasser. Wird dies nicht von vorne herein durch die hydrogeologischen Standortgegebenheiten
sichergestellt, sind entsprechende bautechnische Zusatzmaßnahmen erforderlich. Je nach Situation
kommt dazu entweder eine Dichtwandumschließung (z.B. Schmalwand, Einphasendichtschlitzwand,
DSV-Lamellenwand, Injektionen, etc.) infrage, oder eine großräumige Grundwasserhaltung mittels z.B.
Vertikalfilterbrunnen.
Aushub
Der Aushub bzw. die Aushubtiefe wird idealerweise so gewählt, dass die Aushubkubaturen nach
Möglichkeit den Kubaturen für die Anschüttung der Dammbauwerke soweit vorhanden entsprechen.
Abdichtung
Erdbautechnisch sind Anleihen aus dem Deponiebau möglich, insbesondere was die Sicherstellung der
Dichtheitsanforderungen betrifft.
2.4.4.3 Bauzeit- und Kostenüberlegungen
Aufgrund der großen zu realisierenden Aushubkubaturen ist die geschätzte Gesamtbauzeit eines 2 Mio.
m³ großen Erdbeckenspeichers mit rd. 5 Jahren anzugeben.
Bauzeitüberlegung
Erdbecken 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 5. Jahr
3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12
Bauherstellung Aushub Speicherwandausbildung Schwimmdeckel Speicherfüllung Dammschüttung Nebenbauwerke
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Die grobe Abschätzung der Bau-Herstellkosten wurde auf Grundlage der jeweiligen ermittelten
wesentlichen Massen für Aushub, Spezialtiefbau, Betonbau und Wärmedämmung durchgeführt. Als
Einheitspreise wurden Erfahrungswerten aus bereits realisierten Großbaustellen herangezogen. Die
detaillierte Kostenermittlung ist im Anhang 6.3 enthalten.
Bauart Erdbecken
Baukosten € 65.874.572
Baustelleneinrichtung € 5.988.597
Aushub - Erdarbeiten € 13.050.768
Spezialtiefbau € 3.615.348
Beton-, Stahlbetonarbeiten € 10.387.644
Wärmedämmung und Abdichtung € 32.832.214
Die somit ermittelten Gesamtkosten für den Bau von knapp € 66,0 Mio. setzen sich gemäß
Abbildung 66 zusammen.
Abbildung 66: Zusammensetzung der geschätzten Baukosten eines Erdbeckenspeichers mit einem
Speichervolumen von 2 Mio m³.
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2.4.4.4 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile
Thema Bewertung
+ / - Kommentar
Stand der Technik +
Erfahrungen aus Deponietechnik und Wärmespeicherbau vorhanden. Diese müssen an die Größenordnung angepasst werden.
Wärmeverluste - Große Oberfläche
Nebenbauwerke + Kein zusätzlicher Aufwand erforderlich
Flächenbedarf - Großer Flächenbedarf
Bauzeit - Aushubarbeiten
Kosten + Nur geringe „Bauwerkskosten“ in Abhängigkeit der Speicherwandausbildung.
2.4.5 Kombinierte Bauform
2.4.5.1 Beschreibung der Bauform
Als „kombinierte Bauform“ wird die Kombination von unter- und oberirdischen Baukörpern verstanden.
Der unterirdische Baukörper kann dabei als Erdbecken und/oder Schacht ausgeführt werden, während
der oberirdische Baukörper ein Tank im weitesten Sinne ist, z.B. auch Ausführungen mittels Stütz-
mauern oder Dammbauwerken. Eine Überschüttung des oberirdischen Bauteils ist möglich, siehe z.B.
das in Abbildung 67 dargestellte Ausführungsbeispiel für diese Bauform.
Abbildung 67: Systemschnitt durch einen Wasserbehälter in Madrid [5].
Entscheidende Rahmenbedingungen für die tatsächliche Ausbildung der jeweiligen Baukörper sind
einerseits die geologisch-hydrogeologischen Standortgegebenheiten (z.B. Festigkeit und Standsicherheit
des anstehenden Untergrunds, Grundwasserverhältnisse). Andererseits können die zur Verfügung
stehenden Platzverhältnisse am jeweiligen Standort Einschränkungen hinsichtlich der Böschungs-
neigung von Erdbecken und Dammkörpern mit sich bringen. Die platzsparendste, jedoch gleichzeitig
technisch aufwendigste und daher teuerste Konstruktionsform besteht aus einem Schachtbauwerk mit
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senkrecht aufgehendem Mauerwerk, siehe Abbildung 68 links. Der Speicher mit dem größten
Platzbedarf kann als frei geböschtes Erdbecken, mit anschließenden Erddämmen für den oberirdischen
Speicherteil ausgeführt werden. Die in Abbildung 68 rechts dargestellte kombinierte Bauweise stellt eine
Platzoptimierung dar, bei der der unterirdische Aushub als Erdbecken und der oberirdische Teil
platzsparend mit Stützmauer und Erddamm ausgeführt wird.
Abbildung 68: Gegenüberstellung eines erdvergrabenen Bauwerksspeichers („Schacht“, links) und der kombinierten Bauform („Becken“, rechts), mit Angabe der wesentlichen Bauwerksabmessungen für ein Speichervolumen von 2 Mio. m³.
Um ein Speichervolumen von 2 Mio. m³ zu erzielen, wäre der unterirdische Bauteil (Schacht oder Erd-
becken) z.B. mit einer Tiefe von 40 m auszuheben. Der Bauwerksteil welcher sich über die Gelände-
oberfläche erhebt, hätte dann eine Höhe von 10 m, zu der noch die Konstruktionshöhe des Schwimm-
deckels sowie ggf. die Überschüttungshöhe zuzurechnen wäre. In der kombinierten Bauform wird der
oberirdische Teil als Stützmauer mit senkrechten Speicherwänden ausgeführt.
Diese Bauform wurde genauer untersucht, da sie alle Vorteile der vorangegangen beschriebenen
Bauformen vereint und individuell an die am Standort vorhandene Geologie angepasst werden kann.
2.4.5.2 Bauherstellung
Die wesentlichen konstruktiven Bauwerksteile bei der kombinierten Bauform eines Großwärmespeichers
sind:
1. unterirdischer Bauwerksteil (Schacht oder Erdbecken)
Hinsichtlich Erdbecken siehe Abschnitt 2.4.4. Der Bauablauf sieht in grundwasserführenden
Schichten die vorauseilende Umschließung des Aushubs mittels Dichtwänden (z.B. Schmalwand)
vor.
Für die Errichtung eines rd. 40 m tiefen Schachts im Lockergestein sind lotrechte, massive Verbau-
wände erforderlich. Diese müssen in Abstimmung auf die lokalen Untergrundverhältnisse konzipiert
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und erdstatisch dimensioniert werden. Als Verbausysteme kommen nach [7] in erster Linie Schlitz-
oder Bohrpfahlwände infrage, diese Bauverfahren sind Stand der Technik und es gibt in Österreich
zahlreiche Referenzprojekte mit guten Erfahrungen. Bei grundwasserführenden Schichten muss der
Verbau wasserdicht sein, sind nur lokale Kluft- oder Schichtwässer zu erwarten, können ev. auch
andere Maßnahmen (lokale Abschlauchungen, Dichtinjektionen, etc.) zielführend und wirtschaftlich
sein. Im standfesten Gebirge (bei ggst. Projekt nur bei Standort Nr. 20 – Petrinum zu erwarten) kann
auch eine Spritzbetonsicherung ausreichend sein.
Aufgrund der großen Schachtabmessungen im Grundriss kommen jedoch die, zur Abtragung der
auf die Schachtwände einwirkenden Horizontallasten aus Erd- und Wasserdruck erforderlichen,
innen liegenden Gurtungen und Aussteifungen der Schachtwände nicht in Frage. Stattdessen
müssen Verpressanker vorgesehen werden, welche das hinter den Wänden liegende Erdreich zur
Abtragung der Lasten „aktivieren“. Die Ankerungshorizonte werden mit fortschreitendem
Baugrubenaushubs eingebracht.
Eingeschlossene Restwässer sollten mit offener Wasserhaltung beherrschbar sein. Eine vor-
laufende Entspannung von tiefliegenden Sandhorizonten mit gespannten Grundwasserverhältnissen
kann bei den Standorten des geologisch-hydrogeologischen Standort-Modells Nr. 4 (siehe Abschnitt
2.3.4) erforderlich werden.
2. oberirdische Bauwerksteile
Hinsichtlich Schwimmdeckel siehe Abschnitt 2.4.1.4.
Stützmauer: Damit der Grundbedarf möglichst gering gehalten werden kann, werden oberirdisch
Stützmauer mit senkrechten Wänden ausgeführt.
Dammschüttung: Für die Dammschüttung hinter der Stützmauer wird davon ausgegangen, dass das
Aushubmaterial verwendet werden kann. In dieser Kombination ergibt sich ein deutliches
Missverhältnis zwischen Aushub- und Anschüttungsmassen, ein Großteil der Erdaushubmassen ist
abzutransportieren.
2.4.5.3 Bauzeit- und Kostenüberlegungen
Die geschätzte Gesamtbauzeit für einen Großwärmespeicher in der beschriebenen Kombinations-
Bauform ergibt sich zu rund 5 Jahren:
Bauzeitüberlegung
kombinierte Bauform 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 5. Jahr
3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12
Bauherstellung Aushub Speicherwandausbildung / Stzm. Schwimmdeckel Speicherfüllung Dammschüttung Nebenbauwerke
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Die grobe Abschätzung der Baukosten wurde auf Grundlage der jeweiligen ermittelten wesentlichen
Massen für Aushub, Spezialtiefbau, Betonbau und Wärmedämmung durchgeführt. Als Einheitspreise
wurden Erfahrungswerten aus bereits realisierten Großbaustellen herangezogen. Die detaillierte
Kostenermittlung ist im Anhang 6.3 Kostenschätzung Bauherstellung enthalten.
Bauart kombinierte Bauform
Baukosten € 67.524.170
Baustelleneinrichtung € 6.138.561
Aushub - Erdarbeiten € 13.236.260
Spezialtiefbau € 3.584.136
Beton-, Stahlbetonarbeiten € 13.523.776
Wärmedämmung und Abdichtung € 31.041.437
Aufgrund der Stützmauerkonstruktionen ergeben sich geringfügig höheren Kosten als beim Erdbecken.
Diese werden jedoch durch einen geringeren Platzbedarf kompensiert.
Die somit ermittelten Gesamtkosten für den Bau eines Großwärmespeichers in kombinierter Bauform
von rd. € 67,5 Mio setzen sich gemäß der Darstellung in Abbildung 69 zusammen.
Abbildung 69: Zusammensetzung der geschätzten Baukosten eines Großwärmespeichers mit einem Speichervolumen von 2 Mio m³, in der beschriebenen „Kombinations-Bauform“.
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2.4.5.4 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile der kombinierten Bauform
Thema Bewertung
+ / - Kommentar
Stand der Technik + Ausreichend Erfahrung für den Bau von Erdbecken und Stützbauwerken vorhanden.
Wärmeverluste + Gesamtfläche der Behälterwandungen geringer als beim Erdbecken
Nebenbauwerke + Keine aufwendige Regeltechnik erforderlich.
Flächenbedarf + Geringer als beim Erdbecken jedoch größer als beim Bauwerksspeicher.
Bauzeit + Geringere Aushubkubaturen als beim Erdbecken
Kosten + Optimierte kostengünstige Bauweise
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3 Ergebnisse und Schlussfolgerungen
3.1 Großwärmespeicher – Konzept für den Standort Linz
Auf Basis der von Linz AG angegebenen, produzierten bzw. gelieferten Wärmemengen aus dem Jahr
2012 ergibt sich als Ergebnis der Sondierung das in Abbildung 70 dargestellte, mögliche Fernwärme-
konzept mit Integration eines Großwärmespeichers. Es zeigt sich, dass die Betriebsstunden der
bestehenden (mit fossilen Brennstoffen betriebenen) Fernheizkraftwerke deutlich reduziert werden
können, indem die kontinuierlich übers Jahr anfallende Abwärme der Stadt (Abwasser, Grundwasser)
mittels Wärmepumpen in den Speicher eingebracht und somit genutzt wird. Erste Abschätzungen
ergeben eine dadurch mögliche CO2-Reduktion für die Fernwärmeproduktion von 70% gegenüber dem
Ist-Zustand.
Abbildung 70: Fernwärmekonzept mit Integration eines 80 GWh-Speichers am Beispiel Linz (Werte auf Basis der Angaben von Linz AG aus dem Jahr 2012).
Das innovative Fernwärmekonzept sieht die Implementierung eines Großwärmespeichers vor, der – in
Abhängigkeit von den vorhandenen Nachladekapazitäten – eine Speicherkapazität von 80 GWh
erfordert. Dies entspricht einem Speicherbauwerk mit einem Fassungsvolumen von rd. 2 Millionen
Kubikmeter, 100°C heißem Wasser. Diese Größe und die erforderlichen, hohen Temperaturen im
Speicherinneren werfen ganz spezifische bautechnische und thermodynamische Fragestellungen auf.
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Die Eingangsbedingungen für den Großwärmespeicher sind:
1. In Linz erfolgt die Fernwärmeerzeugung derzeit durch die Fernheizkraftwerke Linz Süd, Linz Mitte
und Dornach sowie dem Biomasse- und dem Reststoffmassekraftwerk.
2. Es existiert ein Spitzenspeicher mit 35.000 m³
3. Die Vorlauftemperaturen schwanken, saisonal bedingt, zwischen 80°C und maximal 100°C,
während die Rücklauftemperaturen im Bereich von 50°C bis 65°C liegen.
Qualitative Betrachtung von Chancen, Nutzung und Risiken
A) Welche Einsparungen gegenüber dem derzeit laufenden FW -Betrieb sind zu erwarten bzw. welche
Chancen sind mit diesem Projekt zu sehen?
Reduktion von fossilen Brennstoffen
Verkauf von Emissionszertifikaten
Reduzierung des Kraftwerksbetriebes
B) Welche Vorteile sind damit verbunden?
Stromproduktion, wenn der Betrieb der WP nicht erforderlich ist
Strom kann im Sommer produziert werden, wenn immer ein Mangel vorhanden ist
Unabhängigkeit von Brennstoffeinkäufen von extern
C) Was passiert bei Nichtstun bzw. welche Entwicklungen sind in den kommenden Jahren absehbar?
Gaspreise werden in den nächsten Jahren steigen
CO2-Emissionszertifikate werden im Kurs steigen
Energieproduzenten müssen die Abwärme nutzen und fossile Brennstoffe reduzieren
Ausgleichzahlungen von 20 Cent/kWh produzierter Energie
D) Was sind Risiken die mit diesem Projekt verbunden sind?
Speichergröße und thermische Eigenschaften
Umsetzung der Wärmequellen und getroffenen Annahmen
Langfristige Speicherung von Heizwasser in dieser Größenordnung
3.1.1 Speichertyp und Speicherbau
Die bautechnischen Überlegungen im Zuge der durchgeführten Sondierung ergaben zwar in zahlreichen
Detailfragen noch Forschungsbedarf (siehe weiter unten, Kapitel 4.2), die Frage nach der
grundsätzlichen Machbarkeit eines Speicherbauwerks der gegenständlichen Dimension ist jedoch klar
positiv zu beantworten.
Aus der Zusammenfassung der wesentlichen Vor- und Nachteile der untersuchten, möglichen
Bauformen eines Großwärmespeichers in Tabelle 11 ergibt sich eine klare Präferenz der sog.
kombinierten Bauform, bestehend aus einem unterirdischen Bauteil (Erdbecken oder Schacht) und
einem oberirdischen Bauteil.
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Tabelle 11: Zusammenfassung der Vor- und Nachteile aller untersuchten GWS-Bauformen
Thema Bewertung
zylindrische Tankspeicheranlage
Bauwerksspeicher Erdbeckenspeicher
(Stahlbeton)
kombinierte Bauform
Stand der Technik + – + +
Wärmeverluste – + + +
Nebenbauwerke – + + +
Flächenbedarf + + – +
Bauzeit + + – +
Kosten – – + +
In der Abbildung 71 werden die wesentlichen bautechnischen Randbedingungen eines 2 Mio. m²
Großwärmespeichers in kombinierter Bauform, unter Berücksichtigung der geologisch-geotechnischen
Standortfaktoren für den Raum Linz, gegenübergestellt.
Bauart kombinierte Bauform
Bauwerksspeicher eingegraben Erdbecken mit Stützmauer
Schemaskizze
mind. erforderliche Grundstücksgröße
50.100 m² = 5 ha
+ Nachbarschaftsrechte für Anker 95.800 m² = 9,6 ha
Wandfläche erdberührend 80.000 m² 78.500 m²
Fläche Schwimmdeckel 200 x 200 m = 40.000 m² 250 x 250 m = 62.500 m²
rechnerischer Wärme- verlust (U = 0,1 W·m
-2K
-1)
8,41 GWh 9,88 GWh
Volumen Erdaushub 1.680.000 m³ 1.375.000 m³
mittlere Baukosten € 70 Mio. € 50 Mio.
Abbildung 71: Maßgebende bautechnische Randbedingungen für einen Linzer Großwärmespeicher in Kombinationsbauform (Speicherkubatur 2 Mio. m³, Wasserspiegelhöhe über Gelände: 10 m).
Als Ergebnis der Vorstudie wird empfohlen, für die weiterführenden (Machbarkeits-) Untersuchungen die
in Kapitel 2.4.5 beschriebene Kombinationsbauform weiter zu verfolgt. Es sind zwei Möglichkeiten für die
Ausführung des unterirdischen Bauteils (Schacht oder Erdbecken) vorhanden, welche jeweils über
spezifische Vor- und Nachteile verfügen. In Abhängigkeit von den standortbezogenen Rahmen-
bedingungen (nicht nur Platzbedarf und Untergrundverhältnisse, sondern auch z.B. rechtliche,
Nachbarschafts- und Umweltaspekte zu berücksichtigen) kann erst durch eine vertieften
Machbarkeitsuntersuchung die Entscheidung für/gegen eine der beiden Varianten erarbeitet werden.
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3.1.2 Apparate und Verfahrenskonzept
Für diese Vorstudie wird als Basisgröße ein 80 GWh-Speicher gewählt. Damit kann Wärme aus den
RHKW und BHKW zu fast 80% genutzt werden, was eine Verdoppelung gegenüber heute bedeuten
würde.
Nachfolgend sind die Dimensionen skizziert für einen Speicher, in dem 80 GWh Wärmeenergie
gespeichert und wieder entnommen werden kann. Speichermedium ist Wasser, das Wasser-Volumen
über 1,8 Mio. m3. Das Volumen errechnet sich dabei aus den vorgegebenen Vor- und Rücklauf-
temperaturen mit der zu speichernden Wärmeenergie.
Speicherkapazität 80 GWh
Temperatur unten 60 °C
Temperatur oben 98 °C
cp = Spez. Wärmekapazität 4,2 MJ/m3K
Speichervolumen 1.804.511 m3
Höhe des Speichers 50 m
Durchmesser des Speichers 214 m
In Abbildung 72 ist schematisch und vereinfacht die KW-Konzeption mit den Wärmepumpen und den
Wärmeleistungen gezeigt. Bestehend sind BHKW und RHKW und der Spitzenspeicher. Betrachtet
werden in dieser Vorstudie der Großwärmespeicher mit den beiden Großwärmepumpen, die sich in dem
grün umrandeten Feld befinden.
Abbildung 72: Grundfließbild mit schematischer Konzeption der Fernwärmeerzeugung in Kombination mit Speicher und Wärmepumpen.
RHKW Groß-WP-R
54 MWtherm
18 MW elektr.
40 MW therm
40 MWtherm
Großwärmespeicher
Linz AG Spitzen
GUD L1 A/B ohne DT Kapazität: 80 GWh/a Speicher
110 MW therm 110 MWtherm Umlauf max: 2930 m3/h 250 MW FW-Netz: Verbraucher
110 MW therm Speichervolumen 1,8 E06 m3 therm
Ladetemperatur: 98 °C 24 h
Rücklauftemp. 60 °C
Rücklauf min: 55 °C
21 MWtherm
BHKW Groß-WP-B
21 MW therm
8,9 MW elektr. 31 MWtherm
Quell e
Wär me
aus
2 ,4 m3/s zur Donau
Grundwasserbewirtsch aftung
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Pumpwerke
1,75 m3/s
aus der Grundwasserbewirtschaftung
In Abbildung 73 ist ein einfaches Verfahrensfließbild für das RHKW mit angekoppelter Wärmepumpe
und den Massen- und Energieströmen zu sehen. Die thermische Leistung des RHKW mit angekoppelter
Wärmepumpe, die mit der im KWK-Betrieb erzeugten elektrischen Energie angetrieben wird, wäre
94 MWthermisch.
Abbildung 73: Reststoffheizkraftwerk mit angekoppelten Wärmepumpen und angeschlossenem Speicher.
In Abbildung 74 ist das analoge Verfahrensfließbild für das BHKW mit wiederum angeschlossener
Wärmepumpe zu ersehen.
Zusammen liefern das BHKW und das RHKW mit angeschlossenen Wärmepumpen unter der Annahme
eines COPs von 3 zusammen 142 MWthermisch, was als Grundlast für die Wärmeversorgung und
Speicherung der Überschussenergie im Wärmespeicher zu verwenden wäre. Derzeit liegt der Beitrag
zur Wärmeenergieaufbringung für die FW der LAG auf Basis regenerierbarer Brennstoffe bei 40%, wie
auch bereits weiter oben mit der Abbildung 16 beschrieben wurde.
Gehen wir davon aus, dass Biomasse- und Reststoff-HKW im KWK Betrieb gefahren wurden, so
müssten in diesem Fall die übrigen 650 GWhthermisch mit Erdgas produziert werden. Diese Zahlen sind
aus Jahresmittelwerten berechnet und die thermischen Leistungen, die über die Sommermonate
anfallen, wurden bei dieser Rechnung mit einbezogen, was natürlich nicht korrekt ist, da derzeit noch
keine Möglichkeit besteht, Wärmemengen, die über den Sommer anfallende Wärme für die
Wintermonate zu speichern bzw. zu bevorraten.
130 °C
40
MWtherm 98 °C DN1000 S-VL-1
RHKW
Linz-Mitte
18
MWelektr 2WP
G M 94 MWtherm W1 W2
Reststoffe
Kessel
DN1000 S-VL-2
S-RL
P1 P2
P3
Fernwärmeleitungen FW-VL
P4
Donau
FW-RL
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Pumpwerke
0,55 m3/s
aus der Grundwasserbewirtschaftung
Abbildung 74: Biomasseheizkraftwerk mit angekoppelten Wärmepumpen und angeschlossenem Speicher.
Die Wärmepumpen sind aufgrund der größeren Anzahl von Schnittstellen mit dem jeweiligen Kraftwerk
unmittelbar im Kraftwerksbereich einzurichten. Die elektrische Leistung des Kraftwerkes wird an die
Wärmepumpen weitergegeben. Die Regelung der Wärmepumpe erfolgt über die vorgegeben
Temperatur-Sollwerte die auf die Förderpumpen des Wasserstroms der Wärmequelle und ebenso auf
jener des Wasserstroms für die Fernwärmebeheizung bzw. für die Speicherladung wirkt. Der
Großwärmespeicher wird auf eine Temperatur von 98°C beheizt. Die Fernwärmevorlauftemperatur
beträgt im Winterbetrieb 130°C und im Sommerbetrieb 100°C. Die Anhebung der Vorlauftemperatur zur
Fernwärmeversorgung im Winter wird über den Überhitzer der Kraftwerke erreicht.
Der Speicher ist mit zwei Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung mit dem Kraftwerk Linz-Mitte
verbunden. Diese Leitungen sind mit einem Nenndurchmesser von 1 m (DN 1000) vorgesehen, um
Strömungsgeschwindigkeiten bei den Lade- und Entladeprozessen von unter 2 m/s sicher zu stellen. Die
Pumpen 1 und 2 sind die Wärme-Lade- und Entladepumpen. Das Speicherwasser ist über die
Wärmeübertrager W1 und W2 vom Fernwärmenetzwasser getrennt. Damit sind nicht die hohen
Anforderungen des Fernwärmenetzwassers auf das Wasserspeichervolumen von 2 Mio. m3 zu
übertragen. Als Speicherwasser kann somit ein durch Filtration aufbereitetes Grund- oder Flusswasser
verwendet werden, so wie dieses üblicherweise als Fabrikwasser für Kühlzwecke eingesetzt wird.
In Abbildung 18 (Seite 32) werden diese Wärmetransportleistungen zum und vom Speicher für den
Monat Februar gezeigt, wobei schon darauf hingewiesen wurde, dass sich hierbei als höchste
Wärmeentnahmeleistung eine Größe von ca. 250 MW zeigt. Für die maximale Wärmebeladung des
130 °C
21
MWtherm
BHKW
Linz-Mitte
8,9
MWelektr
G
98 °C DN1000 S-VL-1
WP
M 52 MW therm W1 W2
Biomasse
Kessel
DN1000 S-VL-2
S-RL
P1 P2
P5
Donau
P4
FW-RL
Fernwärmeleitungen FW-VL
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Speichers ergeben sich auf Basis der Daten von 2012 Leistungen bis zu 180 MW, die bei der
Speicherladung im Spätherbst gegen Ende Oktober berechnen lassen und die erforderlich sind, damit
gegen Jahresende ein vollständig aufgeladener Speicher für die extremen Kälteperioden im Januar und
Februar verfügbar ist.
Abbildung 73 und Abbildung 74 zeigen in einem groben Verfahrensfließbild die apparative Ausrüstungen
und Ergänzungen für den Betrieb der Wärmepumpen in Verbindung mit dem Großwärmespeicher.
In Abbildung 75 ist eine Ansicht einer Wärmepumpe mit einer Wärmeleistung von knapp 22 MW zu
sehen. Die Abmessungen dieser Großwärmepumpe betragen 12,8 m Länge, 8,1 m Breite und 6,2 m
Höhe. Diese Wärmepumpen haben wir für die Gestaltung des Verfahrens beispielhaft verwendet, da
diese Pumpe bereits seit einigen Jahren in Norwegen, Schweden und Finnland erfolgreich in
Fernwärmeanwendungen betrieben wird. Die WP wird in der Schweiz von der Firma Friotherm
angeboten und hat eine Lieferzeit von Bestellung bis zur Inbetriebnahme von 18 Monaten.
Abbildung 75: Wärmepumpeneinheit (WP) Friotherm Unitop Typ 50FY.
3.1.3 Mögliche Speicherstandorte in Linz
Aufgrund der Vorauswahl und den detaillierten Standortbeschreibungen konnten die einzelnen Standorte
in einer Standort-Matrix nach den maßgeblichen Standortkriterien und den dazu definierten
Bewertungsschlüssel gewichtet und auch gereiht werden. Für die maßgeblichen Standortkriterien (7
Themengruppen mit 26 Einzelkriterien) wurde ein darauf abgestimmter Bewertungsschlüssel erstellt.
Während der Bewertungsschlüssel für die meisten Kriterien im besten Fall mit maximal 6 Punkten in die
Bewertung eingeht, wurde das ökonomisch sehr wichtige Kriterium der zentralen Netzanbindung (Nähe
zum Fernheizwerk Linz Mitte) mit einer höheren Gewichtung berücksichtigt (max. Punkteanzahl 14).
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Bewertungsschlüssel:
Flächenverfügbarkeit: 1 = verbaut; 6 = unverbaut;
Anrainer-Konfliktpotential: 1 = keine Anrainer; 2 = einzelne Anrainer; 3 = geringe Anzahl;
... 6 = hohe Anzahl von Anrainern
Netzanbindung / Zuleitungslänge zum FHW Mitte: 1 = >10 km; 14 = <50m
Raumordnung-Schutzflächen: 1 = innerhalb; 6 = weit außerhalb
Hydrogeologie:
o Grundwasserführung: 1 = sehr starke GW-Führung; 6 = keine bis geringe GW-Führung
o Art der GW-Führung: 1 = gespannte GW (>Q); 6 = freies GW (<Q)
o Wasserrechte: 1 = zahlreiche Wasserrechte im Umfeld;
6 = keine Wasserrechte im Umfeld
o Wasserhaltung: 1 = schwierige Bedingungen; 6 = problemlose Wasserhaltung
Geologie – Geotechnik:
o Bohraufschlussdaten: 1 = keine Bohraufschlüsse vorhanden, geringe Informationsdichte;
6 = tiefreichende Bohraufschlüsse am Standort vorhanden
o Untergrundstabilität: 1 = hohes Risiko; 6 = kein Risiko
o Untergrundhomogenität: 1 = sehr homogener Boden; 6 = sehr inhomogener Bodenaufbau;
o Rutschgefährdung: 1 = hohe Rutschgefährdung; 6 = geringe Rutschgefährdung
o Grundbruchgefährdung: 1 = hohe Grundbruchgefährdung; 6 = keine Grundbruchgefährdung
o Setzungsrisiko: 1 = kein Setzungsrisiko; 6 = hohes Setzungsrisiko
o Seismizität: 1 = erhöhte Seismizität, 6 = kein seismisches Risiko
Errichtungstechnische Aspekte:
o Massenausgleich: 1 = kein Massenausgleich möglich;
6 = Massenausgleich vor Ort möglich
Aufgrund der klaren Punkte-Reihung (siehe Anhang 6.2) konnten folgende 4 Standorte mit einer
überdurchschnittlich hohen Bewertung (höchste Punkteanzahl) für die weitere Standortauswahl
herausgefiltert werden.
1. Forst Schiltenberg (138 Punkte)
2. Petrinum (127 Punkte)
3. Fischdorf (113 Punkte)
4. Prinz-Eugen-Str. – FHW Mitte – Cineplex (107 Punkte)
Der Standort Forst Schiltenberg (Nr. 9) erweist sich aus vielen Gründen als gute Standortmöglichkeit.
Einziger Nachteil dieses Standortes ist die etwas periphere Lage, die deshalb eine deutlich weitere Zu-
und Ableitungslänge erfordert.
Der Standort Petrinum (Nr. 20) wäre aus geologisch-hydrogeologischer Sicht wegen des kristallinen
Untergrundes zweifellos als günstiger Standort zu klassifizieren. Der erhebliche Nachteil dieses
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Standortes ergibt sich aus der Lage im Siedlungsumfeld bzw. im Naherholungsbereich der nördlichen
Stadtgebiete am Pöstlingberg.
Der Standort Prinz-Eugen-Str.-FHW Mitte–Cineplex (Nr. 1) wäre aufgrund der Nähe zum bestehenden
Fernheizwerk Linz Mitte einbindungstechnisch als Standort äußerst gut geeignet, die geologisch-
hydrogeologische Eignung ist aber vorerst sehr fraglich, da an diesem Standort noch abzuklären sein
wird, ob hier im Untergrund die Linzer Sande einer Errichtung eines GWS entgegenstehen.
Um diese Vor- und Nachteile der Standorte zu präzisieren sind vertiefende Untersuchungen erforderlich.
Bewilligungstechnisch ist bei einem Bauvorhaben diese Größenordnung in jedem Fall ein Umwelt-
verträglichkeitsprüfungsverfahren (UVP-Verfahren) notwendig. Dabei werden alle umweltrelevanten
Faktoren und die einzelnen Schutzgüter (Boden, Wasser, Luft, Lärm, etc.) einer eingehenden Analyse
und gutachterlichen Prüfung unterworfen.
Die widmungstechnischen Aspekte sind in einem amtlichen Verfahren abzuklären. Vorgespräche
darüber wurden bereits mit den zuständigen Verantwortlichen der Stadt Linz, dem Direktor für
Stadtentwicklung, Herrn Direktor DI Gunter Amesberger geführt. Danach sind für ein derartiges Projekt
in jedem Fall Sondergebietswidmungen erforderlich, die durch entsprechende Sachverständigen-
Gutachten zu untermauern sind.
Hinsichtlich der Betriebsgenehmigungen wurde seitens des Anlagen- und Bauamtes ein IPPC-Anlage-
Verfahren gefordert.
Zuständigkeiten:
Stadtentwicklung:
4041 Linz, Hauptstr. 1-5 (Leitung: Direktor DI Gunter Amesberger MAS, MSc)
Anlagen- U. Bauamt:
4041 Linz, Hauptstr. 1-5 (Leitung: Mag.Karl Ludwig)
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2.000.000 m³
Bauart kombinierte Bauform Erdbecken Bauwerksspeicher Tankspeicheranlage
3.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
3.2.1 Herstellungskosten
3.2.1.1 Baukosten
Die Schätzung der Baukosten eines 2 Mio. m³-Speichers in den beschriebenen Bauformen (siehe
Kapitel 2.4.2 bis 2.4.5) erfolgte auf Basis der drei maßgeblichen geologischen Standortmodelle (Kapitel
2.3.4). Die Angaben werden getrennt nach den Anteilen angegeben für:
Baustelleneinrichtung
Aushub- und Erdarbeiten
Spezialtiefbauarbeiten
Beton- und Stahlbetonbau
Speicherauskleidung (Wärmedämmung, Abdichtung) und Schwimmdeckel bzw. Stahlbau
(einschl. Wärmedämmung)
Die ausführlichen Massen- und Kostenermittlungen sind in Anhang 6.3 dem Endbericht angeschlossen.
Für die abgeschätzten Baukosten im Rahmen der vorliegenden Sondierung ergeben sich, unter
Berücksichtigung der geplanten allseitigen Wärmedämmung, für die unterschiedlichen Bauformen die
Vergleichszahlen gemäß Abbildung 76.
Baukosten € 67.524.170 € 65.874.572 € 79.620.225 € 143.747.456
Baustelleneinrichtung € 6.138.561 € 5.988.597 € 7.238.202 € 4.227.456
Aushub - Erdarbeiten € 13.236.260 € 13.050.768 € 13.848.239 € 0
Spezialtiefbau € 3.584.136 € 3.615.348 € 11.976.000 € 0
Beton-, Stahlbetonarbeiten € 13.523.776 € 10.387.644 € 20.677.784 € 14.520.000
Wärmedämmung und Abdichtung € 31.041.437 € 32.832.214 € 25.880.000 € 0
Stahlbau einschl. Wärmedämmung
€ 0
€ 0
€ 0
€ 125.000.000
Vergleichszahl 34 €/m³ 33 €/m³ 40 €/m³ 72 €/m³
Abbildung 76: Ergebnisse der Kostenschätzung für die Errichtung eines Großwärmespeichers in Linz (Speichervolumen 2 Mio. m²) in Abhängigkeit von der Bauform.
Wie auch Abbildung 77 darstellt, ist die Tankspeicheranlage (siehe Abschnitt 2.4.2) mit Abstand die
teuerste Bauform, während sich die geschätzten Baukosten der anderen untersuchten Bauformen in
einem Bereich zwischen rd. 68 Mio. € und 80 Mio. € bewegen.
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Abbildung 77: Gegenüberstellung der geschätzten Baukosten für die Errichtung eines 2 Mio. m³-Speichers in Abhängigkeit von der Bauform.
Die auf das Speichervolumen bezogenen Kosten für die Errichtung des 203.000 m³ großen Erdbecken-
speichers in Vojens (DK) werden mit 23,5 €/m³ angegeben, exklusive Kosten für Pumpengebäude9).
Damit eine Vergleichbarkeit der geschätzten Kosten für den Linzer Großwärmespeicher mit dem
Erdbeckenwärmespeicher in Vojens (keine Wärmedämmung) möglich ist, werden die Schätzkosten der
Wärmedämmung für den projektgegenständlichen GWS gleich Null gesetzt. Dadurch ergeben sich
folgende Vergleichszahlen für die reinen Rohbauarbeiten (inkl. Abdichtung):
kombinierte Bauform (ohne Wärmedämmung) 18 €/m³
Erdbeckenspeicher (ohne Wärmedämmung) 17 €/m³
Stahlbeton-Bauwerksspeicher (ohne Wärmedämmung) 27 €/m³
Der Erdbeckenspeicher und die kombinierte Bauform des GWS Linz werden demnach gegenüber dem
Wärmespeicher in Vojens deutlich kostengünstiger eingeschätzt. Dies lässt sich durch den Größenfaktor
erklären (die Kosten pro Kubikmeter Speichervolumen nehmen mit Steigendem Volumen ab). Der
Stahlbeton-Bauwerksspeicher liegt hingegen deutlich teurer als eine Erdbeckenausbildung.
9) http://www.aktivregion-shs.de/fileadmin/download/Entwicklungsstrategie_2014/Waermewende/Waermewende-
Info_15_Vojens_end.pdf (abgerufen 26.03.2015)
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3.2.1.2 Kosten der maschinellen Ausrüstung
Das Ziel eines Wärmespeichers ist, wie schon weiter ober herausgestellt, darin zu sehen, verfügbare
Wärmeenergie während des Jahres einzusammeln und diese in den Wintermonaten für die
Fernwärmebetrieb abzugeben, um den fossilen Brennstoffbedarf für die Wärmeproduktion zu
reduzieren. Im besten Fall sollte also mit einem Speicher genügend Wärme für die Wintermonate
bevorratet werden, um in der Zeit mit wesentlich höherem FW-Bedarf zusammen mit der vorhandenen
Überschusswärme ohne jeden fossilen Zusatzbrennstoffe auszukommen. Die Überschusswärme kann
dafür aus Anlagen kommen, die Hochenthalpiewärme ungenutzt im Sommer oder auch teilweise im
Winter auskoppeln müssen. Ebenso können aber auch Niedrigenthalpiewärmequellen genutzt werden,
die dann mittels Wärmepumpen die Wärmeströme auf das erforderliche Temperaturniveau zur
Aufladung des Speichers bzw. zur Lieferung in die Fernwärmenetze anheben lassen.
Gehen wir davon aus, dass ungenutzte Wärmequellen bei niedrigen Temperaturen, so wie sie z.B. in
öffentliche Gewässer abgegeben werden, keine direkten Kosten verursachen, sondern nur jene Kosten
zu tragen sind, die eben bei ihrer Nutzung aus den Anlagen- und über die Betriebskosten entstehen. Im
Rahmen dieser Wirtschaftlichkeitsstudie sind hierin nun ausschließlich Kosten eingeschlossen, die die
apparative Ausstattung und den Betrieb betreffen. Die Wärmeenergie aus den Grundwässern wird
kostenneutral behandelt und es werden nur jene Kosten berücksichtigt, die für die Gewinnung der
Wärme für die Speicherladung und die Fernwärmeaufbringung erforderlich sind. Grundwasser im
Raume der Stadt Linz muss zur Aufrechterhaltung des Grundwasserspiegels über die entlang der Donau
errichteten Dichtwände gepumpt werden. Das Wasser, das mittels der Pumpwerke zur
Grundwasserhaltung abgezogen wird, wird in diesem Verfahrenskonzept als Wärmequelle genutzt und
dazu über Wärmeübertrager geführt, die über Wärmepumpen die Wärme für Fernwärme oder
Speicherung gewinnen lassen.
In Tabelle 12 sind gemäß der Grund- und Verfahrensfließbilder die Kosten für die dafür erforderlichen
Speicherinnenverrohrung, Lade- und Entnahmepumpen, Wärmepumpen, Apparate, Montagen,
Installationen, Feldgeräte, PLS-Erweiterungen und anderes mehr geschätzt und aufgelistet. Gesamthaft
ergibt sich dabei ein Kostenbetrag von € 55 Mio. Die Kostengenauigkeit kann hierbei mit ± 30%
angegeben werden, womit sich die Kosten für die verfahrenstechnischen Einrichtungen im Bereich
zwischen € 40 Mio und € 70 Mio belaufen werden.
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Tabelle 12: Kostenschätzung für Apparate, Einrichtungen, Montage und Installation
Pos. Zahl Investment Anlagen Einzelpreis € Positionspreis €
1 4 Wärmepumpe Friotherm 5.980.000 23.920.000
2 4 Montage WP Friotherm 280.000 1.120.000
3 6 Groß-WÜT-20 MW-RHKW 230.000 1.380.000
4 8 SPY-KSB 5000 m3/h 50.000 400.000
5 4 km Grundwasserleitungen 500.000 2.000.000
6 10 km FW-Leitungen 1.000.000 10.000.000
7 20 Armaturen, Ventile 30.000 600.000
8 1 Speicher-Innenverrohrung 2.500.000 2.500.000
9 1 PLS, Feldgeräte und Ergänzungen. 1.500.000 1.500.000
10 1 Elektro, FU´s, 2.000.000 2.000.000
11 1 Erstfüllung und Beheizung 1.400.000 1.400.000
12 1 Projekterichtung, Behörden, Gutachten 2.000.000 2.000.000
13 1 Betriebslabor, Ersatzteile 800.000 800.000
14 1 Unvorhersehbares 10% 5.000.000 5.000.000
54.620.000
3.2.2 Weitere einmalige Kosten
Die Gesamtinvestitionskosten setzen sich aus den Speicherkosten und Apparatekosten (gemäß
Abschnitt 3.2.1.2) zusammen. Zusätzlich zu den in Abschnitt 3.2.1.1 behandelten Baukosten für den
GWS, werden im Rahmen der Herstellungskosten noch einmalige Kosten für die erstmalige
Speicherbefüllung bzw. die erstmalige Aufheizung des Speicherinhalts von € 3,0 Mio abgeschätzt. Diese
fallen unabhängig vom Standort und von der Bauform des Speichers an und wurden in der nachfolgend
behandelten Tabelle 13 bei den Investitionskosten („Kosten Speicher“ = Baukosten + einmalige Kosten
für die Befüllung) berücksichtigt.
Allfällige Kosten für einen Grundstücksankauf am Speicherstandort wurden in der gegenständlichen
Kostenschätzung nicht berücksichtigt.
3.2.3 Zusammenfassung der Wirtschaftlichkeit des GWS Linz
Die laufenden Betriebskosten setzen sich aus der erforderlichen Betriebsenergie, den Personalkosten
und den Wartungs- und Instandhaltungskosten zusammen (siehe Tabelle 13).
In Tabelle 13 ist eine Betriebskostenkalkulation dargestellt, die die Wärmeherstellungskosten
(Einstandspreis für die Fernwärme) im Vergleich mit der Situation wie sie bei der heutigen Fernwärme-
aufbringung besteht zeigt. Wird Erdgas, das heute für die Erzeugung der Fernwärme über die
vorhandene Grundlastwärme hinaus erforderlich ist, reduziert, so weist dies ein relativ großes
Einsparungspotenzial auf. Aufgrund der Daten wiederum vom Jahr 2012 wären dies 920 GWh, die für
die Fernwärme mit fossilen Brennstoffen (Erdgas) eingesetzt wurden. Berechnen wir den Erdgasbedarf,
der mit einem 80 GWh Großwärmespeicher noch erforderlich ist, so erhält man einen Bedarf von
321 GWh Erdgas. Gehen wir hier von einem Gaspreis von 25 €/MWh (Industriepreiserhebung Gas Juli
2014: E-Control) aus, so würde eine 65% Reduktion des Erdgasverbrauches für die Fernwärme-
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produktion eine Einsparung von ca. 15 Mio € erbringen. Diese Einsparung in dieser Größenordnung
zeigt sich als starkes Argument für eine sehr zweckmäßige Realisierung. Mit einer derartigen
Maßnahme resultieren dazu noch Vorteile mit der einhergehenden bedeutenden CO2-Emissions-
reduktion und nicht zu übersehen ist auch dabei die Möglichkeit, eine weitgehende Unabhängigkeit der
Stadt Linz von Erdgas zu erreichen.
Neben dem reinen Einsparungseffekt an Erdgas lässt sich eine CO2-Emissionsreduzierung für die Stadt
Linz erzielen und nicht zuletzt ist auch dieser Umstand energiepolitisch in einer Stadt wie Linz
bedeutungsvoll. Anstatt fossile Brennstoffe für die Aufbringung der Fernwärme einzusetzen wird mit
diesem Verfahrenskonzept Wärmeenergie aus Abwärmequellen der Stadt zurück zu gewonnen.
Zwei Drittel des heutigen Erdgasverbrauches könnten so mit einem Großwärmespeicher eingespart
werden. Die damit erzielbare CO2-Emissionsreduzierung beläuft sich dabei auf über 270.000 t CO2/Jahr.
Ein weiterer Kostenbeitrag würde sich aus dem Erlöse aus dem Handel mit Emissions-Zertifikaten noch
ergeben. Der Kurs liegt heute bei USD $ 7,00, was hier einen Erlös von 1,8 Mio € erbringen würde (bei
USD/EUR = 1).
Die kalkulatorische Abschreibung für Speicher und Apparatetechnik wurde mit € 9,33 Mio veranschlagt.
Die potentiellen Einsparungen und Erlöse belaufen sich auf knapp € 20 Mio, die Betriebskosten auf ca.
€ 3 Mio bei einer Investition von € 150 Mio, woraus sich ein Payback von ca. 9 Jahren ergeben würde.
Nicht enthalten in den Betriebskosten sind die Kosten für das BHKW und das RHKW. Sollen diese
mitbetrachtet werden, müssten ebenso die Erlöse aus der Fernwärme mit einbezogen werden, die
anteilig auch für den Betrieb der beiden KW heute verwendet werden.
Die Gesamtsicht zu dieser Kalkulation lässt die Opportunität klar erkennen, ein solches Projekt aufgrund
seiner Wirtschaftlichkeit und seiner ökologischen Wertigkeit unmittelbar für eine weitere Bearbeitung
vorzusehen. Bei diesen Größenordnung ist jeder Monat, den man durch Warten auf weitere Argumente
verbringt, ein verlorene Zeit, betrachtet man – neben den sich bietenden Einsparungen – das hohe
Reduktionspotenzial an fossilen Brennstoffen sowie seine umweltpolitische Tragweite für die Stadt Linz.
Das Projekt beinhaltet nicht nur hohes Einsparungspotenzial für nicht erneuerbare Rohstoffe sondern
auch einen ebenso hohen Vorbildcharakter für viele andere Städte mit ähnlichen Herausforderungen.
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Tabelle 13: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung inkl. Kapitaldienst und Abschreibungen
Grundlagen:
Kosten Gas
CO 2 Reduk tion
Kosten CO 2 Zertifikat
Kapitalkosten
Energiekosten
25 €/MWh
450 t CO2/GWh
7 €/t CO2
3%
0,14 €/k Wh
25.000 €/GWh
EINSPARUNG ENERGIE ohne Speicher mit Speicher
erforderliche Wärmemenge für
FW aus fossilen Brennstoffen 690 GWh 241 GWh
Wirkungsgrad 75 % erbibt
folgende fossile Energiemenge
zur Produktion der Wärme
920 GWh
321 GWh
Kosten für Gas zur Erzeugung
der fosslilen Energiemenge pro
Jahr
€ 23.000.000
€ 8.033.333
Reduktion in Prozent 65%
Einsparungen pro Jahr 14.966.667 €/a 14.966.667 €/a
EINSPARUNG KRAFTWERKSBETRIEB 3.000.000 €/a
EINSPARUNGEN CO2 Enegiemenge t CO2
Einsparung pro Jahr 599 GWh/a 269.400 t CO2/a
eingesparte Kosten pro Jahr 1.885.800 €/a 1.885.800 €/a
INVESTITIONSKOSTEN Kosten Speicher Kosten Apparate
€ 95.000.000 € 54.620.000
Gesamtkosten Herstellung € 149.620.000
30 Jahre Abschreibungsdauer 3.166.667 €/a
15 Jahre Abschreibungsdauer 3.641.333 €/a
Abschreibung + Zins / Mo -€ 400.523,83 -€ 377.195,69
Abschreibung + Zins / Jahr -4.806.286 €/a -4.526.348 €/a -9.332.634 €/a
BETRIEBSKOSTEN
Betriebsenergie / Pumpenbetrieb 700 kW 8.760 h -840.084 €/a
Personalkosten 6 MM -480.000 €/a
Wartung Instandhaltung 1% von Herstellkosten -1.496.200 €/a
GESAMTEINSPARUNGEN GEGENÜBER HEUTE PRO JAHR 7.703.548 €/a
AMORTISATIONSZEIT in Jahren 8,8 a
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4 Ausblick und Empfehlungen für die weiterführende Machbarkeitsstudie
Sämtliche bisher umgesetzten Fernwärme-Speicherbauwerke unterscheiden sich im Wesentlichen in
ihrer Größe und z.T. auch in ihrem Temperaturniveau von der ggst. Projektidee. Es existieren daher
bislang keine praktischen oder theoretischen Erfahrungen über Errichtung bzw. Betrieb eines
Heißwasserspeichers der genannten Größenordnung. Aus diesem Grund ist die Machbarkeit des
Großwärmespeichers, hinsichtlich seiner technischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen bzw.
ökologischen Machbarkeit vertiefend zu untersuchen. Die genannten Machbarkeitsaspekte stehen
auch untereinander in Abhängigkeit, was in nachfolgender Abbildung 78 skizziert ist.
Abbildung 78: Fragestellungen der vertieften Machbarkeitsuntersuchung des Großwärmespeichers und Andeutung der Abhängigkeiten.
Die Komplexität der technischen Fragestellungen macht es erforderlich, die Untersuchung der
technischen Machbarkeitsaspekte in mehrere Fachgebiete aufzuteilen. Die Untersuchung der wirtschaft-
lichen und der gesellschaftlichen Machbarkeit muss auf die Ergebnisse der technischen Detailfrage-
stellungen aufbauen bzw. mit diesen intensiv abgestimmt sein.
Die in einer weiterführenden Machbarkeitsstudie zu untersuchenden inhaltlichen Aspekte werden in den
nachfolgenden Kapiteln 4.1 bis 4.5 ausgeführt. In Abschnitt 4.5 wird schließlich das vorsondierte
Konsortium vorgestellt, welches für die Bearbeitung der Fragestellungen herangezogen werden kann.
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4.1 Verfahrenstechnische Themen
4.1.1 Thermodynamik
Die Erkenntnisse aus den Materialuntersuchungen, den konstruktiven Anforderungen und den
Anforderungen zufolge Geologie und Tiefbau sind für eine Speichermodellierung zusammenzuführen,
um in weiterer Folge die Gesamtwärmeverluste und den Speichernutzungsgrad zu ermitteln.
Die prognostizierten Wärmeverluste über die Speicheroberfläche sind von maßgeblicher Bedeutung für
die Gesamtsystemeffizienz und damit für die Wirtschaftlichkeit. Bei der Ermittlung der möglichen
Wärmeverluste sind, neben dem Speicherdesign, der Speicherbauform und den (hydro-)geologischen
Verhältnissen, auch die Einsatzgrenzen der jeweiligen Wandmaterialien zu berücksichtigen. Aus diesem
Grund wird es notwendig, ein eigenes Engineering Tool zu entwickeln, das die Beurteilung folgender
Einflussfaktoren ermöglicht:
Einfluss der Wahl des Dämmstoffs auf die Konstruktion des Wärmespeichers
Einfluss der Konstruktion des Wärmespeichers auf die Wahl des Dämmstoffs bzw.
Dämmstoffsystems
Berücksichtigung von Wärmetransport im Erdreich durch Wärmeleitung und Konvektion
4.1.2 Thermohydraulik
Die Temperaturschichtung (Stratifikation) ist eine wesentliche Eigenschaft von sensiblen Warmwasser-
speichern. Die Aufrechterhaltung hoher Temperaturdifferenzen zwischen den Be- und Entladestellen des
Speichers wirkt sich unmittelbar auf die Leistungszahl der angeschlossenen Wärmepumpe aus.
Außerdem wirkt Stratifikation dem Entstehen von natürlichen Konvektionsströmungen in Heißwasser-
speichern entgegen. Sowohl das Entstehen von Fallströmungen an der Speicherwand als Folge des
dortigen Wärmeverlusts, als auch das Entstehen von Bénard-Konvektion unterhalb des Speicherdeckels
kann durch thermische Schichtung stark abgeschwächt bzw. verhindert werden. Eine möglichst
verwirbelungsfreie Be- und Entladung des Speichers ist erforderlich, um die Stratifikation im
Speicherbetrieb aufrecht zu erhalten. Für die bisher realisierten Speichergrößen sind entsprechende
Systeme bereits entwickelt (z.B. System Hedbäck, vgl. [24]) bzw. ausführlich durch analytische
Berechnungen und numerische Simulationen (vgl. z.B. [20]) untersucht worden. Die bestehenden
Systeme und Erkenntnisse aus dem Kleinspeicherbereich sind für einen Großspeicher zu adaptieren.
Wegen der zum Kleinspeicher unterschiedlichen räumlichen Dimensionen (Oberflächen-zu-Volumen-
Verhältnis), der wesentlich höheren Massenströme bei Be- und Entladung, etc. müssen dazu analytische
Abschätzungsrechnung und numerische Simulationen durchgeführt werden.
4.1.3 Apparative Ausstattung
Die Projektidee ist geprägt von dem innovativen Gedanken, unterschiedliche Wärmequellen für die
Fernwärmeversorgung nutzbar zu machen. Dazu ist nicht nur ein großes Speicherbauwerk erforderlich,
sondern es muss auch die entsprechende apparative Ausstattung für die erforderlichen Wärmemengen
und das erforderliche Temperaturniveau entwickelt werden. Ebenso sind dazu die möglichen
Kopplungsvarianten der nicht-fossilen KW mit dem Wärmepumpenbetrieb zu untersuchen, um mit einer
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möglichst kleinen Großwärmespeicherkapazität die Wärmeleistungsschwankungen im Jahresverlauf, die
am Beispiel Linz, je nach Außentemperatur, zwischen 50 und 500 MW betragen, ausgleichen und die
erforderliche Wärme dem Fernwärmenetz zur Verfügung stellen zu können.
4.1.4 Verfahrenskonzepte und Systemverhalten
Für das vorliegende Konzept der Integration eines Großwärmespeichers in ein bestehendes
Fernwärmenetz muss ein individuelles Verfahrenskonzept ausgearbeitet werden, welches Flexibilität
hinsichtlich Wärmequellen und Temperaturniveau ermöglicht. Damit kann eine Kopplung von Strom und
Wärme gewährleistet werden.
Dieses Verfahrenskonzept ist die zentrale Grundlage für die wirtschaftliche Betrachtung dieses
Projektes.
Für eine Aussage zur technischen, wirtschaftlichen und gesellschaftspolitischen Machbarkeit ist es
weiters erforderlich, ein sinnvolles Betriebskonzept zu konzipieren.
4.2 Bautechnische und geotechnische Themen
4.2.1 Materialtechnologie
Gegenüber dem Stand der Technik, Erdbecken mit Folien (sogenannte Linern) abzudichten, ergibt sich
der Innovationsbedarf aufgrund der hohen Temperatur. Abdichtungsfolien, die Temperaturen bis 100°C
dauerhaft standhalten, befinden sich derzeit noch in der Entwicklung.
Es soll daher der alternative Ansatz untersucht werden, den Hochtemperaturbereich des Speichers mit
einer zusätzlichen Betoninnenschale abzudichten. Die Herausforderung liegt dabei darin, dass die
angewandten Betonrezepturen einer Wassertemperatur von bis zu 100°C mit teilweise wechselnder
Beanspruchung standhalten müssen. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass bei einer Erwärmung
des Betons der E-Modul abnimmt und sich je nach Höhe der Temperatur eine Gefügeschädigung
einstellt.
4.2.2 Baukonstruktionen
Die bautechnischen Fragestellungen im Zusammenhang mit dem angedachten Großwärmespeicher
ergeben sich aus der Anforderung einer dauerhaften Nutzbarkeit und Dichtheit des Speicherbauwerkes.
Die erforderliche Größe der schwimmenden Speicherabdeckung (ca. 250 x 250 m) stellt, neben der
technischen Herausforderung, auch eine maßgebliche Herausforderung an die Nutzungsmöglichkeiten
während des Betriebes dar.
Die Gewährleistung der Sicherheit und Dauerhaftigkeit des Speicherbetriebes spielt eine wesentliche
Rolle für die Akzeptanzkriterien des Bauwerks.
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4.2.3 Geologie und Geotechnik
Bautechnisch (geologisch-hydrogeologisch) mögliche Standorte für ein Bauwerk der angedachten
Kubatur in Linz sind gegeben und nach Aussage der Stadtverwaltung denkbar10). Detailaussagen zum
geotechnischen Bauwerksdesign und sinnvolle Wärmeflussprognosen in den Untergrund sind jedoch nur
auf Basis eines abgesicherten (hydro-) geologischen Modells möglich, wofür wiederum das Abteufen
und Auswerten von Kernbohrungen erforderlich ist. Darauf aufbauend kann erst das geotechnische
Design des eigentlichen Bauwerks (Erdbecken, Damm) und der temporär erforderlichen
Bauhilfsmaßnahmen (z.B. Baugrubensicherungen) erfolgen.
Wärmefluss und -ausbreitung im Untergrund sind in hohem Maße von den (hydro-)geologischen
Standortverhältnissen geprägt und müssen sich daher auf konkrete Rahmenbedingungen beziehen.
Gleichzeitig sind diesbezügliche naturnahe Prognosen für die Machbarkeitsstudie erforderlich, da die
Ergebnisse wesentliche Auswirkungen auf die thermische Speicheroptimierung und somit auf die
Wirtschaftlichkeit des Projekts haben. Schließlich ist die mögliche Erwärmung rund um den Speicher als
direkte Umweltauswirkung zu bewerten.
4.3 Wirtschaftlichkeitsuntersuchung
Um die Sinnhaftigkeit eines Großwärmespeichers abzuschätzen, muss auch dessen Wirtschaftlichkeit
mit Bezug auf das Gesamtsystem der Wärmebereitstellung betrachtet werden. Es liegt auf der Hand,
dass Wärmespeicher zu Einsparungen im Bereich der kurzfristigen Wärmegestehungskosten führen.
Um jedoch die Wirtschaftlichkeit fundiert beurteilen zu können, müssen die Einsparungen quantifiziert
und den erwarteten Investitions- und Betriebskosten gegenübergestellt werden. Dazu wird ein zeitlich
aufgelöstes Kostenminimierungsmodell erforderlich, welches den kostenminimalen Einsatz des
Speichers unter Berücksichtigung des gesamten Fernwärmesystems ermittelt. Ziel ist letztendlich eine
Abschätzung der Wirtschaftlichkeit eines Großwärmespeichers im Fernwärmeverbund Linz aus
volkswirtschaftlicher Sicht, mit einer anschließenden Bewertung der betriebswirtschaftlichen
Umsetzbarkeit.
4.4 Gesellschaftliche Machbarkeit
Die Berücksichtigung von Akzeptanzkriterien stellt langfristig die (gesellschaftliche) Tragfähigkeit von
Entscheidungen im Bereich der Implementierung von Technologien sicher. Im Rahmen der
weiterführenden Machbarkeitsuntersuchung sollen in einer Metastudie bereits untersuchte
Akzeptanzkriterien zur Implementierung von Technologien, Veränderungen von Gebäuden, Stadtbild
usw. auf die Projektidee umgelegt und hinsichtlich ihrer Relevanz beurteilt werden. Ziel ist es,
Akzeptanzkriterien als Grundlage für eine zukünftige Befragung von AkteurInnen / NutzerInnen /
Betroffenen für ein konkretes Bauvorhaben zur Verfügung zu stellen.
Die Errichtung eines Heißwasserspeichers beeinflusst die Umwelt, insbesondere den unmittelbaren
Standort, in unterschiedlicher Weise. Vor allem die große Dimension und spezielle bautechnische
10) Gespräch mit Hrn. Dipl.-Ing. Amesberger, Magistrat Linz, Direktion Stadtentwicklung am 13.01.2015
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Erfordernisse eines derartigen Bauwerks stellen für die Abschätzung der Auswirkungen auf die
Umgebung eine Herausforderung dar. Aus diesem Grund soll ein Leitfaden erstellt werden, in dem jene
Schutzgüter und Bereiche thematisiert werden, für die erhebliche Beeinträchtigungen zu erwarten sind
(z.B. Boden, Grundwasser, Entfernung zu schutzwürdigen Gebieten). Es wird eine Relevanzmatrix
erstellt, in der die potentiell betroffenen Schutzgüter und Schutzinteressen den voraussichtlich
relevanten Beeinflussungen durch das Projekt gegenübergestellt sind.
4.5 Vorschlag eines Konsortiums
4.5.1 ForschungspartnerInnen
Um die beschriebenen Forschungsfragen weiter zu behandeln wurden ForschungspartnerInnen, welche
die notwendigen Fachgebiete bestmöglichst abdecken, gesucht (gefunden) und die jeweiligen
Forschungsfragen vorbesprochen. Im Jänner 2015 schloss sich das in Tabelle 14 angeführte
Konsortium zusammen, um als Forschungsteam an der 2. Ausschreibung „Stadt der Zukunft“ der FFG,
mit dem kooperativen F&E-Projekt „Vision einer Fernwärmezukunft mit integriertem Großwärmespeicher
– Vertiefte Machbarkeit am Beispiel Linz“ (Vision GWS) teilzunehmen.
Tabelle 14: Mögliche Forschungspartner zur Abdeckung aller Fragestellungen einer weiterführenden Machbarkeitsuntersuchung des Großwärmespeichers Linz
Forschungseinrichtung
Fachgebiete
Ingenieurbüro ste.p ZT-GmbH Bautechnik, Geotechnik, Projektmanagement
Institut für Verfahrenstechnik, JKU Linz Thermodynamik, Energie- und Verfahrenstechnik
Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung, JKU Linz
Strömungsmechanik, Wärmeübertragung, Thermofluiddynamik, Aerodynamik
Institut für Energietechnik und Thermodynamik, TU Wien
Thermodynamik, Wärmepumpen, Energietransport und - effizienz
Smart Minerals GmbH Betontechnologie, akkreditierte Prüfanstalt
Institute of Polymeric Materials and Testing, JKU Linz
Kunststofftechnik, Polymerwerkstoffe, Kuststoffhalbzeuge
Universität Innsbruck, Arbeitsbereich für Energieeffizientes Bauen
Thermische Speicher, Bauphysik, energetische Gebäudeoptimierung
Austrian Institute of Technology GmbH Geologie, Hydrogeologie, Geothermie
Technikum Wien, Institut für erneuerbare Energien
Technikfolgenabschätzung, Ökologie und Gesellschaft
EEG – Institute of Energy Systems and Electrical Drives Energy Economics Group, TU Wien
Ökonomische Beurteilung von Energiesystemen, Betriebs-, Regional- und Volkswirtschaft
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4.5.2 Nutzer/Betreiber – Beratungskonsortium
Neben dem eigentlichen Forschungsteam soll ein sog. Projektbeirat installiert werden, zum Informations-
austausch und zur inhaltlichen Beratung. Im Rahmen der Projektsondierung wurden folgende Linzer
Institutionen für den Projektbeirat im Zuge der vertieften Machbarkeitsuntersuchung gewonnen:
Linz Strom GmbH
VOEST-ALPINE AG
Magistrat Linz, Direktion Stadtentwicklung
DPx Fine Chemicals Austria
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5 Literaturverzeichnis
Verwendete und weiterführende Literatur
[1] Sterner, M.; Stadler, I.: Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration; Verlag Springer
Vieweg, Berlin Heidelberg 2014
[2] FGW – Fachverband der Gas- und Wärmeversorgungsunternehmungen: Erdgas und Fernwärme
in Österreich – Zahlenspiegel 2014, Wien 2014
[3] Lambauer, J. et al.: Industrielle Großwärmepumpen – Potentiale, Hemmnisse und Best-Practice
Beispiele; Forschungsbericht, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung;
Stuttgart, 2008
[4] Pitter, M.: mündliche Informationen über Errichtung und Betrieb des Fernwärmespeichers
Timelkam der Energie AG. Timelkam, am 26.06.2014
[5] Petzold, H.-J.: Erdüberdeckter Wasserbehälter für Madrid, in "Beton- und Stahlbetonbau", 9/1973,
S. 215 – 220
[6] BMLFUW: Leitfaden zur Vorlage eines Projektes für die Prüfung in der Staubeckenkommission,
Fassung 12/2011; www.lebensministerium.at
[7] Österreichische Bautechnik Vereinigung: Merkblatt Baugrubensicherungen, Dezember 2014
[8] ÖWAV-Regelblatt 207: Thermische Nutzung des Grundwassers und des Untergrunds – Heizen
und Kühlen; Wien 2009
[9] Felberbauer, K.-P. et al. (2012). Energiespeicher der Zukunft. Energiespeicher für erneuerbare
Energie als Schlüssel-Technologie für zukünftige Energiesysteme. Endbericht. Joanneum
Research Report. Neue Energien 2020.
[10] Berger, W.: Konzepte der thermischen Energiespeicherung. FORUM Gas Wasser Wärme 5/2008,
pp. 18 – 21, 2008
[11] Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik, Sulzbach-Rosenberg: Speicher
für die Energiewende, 2013
[12] JOANNEUM RESEARCH, TU Wien: Endbericht zum Forschungsprojekt Energiespeicher der
Zukunft – Energiespeicher für erneuerbare Energie als Schlüsseltechnologie für zukünftige
Energiesysteme, FFG-Pr.nr. 821935
[13] Clausen, J.: Wärmenetze und Langzeitwärmespeicher als Schlüsseltechnologien der nachhaltigen
Wärmeversorgung – Entwicklungspotenziale und Handlungsoptionen, Vertiefungsstudie;
Borderstep Institut, Berlin, 2013
[14] Mangold, D. et al.: Technisch-wirtschaftliche Analyse und Weiterentwicklung der solaren Langzeit-
Wärmespeicherung. Forschungsbericht zum BMU-Vorhaben 0329607N. Stuttgart, 2012
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[15] Ochs, F. et al.: Heißwasser-Erdbecken-Wärmespeicher mit freitragender Abdeckung für solare
Nahwärmesysteme; OTTI 17. Symposium Thermische Sorarenergie; 2007
[16] Ochs, F.; Heidemann, W.; Müller-Steinhagen, H.: Saisonale Wärmespeicherung – eine
Herausforderung für Polymere; 2. Leobener Symposium Polymeric Solar Materials, 2008
[17] Ochs, F.: Modelling Large-Scale Thermal Energy Stores; Shaker Verlag, Aachen 2010
[18] Marstal Fjernvarme et al. (DK): Solar Thermal and Long Term Heat Storage for District Heating
Systems – SUNSTORE 2, Final Technical Report, 2005
[19] Al-Addous, M.: Berechnen der Größe von Wasserspeichern zum saisonalen Speichern von Wärme
bei der ausschließlichen Wärmeversorgung von Häusern mit Solarkollektoren; Dissertation TU
Bergakademie Freiberg, 2006
[20] Huhn R.: Beitrag zur thermodynamischen Analyse und Bewertung von Wasserwärmespeichern in
Energieumwandlungsketten. Dissertation, Fakultät für Maschinenwesen, Technische Universität
Dresden, 2007
[21] Leitner, S.: Physik neuartiger Wärmespeicher; Diplomarbeit Universität Wien, 2013
[22] Solites. (2012). Technisch-wirtschaftliche Analyse und Weiterentwicklung der solaren Langzeit-
Wärmespeicherung; Stuttgart.
[23] Bodmann, A.; Mangold, D. et al.: Solar unterstützte Nahwärme und Langzeit-Wärmespeicher,
Forschungsbericht zum BMWA /BMU-Vorhaben (2003 – 2005)
[24] Hedbäck, T. J.: Druckloser Heißwasserspeicher für Fernheizsysteme sowie Verfahren und
Einrichtung zur Beibehaltung eines fast konstanten Überdrucks von über der Heißwasserschicht in
einem drucklosen Heißwasserspeicher eines Fernheizsystems befindlichen Dampf oder
Wasserdampf. Patent DE 43 05 867 A1, 199
[25] Lohse, R.; Göppert, S.; Urbaneck, T.; Schirmer, U.; Platzer, B.: Planungsleitfaden zur
geschichteten Be- und Entladung thermischer Speicher in solarthermischen Anlagen; Chemnitz
2009
[26] GIERLINGER, B.; HOLUB, B. (2005): Wasserwerk Scharlinz - Ausweisung von Schutzzonen.
Bericht G.U.T. GRUPPE UMWELT + TECHNIK GmbH, Linz; 98 S., 24 Anlagen., 5 Anhänge; Linz,
1. August 2005,
[27] PESCHEL, R. (1983): Erläuterungen zur geologischen Karte von Linz und Umgebung.- Naturk.Jb.
d. Stadt Linz; 28,1982; S. 181-236,6 Abb., 1 Karte; Linz 1983.
[28] SCHINDLMAYR, A., GÖTZL, G., BECHTOLD, D., MONTAG, O..(2006):: Nutzung der
Tiefengeothermie für das Fernheizkraftwerk Linz – Vorstudie zur Machbarkeit.- bf:gh ZT-GmbH,
39S., 9Abb., 5Tab., 2 Anlagen, Linz, 7.Februar 2006
[29] SCHINDLMAYR, A., GÖTZL, G., BECHTOLD, D., MONTAG, O. (2007): Geothermische Nutzung
Linz AG, Teil 2: Warmwasserspeicherung – Vorstudie. bf:gh ZT-GmbH, 14 S., 1 Abb.,
Linz/Seeham, 14.3.2007.
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[30] AMT OÖ LANDESREGIERUNG (2004): Grundwasserbewirtschftung Linz – Hydrologische und
thermische Ist-Situation.- OÖ LR, Wasserwirtschaft, Grund- u. Trinkwasserwirtschaft , 16S., 13
Abb., Linz, April 2004,
[31] AMT OÖ LANDESREGIERUNG (2014): DORIS-Bohrlochdatenbank
[32] GEOLOGISCHE BUNDESANSTALT (2006): Geologische Karte von Oberösterreich 1:200 000.-
GBA, Wien 2006 mit Erläuterungen.
[33] AMT OÖ LANDESREGIERUNG (2015): Kataster, Wasserschutzgebiete, Wasserschongebiete,
Rahmenverfügungen, HW30 Hochwasseranschlaglinien, Wasserbuch, Wasserbuch-Postzahl.-
DORIS Atlas 4.0, (www.doris.ooe.gv.at)
[34] BUNDESAMT f. EICH UND VERMESSUNGSWESEN BEV (2014): ÖK 50 (www.bev.gv.at)
[35] LINZ AG (2014): Fernwärmenetz Linz Gas/Wärme GmbH .- Linz AG Wärme, (Stand 2.7.2013)
[36] LINZ AG (2015): Fernwärme Versorgungsgebiet der Linz AG.-
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6 Anhang
Anhang 6.1 Beschreibung der untersuchten Standortmöglichkeiten
Standort 1 – Prinz Eugenstraße / Fernheizwerk / Cineplex
Flächenverfügbarkeit:
Standortfläche / Verbauung / Größe: unverbaut, max. 200m x 200m Flächennutzung / Flächenwidmung: landwirtschaftlich (Kleingärten angrenzend) Grdst.Nr.: 650/1, 967/1, 684/1, 684/2, 691/1
Anrainer-Konfliktpotenzial:
Standort-Umfeld: Kleingartensiedlung !, Industrie- u. Gewerbegebiet, Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb: vorübergehend ja
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte im Umfeld vorhanden Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 -4 x10E-3m/s)
Art der GW-Führung Porengriundwasser über Schlier-GW-Stauer, Kluft-Grundwasser im Schlier, Linzer Sande im
Untergrund möglich
Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status) Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen) Schichtfolge: 0-13,9m: G;s,u (Schotter) /13,9 –14,5m: U;t (Schlier)
Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung (tieferer Untergrund unbekannt)
(Schotter/Schlier/Sand ?) Setzungsrisiko gering bis mittel
Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko
Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung:
Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: angrenzend; sehr zentrale Lage Zuleitungslänge zum FHW Mitte sehr günstig (ca. 150 m)
Errichtungstechnische Aspekte:
Massenausgleich lokal nicht möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zu 100 % erforderlich
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GKlimWa- Sun d LEnienr gzie fonds
des Bundes - Abw ic klung dur ch die Ö sterr eic hisc he For schu n gs förderungs ges ellschaft F FG
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Standort 2 – Flugfeld Nord und Standort 3 – Flugfeld Süd
Flächenverfügbarkeit: Standortfläche / Verbauung / Größe unverbaut, max. 200m x 200m Flächennutzung, Flächenwidmung: Vereinsflugfeld (ASKÖ,UNION), Verkehrswidmung Grdst.Nr.: 1464/2 , 1476
Anrainer-Konfliktpotenzial: Standort-Umfeld: Kleingartensiedlung, Industrie- u. Gewerbegebiet, Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb: vorübergehend
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte im Umfeld vorhanden, GW-Drainage und Pumpwerk der Verbund (KW Abwinden-Asten)
Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 -4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier-GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier, Linzer Sande darunter im Untergrund möglich (?)
Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik
Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen) Schichtfolge: 0-18,7m G; s,u (Schotter) 18,7 -19,8m U;t (Schlier) Untergrundstabilität: wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität: Wechsellagerung zu erwarten
(Schotter/Schlier/Sand ?) Setzungsrisiko gering bis mittel Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz zentrale Lage Zuleitungslänge zum FHW Mitte: sehr günstig (ca. 500 m)
Errichtungstechnische Aspekte: Massenausgleich lokal nicht möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zu 100 % erforderlich, Via Donau (Donaunähe)
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Standort 4 – VA Gasometer
Flächenverfügbarkeit:
Standortfläche / Verbauung / Größe: unverbaut, max. 200m x 170m Flächennutzung, Flächenwidmung: VA-Industriegelände, Lagerfläche f. Kies-
aufbereitung, kleine Gebäude vorhanden Eigentumsverhältnisse: VA (Voest-Alpine) Grdst.Nr.: 179/1
Anrainer-Konfliktpotenzial:
Standort-Umfeld: Industriegebiet, Schnellstraße zur Donaubrücke Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb: vorübergehend f. Verkehr (kein Wohngebiet)
Hydrogeologie: Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Grundwassernutzung / Wasserrechte Kühlwasserentnahmen für VA im Umfeld Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 -4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier-GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier, Linzer Sande im Untergrund möglich (?)
Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status) Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik
Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen) Schichtfolge 0-18,7m:G; s,u (Schotter) /18,7-19,8m:U;t (Schlier) Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung zu erwarten
(Schotter/Schlier/Sand ?) Setzungsrisiko gering bis mittel Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung:
Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: innerhalb; relativ zentrale Lage Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 1,7 km
Errichtungstechnische Aspekte:
Massenausgleich lokal nicht möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zu 100 % erforderlich
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Standort 5 – VA Lagerfläche E und Standort 6 – VA Lagerfläche W
Flächenverfügbarkeit:
Standortfläche / Verbauung / Größe unverbaut, max. 170m x 170m Flächennutzung, Flächenwidmung: VA-Industriegelände, genutzte Lagerfläche Eigentumsverhältnisse: VA (Voest-Alpine) Grdst.Nr.: 521/5, 535, 517
Anrainer-Konfliktpotenzial: Standort-Umfeld: Industriegebiet (kein nahes Wohngebiet) Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb: keine
Hydrogeologie: Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Grundwassernutzung / Wasserrechte Kühlwasserentnahmen für VA im Umfeld Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 -4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier-GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier, Linzer Sande darunter im Untergrund möglich (?)
Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik
Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen) Schichtfolge 0-12,9m G; s,u (Schotter) 12,9 -15,0m U;t (Schlier) Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung zu erwarten
(Schotter/Schlier/Sand ?) Setzungsrisiko gering bis mittel Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet / Netz innerhalb Zuleitungslänge zum FHW-Mitte: ca. 3,5 km
Errichtungstechnische Aspekte: Massenausgleich lokal nicht möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zu 100 % erforderlich, Hafennähe
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Standort 7 – VA Traunmündung SE und Standort 8 – VA Traunmündung NW
Flächenverfügbarkeit: Standortfläche / Verbauung / Größe: unverbaut zwischen Donau und Traun,
max. 220m x 220m Flächennutzung, Flächenwidmung: VA-Industriegelände, Halden-Lagerfläche Eigentumsverhältnisse: VA (Voest-Alpine) Grdst.Nr.: 978/8, 722/2
Anrainer-Konfliktpotenzial:
Standort-Umfeld: Industriegebiet, keine nahen Wohngebiete Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb keine
Hydrogeologie: Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Grundwassernutzung / Wasserrechte Kühlwasserentnahmen für VA im Umfeld Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 -4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier-GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier, Linzer Sande darunter im Untergrund möglich (?)
Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen) Schichtfolge 0-12,1m G; s,u (Schotter) 12,1-13,7m U;t (Schlier) Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung zu erwarten
(Schotter/Schlier/Sand ?) Setzungsrisiko gering Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung:
Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: innerhalb Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 4 km
Errichtungstechnische Aspekte:
Massenausgleich lokal nicht möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zu 100 % erforderlich, Via Donau (Traun)
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Standort 9 – Forst Schiltenberg
Flächenverfügbarkeit:
Standortfläche / Verbauung / Größe: unverbaut, > 250m x 250m möglich Flächennutzung, Flächenwidmung: land-u. forstwirtschaftlich Grdst.Nr.: 1/1, 2/1, 2/3 Eigentumsverhältnisse: Stadt Linz Anrainer-Konfliktpotenzial: Standort-Umfeld: keine nahen Wohngebiete (>400m) Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb vorübergehend
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte keine Grundwasserführung: geringe GW-Führung (K-Wert: 1 – 5 x 10E-6m/s) Art der GW-Führung lokales Schicht-GW in den Deckenschottern; Kluft-
Grundwasser im Schlier Wasserhaltung für Schicht-GW und Kluftwässer erforderlich
(Drainage- und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik Bohraufschlussdaten: im Umfeld vorhanden Schichtfolge 0 – 21,7m: fs,u,t (Lößlehm. Deckenschotter)
21,7- 23,7m: U;t (Schlier) >120m: U;t (Schlier) Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung in der Deckschicht, darunter
einheitlicher Schlier (Deckenschotter/Schlier Setzungsrisiko gering
Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung gering Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet / - Netz: außerhalb Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 6,5 km
Errichtungstechnische Aspekte:
Massenausgleich großteils lokal möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zum Teil erforderlich
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Standort 10 – Solar City W und Standort 11 – Solar City E
Flächenverfügbarkeit:
Standortfläche / Verbauung / Größe: unverbaut, max. 200m x 200m bzw. 250m x 250m Flächennutzung, Flächenwidmung: landwirtschaftlich Grdst.Nr.: 10: 936, 937, 943, 944 11: 1007, 1341, 1010
Anrainer-Konfliktpotenzial: Standort-Umfeld: zum Teil nahegelegene Wohngebiete, Golfplatz;
nahes Erholungsgebiet Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb vorübergehend erheblich
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte im Umfeld vorhanden Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 - 4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier-GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier, Linzer Sande erst in größerer Tiefe im Untergrund möglich (?)
Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine vorhanden Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik
Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen) Schichtfolge 0-12,1m G; s,u (Schotter) 12,1-13,7m U;t (Schlier) Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung zu erwarten
(Schotter/Schlier/Sand ?) Setzungsrisiko gering Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: innerhalb (Solar City) Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 6,0 – 6,5 km
Errichtungstechnische Aspekte: Massenausgleich lokal nicht möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zu hohem Anteil erforderlich
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Solar city W
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Solar City E
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Standort 12 – Doppl NE, Standort 13 – Doppl SE, Standort 14 – Doppl NW, Standort 15 – Doppl SW
Flächenverfügbarkeit: Standortfläche / Verbauung / Größe: unverbaut, > 250m x 250m möglich Flächennutzung, Flächenwidmung: landwirtschaftlich Grdst.Nr.:
Anrainer-Konfliktpotenzial:
Standort-Umfeld: Gewerbegebiet, keine nahen Wohngebiete Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb nur vorübergehend
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte im weiteren Umfeld vorhanden Grundwasserführung: geringe bis mittlere GW-Führung (K-Wert: 1 – 9 x 10E-6m/s)
Art der GW-Führung lokales Schicht-GW in den Deckenschottern; (geringmächtig), Kluft-Grundwasser im Schlier
Wasserhaltung für Schicht-GW und Kluftwässer erforderlich (Drainage- und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Grundwasser Schutz- und Schongebiete innerhalb GW-Schongebiet (WW Scharlinz) Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik
Bohraufschlussdaten: im Umfeld vorhanden
Schichtfolge 0 – 9,5m: fs,u,t (Lößlehm. Deckenschotter) 9,5- >23m: U;t (Schlier)
Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse
Untergrundhomogenität Wechsellagerung in der Deckschicht, darunter einheitlicher Schlier (Deckenschotter/Schlier
Setzungsrisiko gering
Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung gering Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung:
Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: außerhalb Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 7,0 - 8,5 km
Errichtungstechnische Aspekte:
Massenausgleich lokal zum Teil möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zum Teil erforderlich
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Standort 16 – Leonding-Reith
Flächenverfügbarkeit: Standort / Verbauung / Größe unverbaut, > 250m x 250m möglich Flächennutzung, Flächenwidmung: landwirtschaftlich Grdst.Nr.:
Anrainer-Konfliktpotenzial: Anrainer-Umfeld: nahe Wohngebiete Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb vorübergehend massiv
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte im Umfeld vorhanden (Brunnenanlagen) Grundwasserführung: Porengrundwasser-Führung in den
Deckenschottern (K-Wert: 1 – 5 x 10E-4m/s) Art der GW-Führung lokales Schicht-GW in den Deckenschottern; Kluft-
Grundwasser im Schlier Wasserhaltung für Poren-GW und Kluftwässer erforderlich
(Drainage- und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status) Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Ökoflächen: keine Naturschutzgebiete: keine Schutzgebiete f. Erholung: keine Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik Bohraufschlussdaten: im Umfeld vorhanden Schichtfolge 0–max.21,7m: fs,g,x,u,t (Lößlehm. Deckenschotter)
21,7- > 87m U;t (Schlier) Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung in der Deckschicht, darunter
einheitlicher klüftiger Schlier Setzungsrisiko gering Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung gering Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: außerhalb Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 7,0 km
Errichtungstechnische Aspekte: Massenausgleich lokal nur sehr begrenzt möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zum Großteil erforderlich
GWS Linz Klima- un d Ener gie fonds des Bundes - Abw ic klung dur ch die Ö sterr eic hisc he For schu n gs förderungs ges ellschaft F FG
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Standort 17 – Steyregg-Neuau
Flächenverfügbarkeit: Standort / Verbauung / Größe: unverbaut, 200m x 200m Flächennutzung, Flächenwidmung: landwirtschaftlich Grdst.Nr.:
Anrainer-Konfliktpotenzial: Standort-Umfeld: keine nahen Wohngebiete Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb gering
Hydrogeologie:
Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Grundwassernutzung / Wasserrechte vorhanden Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 - 4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier-GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier, Linzer Sande in im Untergrund zu vermuten (?)
Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Ökoflächen: vorhanden (Donauaue) Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen) Schichtfolge 0-14,4m: G; s,u (Schotter) 14,4-15,2m: U;t (Schlier)
ev. Linzer Sande unterhalb des Schlier (?) Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung zu erwarten
(Schotter/Schlier/Sand ?) Setzungsrisiko gering bis mittel Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: außerhalb Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 3,0 km Errichtungstechnische Aspekte:
Massenausgleich lokal zum Teil möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zum Großteil erforderlich (Via Donau)
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Standort 18 – Urfahr 1und Standort 19 – Urfahr 2
Flächenverfügbarkeit: Standort / Verbauung / Größe: unverbaut, 200m x 200m Flächennutzung, Flächenwidmung: landwirtschaftlich Grdst.Nr.: 886/1, 884/1, 884/3, 886/4, 884/6, 886/3, 782/5,
782/4, 884/7, 886/2
Anrainer-Konfliktpotenzial:
Standort-Umfeld: nahe Wohngebiete Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb vorübergehend erheblich
Hydrogeologie:
Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Grundwassernutzung / Wasserrechte Kühlwasserentnahmen im Umfeld Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 - 4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier-GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier, Linzer Sande im Untergrund zu erwarten (?)
Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Ökoflächen: innerhalb Naturschutzgebiete: außerhalb Schutzgebiete f. Erholung: innerhalb Hochwasser-Risikozone (HQ30): innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik
Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen)
Schichtfolge 0-13,4m: G; s,u (Schotter) 13,4-15,0m U;t (Schlier), daunter sind Linzer Sande zu erwarten (?)
Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung zu erwarten
(Schotter/Schlier/Sand ?) Setzungsrisiko gering bis mittel Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig
(Lockersedimente/Schlier/Sand) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung:
Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: innerhalb Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 3,0 km
Errichtungstechnische Aspekte:
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Standort 20 – Petrinum
Flächenverfügbarkeit: Standort / Verbauung / Größe: unverbaut, bis 250m x 250m möglich Flächennutzung, Flächenwidmung: landwirtschaftlich Grdst.Nr.: Eigentumsverhältnisse: Diözese Linz
Anrainer-Konfliktpotenzial:
Standortumfeld: nahe Wohngebiete Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb vorübergehend erheblich; Aushub-Transport
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte vereinzelte Wasserrechte im Umfeld (Quellfassung) Grundwasserführung: geringe GW-Führung (K-Wert: 1 - 5 x10E-6m/s) Art der GW-Führung lokale Schichtgrundwässer in den Deckenschottern
Kluft-Grundwasser im Kristallin Wasserhaltung erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status) Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik
Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend (Bohrungen nur außerhalb) Schichtfolge 0-19,2m: U;t,s (Lößlehm) 19,2-21,5m: S;g; 21,5-
33,6m: G; s,u,x (Deckenschotter); 33,6-57,1m: Fels (Kristallin)
Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung oberflächennah
(Lößlehm / Sande / Schotter/ Kristallin) Setzungsrisiko gering Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lößlehm /Deckenschotter) Grundbruchgefährdung gering Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich (oberflächennah), begrenzt im Kristallin
Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: Randbereich zum Netz Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 4,5 km
Errichtungstechnische Aspekte: Massenausgleich lokal nur begrenzt möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zu Großteil erforderlich
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Standort 21 – Hafen Linz
Flächenverfügbarkeit:
Standort / Verbauung / Größe: zum Teil verbaut, max. 180m x 180m Flächennutzung, Flächenwidmung: Hafengelände, Industriebauten, Lagerhäuser Grdst.Nr.: 1449/3, 1428/14, 1281/4, 1281/20, 1428/31 Eigentumsverhältnisse: Stadt Linz
Anrainer-Konfliktpotenzial:
Standort-Umfeld: derzeitige Nutzung als Hafen Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb vorübergehend
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte diverse GW-Entnahmen im Umfeld Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 - 4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier als GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier, Linzer Sande im Untergrund möglich (?)
Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status) Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen) Schichtfolge 0-9,7m: G; s,u (Schotter) 9,7-19,7m: U;t (Schlier) Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung zu erwarten, ev. Linzer Sande
(Schotter/Schlier/Sand ?) Setzungsrisiko gering bis mittel
Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung:
Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: innerhalb Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 1,75 km
Errichtungstechnische Aspekte:
Massenausgleich lokal nicht möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zu 100 % erforderlich
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Standort 22 – Oed-St.Isidor
Flächenverfügbarkeit: Standort / Verbauung /Größe: unverbaut, 240m x 240m möglich Flächennutzung, Flächenwidmung: landwirtschaftlich Eigentumsverhältnisse: Grdst.Nr.: 1128/2
Anrainer-Konfliktpotenzial:
Standort-Umfeld: nahe Wohngebiete im W und N Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb vorübergehend erheblich
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte diverse Wasserrechte im Umfeld Grundwasserführung: mittlere GW-Führung (K-Wert: 1 - 4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser in den Deckenschottern über
Schlier-GW-Stauer, Kluft-Grundwasser im Schlier Wasserhaltung erforderlich (Abdichtungen und Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Grundwasser Schutz- und Schongebiete innerhalb des Wasserschongebiets Scharlinz Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden
Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik
Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (am Standort nur seichte Bohrungen)
Schichtfolge 0-7,5m: Lößlehm; 7,5-22,2m:G;s,u (Schotter) 22,2- 23m :U;t (Schlier) (>95,0m)
Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Wechsellagerung zu erwarten
(Lößlehm Deckenschotter/Schlier) Setzungsrisiko mittel Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente / Schlier) Grundbruchgefährdung gering Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: außerhalb Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 5,5 km
Errichtungstechnische Aspekte:
Massenausgleich lokal nur sehr begrenzt möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zum Großteil erforderlich
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Standort 23 – St.Martin
Flächenverfügbarkeit: Standort / Verbauung / Größe: unverbaut, 200m x 200m Flächennutzung, Flächenwidmung: landwirtschaftlich Grdst.Nr.:
Anrainer-Konfliktpotenzial: Standort-Umfeld: nahegelegene Wohngebiete Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb vorübergehend erheblich
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte diverse Wasserrechte im Umfeld Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 - 4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier-GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und
Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status)
Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik
Bohraufschlussdaten: keine am Standort, nicht ausreichend tief (nur sehr seichte Bohrungen)
Schichtfolge 0-12,1m: G; s,u (Schotter), darunter Schlier Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Lockersedimentüberdeckung des Schlier
(Schotter/Schlier) Setzungsrisiko gering Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung gering Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung: Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: etwas außerhalb Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 9 km
Errichtungstechnische Aspekte:
Massenausgleich lokal nicht möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: zu 100 % erforderlich
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Standort 24 – Fischdorf
Flächenverfügbarkeit: Standort / Verbauung / Größe unverbaut, > 250m x 250m möglich Flächennutzung, Flächenwidmung: landwirtschaftlich Eigentumsverhältnisse: Grdst.Nr.:
Anrainer-Konfliktpotenzial: Standort-Umfeld: Autobahn, Einzelhöfe, Wohnsiedlung (>500m) Anliegerbeeinträchtigungen: Bau / Betrieb vorübergehend gering
Hydrogeologie:
Grundwassernutzung / Wasserrechte diverse im Umfeld (WV-Anlage > 250m SW) Grundwasserführung: hohe GW-Führung (K-Wert: 1 - 4 x10E-3m/s) Art der GW-Führung Porengrundwasser über Schlier-GW-Stauer,
Kluft-Grundwasser im Schlier Wasserhaltung in hohem Maß erforderlich (Abdichtungen und
Pumpbetrieb)
Raumordnung (Status) Grundwasser Schutz- und Schongebiete keine Ökoflächen: keine vorhanden Naturschutzgebiete: keine vorhanden Schutzgebiete f. Erholung: keine vorhanden Hochwasser-Risikozone (HQ30): nicht innerhalb HQ30
Geologie – Geotechnik Bohraufschlussdaten: nicht ausreichend tief (nur seichte Bohrungen) Schichtfolge 0-8,0m: G;s (Schotter) 8,0-8,2m: U;t (Schlier) Untergrundstabilität wechselnde Untergrundverhältnisse Untergrundhomogenität Lockersedimente über Schlier (Schotter/Schlier) Setzungsrisiko gering Hangstabilität / Rutschungsgefährdung Sicherung notwendig (Lockersedimente/ Schlier) Grundbruchgefährdung derzeit nicht abschätzbar (Linzer Sande ?) Seismizität kein Risiko Baugrubensicherung erforderlich
Netzanbindung:
Fernwärmeversorgungsgebiet / -Netz: außerhalb
Zuleitungslänge zum FHW Mitte: ca. 8,0 km Errichtungstechnische Aspekte: Massenausgleich lokal möglich Aushubverwertung u. Aushubtransport: nur zu einem geringen Anteil erforderlich
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Anhang 6.2 Themengruppen und Einzelkriterien für die Ausweisung eines Standortes – Auswertematrix
Flächen- Verfügbar-
keit
Anrainer– konflikt- potenzial
Netzan- bindung
Raumordnung – Schutzflächen
Geologie – Geotechnik
Hydrogeologie
Errichtungs- technische
Aspekte
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1 Pr. Eugenstr.-FHW-Cineplex 4 6 5 3 2 5 6 6 6 6 6 6 6 3 4 3 3 4 2 6 2 3 2 2 2 1 3 107
2 Flugfeld Nord 3 2 2 3 2 5 6 6 6 6 6 6 6 3 4 3 3 3 2 6 2 3 2 2 2 1 3 98
3 Flugfeld Süd 3 2 2 3 2 5 6 6 6 6 6 6 6 3 4 3 3 3 2 6 2 3 2 2 2 1 3 98
4 VA Gasometer 2 2 3 3 4 3 5 5 6 6 6 6 6 3 4 3 3 4 2 6 2 2 2 2 2 1 2 95
5 VA Lagerfläche E 3 2 3 3 5 5 5 4 6 6 6 6 6 3 4 3 3 4 2 6 2 2 2 2 2 1 2 98
6 VA Lagerfläche W 3 2 3 3 5 5 5 4 6 6 6 6 6 3 4 3 3 4 2 6 2 2 2 2 2 1 2 98
7 VA Traunmündung SE 3 3 3 4 6 5 5 4 6 6 6 6 6 3 4 3 3 3 2 6 2 3 2 2 2 1 4 103
8 VA Traunmündung NW 3 3 3 4 6 5 5 4 6 6 6 6 6 3 4 3 3 3 2 6 2 3 2 2 2 1 4 103
9 Forst Schiltenberg 6 6 5 5 6 6 4 3 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 4 6 5 4 4 4 5 5 5 138
10 Solar City W 5 5 4 3 2 4 3 3 6 6 6 6 6 3 4 3 3 4 2 6 2 3 2 2 2 1 3 99
11 Solar City E 5 5 4 3 2 4 3 3 6 6 6 6 6 3 4 3 3 4 2 6 2 3 2 2 2 1 3 99
12 Doppl NE 5 5 4 4 3 4 2 3 0 6 6 6 6 3 4 3 3 4 3 6 3 4 3 3 3 2 3 101
13 Doppl SE 5 5 4 4 3 4 2 3 0 6 6 6 6 3 4 3 3 4 3 6 3 4 3 3 3 2 3 101
14 Doppl NW 5 5 4 4 3 4 2 3 0 6 6 6 6 3 4 3 3 4 3 6 3 4 3 3 3 3 3 102
15 Doppl SW 5 5 4 4 3 4 2 3 0 6 6 6 6 3 4 3 3 4 3 6 3 4 3 3 3 3 3 102
16 Leonding-Reith 4 5 4 3 2 4 2 3 5 6 6 6 6 3 4 3 3 4 3 6 3 3 3 3 3 2 2 101
17 Steyregg-Neuau 5 5 3 4 5 4 3 4 5 6 0 3 3 3 4 2 3 4 2 6 2 4 2 2 2 2 3 91
18 Urfahr 1 3 4 3 2 2 3 5 5 0 6 0 4 3 3 4 3 3 4 2 6 2 2 2 2 2 1 3 79
19 Urfahr 2 3 4 3 2 2 3 5 5 0 6 0 4 3 3 4 3 3 4 2 6 2 2 2 2 2 1 3 79
20 Petrinum 5 5 5 4 2 3 4 4 6 6 6 4 6 5 5 5 6 4 5 6 6 5 4 5 5 4 2 127
21 Hafen Linz 2 3 2 2 4 4 5 5 6 6 6 6 6 3 4 3 3 3 2 6 2 3 1 2 2 1 4 96
22 Oed -St.Isidor 5 5 4 3 3 3 2 3 0 6 6 6 6 3 4 3 3 4 3 6 3 1 2 2 2 2 2 92
23 St.Martin 5 4 4 3 2 3 2 1 6 6 6 6 6 3 4 3 3 4 3 6 3 3 2 2 2 1 2 95
24 Fischdorf 6 5 5 5 5 6 2 2 6 6 6 6 6 3 4 3 3 3 3 6 4 4 2 2 2 4 4 113
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Anhang 6.3 Kostenschätzung Bauherstellung
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Tankspeicheranlage
Bauteil: Tankspeicheranlage 2.000.000 m³ Volumen Abmessungen
Abmessung 'l1':
Abmessung 'b1':
Eingabe erf.
Eingabe erf.
Abmessung 'l2': Eingabe erf.
Abmessung 'b2': Eingabe erf.
Höhe h: 60 m
Damm Höhe: 10 m Eingabe erf.
Erdbecken Aushubtiefe:
Böschungswinkel Erdbecken:
Böschungswinkel Damm Eingabe erf.
Dammkrone Eingabe erf.
Dammaufstandsbreite
Volumen Erdaushub
Volumen Damm
Oberfläche erdberührend 48.400 m²
Oberfläche atmosphärisch
Pos. Nr. Beschreibung Einheit EH-Preis Breite
[m]
Höhe
[m]
Länge
[m]
Fläche
[m²]
Anzahl
Stk.
Menge Pos.Preis Anmerkungen
GESAMMTKOSTEN € 143.747.456
01 Baustelleneinrichtung € 4.227.456 Gemeinkosten PA € 4.227.456,00 1 1 1 1 1 1 € 4.227.456 3% der Gesamtkosten
03 Aushub - Erdarbeiten offener Abtrag m³ € 2,20 Baugrubenaushub o. S. m³ € 3,82 Volumen Erdaushub
Aushub Unterwasser m³ € 2,40 Dichtwand vorh.
Aushub wegschaffen m³ € 2,52 Diff. Aushub -Damm
Anschütten Damm m³ € 3,58 Volumen Damm
Entsorgungskosten m³ € 20,00 10% von Aushub wegschaffen
05 Spezialtiefbau Baugrubensicherung Nagelwand ( m² € 75,00 Baugrubensicherung Schlitzwand m² € 200,00 Dichtwand / Schmalwand m² € 50,00 Spundwand m² € 63,27 Verankerung (Spw., SW) m € 500,00 IBO-Anker m € 95,00 1 Stk. pro 5 m², nur im Kristallin
seichte Wasserhaltung m³ € 1,00 nur im Lößlehm / Schotter
tiefe Wasserhaltung m³ € 2,50 06 Beton - Stahlbetonarbeiten € 14.520.000 Fundamentplatte m³ € 120,00 1 2,5 m 1 48.400 m² 1 121.000 m³ € 14.520.000 Unterwasserbeton m³ € 95,00 Stützmauer m³ € 130,00 Wände m. Schalung m³ € 115,00 Decke m. Schalung gerade m³ € 145,56 Decke m. Schalung gebogen m³ € 179,83 Bewehrung to € 857,50 Konterschalung m² € 55,00 07 Wärmedämmung und Abdichtung Wäremdämmung druckfest 40cm m² € 180,00 Oberfläche erdberührend
Wärmedämmung 40cm m² € 145,00 Oberfläche atmosphärisch
Folienabdichtung m² € 17,10 Oberfläche erdberührend
Betonitabdichtung m² € 10,75 Oberfläche erdberührend
Flüssigabdichtung m² € 12,00 Drainagematte m² € 9,14 Oberfläche erdberührend
Schwimmdecke m² € 107,80 Oberfläche atmosphärisch
08 Stahlbau € 125.000.000 Stahlkonstruktion liefern + monti Stk. € 2.500.000,00 1 1 1 1 50 50 € 125.000.000 Speicher je 40.000m³ einschl. Wärmedämmung
Grundbedarf 48.400 m²
Oberfläche 48.400,00
O/V 2%
D T 80 K
U-Wert 0,1 W/(m²*K)
Wärmeverlust 387 KW
3,39 GWh
220 m
220 m
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Bauwerksspeicher
Bauteil: Bauwerksspeicher 2.000.000 m³ Volumen Abmessungen
Abmessung Breite:
Abmessung Länge:
Eingabe erf.
Eingabe erf.
Höhe gesamt: 50 m
Höhe über GOK: 10 m Eingabe erf.
Erdbecken Aushubtiefe: 40 m
Böschungswinkel Einschüttung 33 ° Eingabe erf.
Überschüttung 1 m Eingabe erf.
Böschungsbreite 12 m SW d BP d Stzm. B
Volumen Erdaushub 1.672.964 m³ 1,0 m 1,0 m 3,5 m
Volumen Überschüttung 105.378 m³
Oberfläche erdberührend 80.000 m² Fläche für Isolierung
Oberfläche atmosphärisch 40.000 m²
Fläche für Böschungssicherung
Pos. Nr. Beschreibung Einheit EH-Preis Breite
[m]
Höhe
[m]
Länge
[m]
Fläche
[m²]
Anzahl
Stk.
Menge Pos .Pre i s Anmerkungen
GESAMMTKOSTEN € 79.620.225
01 Baustelleneinrichtung € 7.238.202 Gemeinkosten PA € 7.238.202,31 1 1 1 1 1 1 € 7.238.202 10% der Gesamtkosten
03 Aushub - Erdarbeiten € 13.848.239 offener Abtrag m³ € 2,20 Baugrubenaushub o. S. m³ € 3,82 1.672.964 m³ € 6.390.722 Volumen Erdaushub
Aushub Unterwasser m³ € 2,40 Dichtwand vorh.
Aushub wegschaffen m³ € 2,52 1.567.586 m³ € 3.945.091 Diff. Aushub -Damm
Anschütten m³ € 3,58 105.378 m³ € 377.253 Volumen Damm
Entsorgungskosten m³ € 20,00 156.759 m³ € 3.135.172 10% von Aushub wegschaffen
05 Spezialtiefbau € 11.976.000 Baugrubensicherung Nagelwand m² € 75,00 Baugrubensicherung Schlitzwand m² € 200,00 1 45,0 m 800 m 1 1 36.000 m² € 7.200.000 140 kg/m³ SW Bewerhungsgehalt
Dichtwand / Schmalwand m² € 50,00 Spundwand m² € 63,27 Verankerung (Spw., SW) m € 500,00 1 1 800 m 1 1 800 m € 400.000 EP pro lfm SW
IBO-Anker m € 95,00 1 1 6 m 20.400 m² 6800 40.800 m € 3.876.000 nur im Kristallin, 1 Stk.(L=6m) pro 3 m
seichte Wasserhaltung m³ € 1,00 1 12,5 m 1 40.000 m² 1 500.000 m³ € 500.000 Flurabstand = 2m
tiefe Wasserhaltung m³ € 2,50 06 Beton - Stahlbetonarbeiten € 20.677.784 Fundamentplatte m³ € 120,00 1 m 2 m 1 m 40.000 m² 1 60.000 m³ € 7.200.000 Unterwasserbeton m³ € 95,00 Stützmauer m³ € 130,00 3,5 m 10 m 800 m 1 1 28.000 m³ € 3.640.000 140 kg/m³ Bewerhungsgehalt
Wände m. Schalung m³ € 115,00 ,6 m 14,5 m 800 m 1 1 6.960 m³ € 800.400 120 kg/m³ Bewerhungsgehalt
Decke m. Schalung gerade m³ € 145,56 Decke m. Schalung gebogen m³ € 179,83 Bewehrung to € 857,50 9.795 to € 8.399.384 Konterschalung m² € 55,00 1 14,5 m 800 m 1 1 11.600 m² € 638.000 07 Wärmedämmung und Abdichtung € 25.880.000 Wäremdämmung druckfest 40cm m² € 180,00 1 1 1 80.000 m² 1 80.000 m² € 14.400.000 Oberfläche erdberührend
Wärmedämmung 40cm m² € 145,00 200 m 1 200 m 1 1 40.000 m² € 5.800.000 Deckel Oberfläche atmosphärisch
Folienabdichtung m² € 17,10 1 1 1 80.000 m² 1 80.000 m² € 1.368.000 Oberfläche erdberührend
Betonitabdichtung m² € 10,75 Oberfläche erdberührend
Flüssigabdichtung m² € 12,00 Drainagematte m² € 9,14 Oberfläche erdberührend
Schwimmdecke m² € 107,80 200 m 1 200 m 1 1 40.000 m² € 4.312.000 Oberfläche atmosphärisch
200 m
200 m
Grundbedarf 40.000 m²
Oberfläche 120.000,00
O/V 6,0%
D T 80 K
U-Wert 0,1 W/(m²*K)
Wärmeverlust 960 KW
8,41 GWh
Standort: 19 Oberfläche
14,5 m Lößlehm, Deckenschotter, gering wasserführend
Granit, Gneis
11.600 m²
25,5 m 20.400 m²
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Erdbeckenspeicher
Bauteil: Erdbecken mit Damm 2.000.000 m³ Volumen Abmessungen Grundbedarf 62.500 m²
Abmessung 'l1':
Abmessung 'b1':
Abmessung 'l2':
Abmessung 'b2':
Eingabe erf. Oberfläche 140.994,29
Eingabe erf. O/V 7%
Eingabe erf. D T 80 K
Eingabe erf. U-Wert 0,1 W/(m²*K)
Höhe h: 49 m Wärmeverlust 1.128 KW
Damm Höhe: 10 m Eingabe erf. 9,88 GWh
Erdbecken Aushubtiefe: 39 m
Böschungswinkel Erdbecken: 44 °
Böschungswinkel Damm 33 ° Eingabe erf.
Dammkrone 5 m Eingabe erf.
Dammaufstandsbreite 30 m
Volumen Erdaushub 1.591.667 m³
Volumen Damm 233.195 m³
Oberfläche erdberührend 78.494 m²
Oberfläche atmosphärisch 62.500 m²
Oberfläche l1 l2 b1 b2 Böschungswinkel
Damm 17.230 m² 250 m 219 m 250 m 219 m 33 °
14,5 m Lößlehm, Deckenschotter, gering wasserführend 16.780 m² 219 m 190 m 219 m 190 m 45 °
24,5 m Granit, Gneis 18.492 m² 190 m 181,587 190 m 182 m 80 °
Basis 22.500 m² Vergleichsberechnung
gesamt erdberührend 75.002 m²
Pos. Nr. Beschreibung Einheit EH-Preis Breite Höhe Länge Fläche Anzahl Menge Pos.Preis Anmerkungen
[m] [m] [m] [m²] Stk.
GESAMMTKOSTEN € 65.874.572
01 Baustelleneinrichtung € 5.988.597
Gemeinkosten PA € 5.988.597,43 1 1 1 1 1 1 € 5.988.597 10% der Gesamtkosten
03 Aushub - Erdarbeiten € 13.050.768
offener Abtrag m³ € 2,20
Baugrubenaushub o. S. m³ € 3,82 1.591.667 m³ € 6.080.167 Volumen Erdaushub
Aushub Unterwasser m³ € 2,40 Dichtwand vorh.
Aushub wegschaffen m³ € 2,52 1.358.472 m³ € 3.418.820 Diff. Aushub -Damm
Anschütten Damm m³ € 3,58 233.195 m³ € 834.839 Volumen Damm
Entsorgungskosten m³ € 20,00 135.847 m³ € 2.716.943 10% von Aushub wegschaffen
5 Spezialtiefbau € 3.615.348
Baugrubensicherung Nagelwand ( m² € 75,00 1 1 1 16.780 m² 1 16.780 m² € 1.258.473
Baugrubensicherung Schlitzwand m² € 200,00
Dichtwand / Schmalwand m² € 50,00
Spundwand m² € 63,27
Verankerung (Spw., SW) m € 500,00
IBO-Anker m € 95,00 1 1 5,0 m 18.492 m² 3698 18.492 m € 1.756.743 1 Stk. pro 5 m², nur im Kristallin
seichte Wasserhaltung m³ € 1,00 1 12,5 m 1 48.050 m² 1 600.132 m² € 600.132 nur im Lößlehm / Schotter
tiefe Wasserhaltung m³ € 2,50
6 Beton - Stahlbetonarbeiten € 10.387.644
Fundamentplatte m³ € 120,00 1 m 2 m 1 m 22.500 m² 1 45.000 m³ € 5.400.000
Unterwasserbeton m³ € 95,00 1 1 1 52.502 m² 1 52.502 m³ € 4.987.644
Stützmauer m³ € 130,00
Wände m. Schalung m³ € 115,00
Decke m. Schalung gerade m³ € 145,56
Decke m. Schalung gebogen m³ € 179,83
Bewehrung to € 857,50
Konterschalung m² € 55,00
7 Wärmedämmung und Abdichtung € 32.832.214
Wäremdämmung druckfest 40cm m² € 180,00 1 1 1 78.494 m² 1 78.494 m² € 14.128.972 Oberfläche erdberührend
Wärmedämmung 40cm m² € 145,00 250 m 1 250 m 1 1 62.500 m² € 9.062.500 Oberfläche atmosphärisch
Folienabdichtung m² € 17,10 1 1 1 78.494 m² 1 78.494 m² € 1.342.252 Oberfläche erdberührend
Betonitabdichtung m² € 10,75 1 1 1 78.494 m² 1 78.494 m² € 843.814 Oberfläche erdberührend
Flüssigabdichtung m² € 12,00
Drainagematte m² € 9,14 1 1 1 78.494 m² 1 78.494 m² € 717.176 Oberfläche erdberührend
Schwimmdecke m² € 107,80 250 m 1 250 m 1 1 62.500 m² € 6.737.500 Oberfläche atmosphärisch
Standort: 19
250 m
250 m
150 m
150 m
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GWS Linz Kl i m a - u n d En e r g i e f o n d s d e s Bu n d e s – Ab w i c k l u n g d u r c h d i e Ö s t e r r e i c h i s c h e F o r s c h u n g s f ö r d e r u n g s g e s e l l s c h a f t F F G
Kombinierte Bauform
Bauteil: kombinierte Bauweise 2.000.000 m³ Volumen Abmessungen
Abmessung 'l1':
Abmessung 'b1':
Abmessung 'l2':
Abmessung 'b2':
Höhe h: 52 m
Eingabe erf.
Eingabe erf.
Eingabe erf.
Eingabe erf.
Damm Höhe: 10 m Eingabe erf.
Erdbecken Aushubtiefe: 42 m
Böschungswinkel Erdbecken: 49 °
Böschungswinkel Damm 33 ° Eingabe erf.
Dammkrone 5 m Eingabe erf.
Dammaufstandsbreite 14 m
Volumen Erdaushub 1.613.000 m³
Volumen Damm 225.036 m³
Oberfläche erdberührend 75.950 m²
Oberfläche atmosphärisch 57.600 m²
gswinkel
Basis
gesamt erdberührend 74.329 m²
Vergleichsberechnung
Pos. Nr. Beschreibung Einheit EH-Preis Breite
[m]
Höhe
[m]
Länge
[m]
Fläche
[m²]
Anzahl
Stk.
Menge Pos.Preis Anmerkungen
GESAMMTKOSTEN € 67.524.170
01 Baustelleneinrichtung € 6.138.561 Gemeinkosten PA € 6.138.560,92 1 1 1 1 1 1 € 6.138.561 10% der Gesamtkosten
03 Aushub - Erdarbeiten € 13.236.260 offener Abtrag m³ € 2,20 Baugrubenaushub o. S. m³ € 3,82 1.613.000 m³ € 6.161.660 Volumen Erdaushub
Aushub Unterwasser m³ € 2,40 Dichtwand vorh.
Aushub wegschaffen m³ € 2,52 1.387.964 m³ € 3.493.043 Diff. Aushub -Damm
Anschütten Damm m³ € 3,58 225.036 m³ € 805.628 Volumen Damm
Entsorgungskosten m³ € 20,00 138.796 m³ € 2.775.929 10% von Aushub wegschaffen
05 Spezialtiefbau € 3.584.136 Baugrubensicherung Nagelwand ( m² € 75,00 1 1 1 15.960 m² 1 15.960 m² € 1.196.998 Baugrubensicherung Schlitzwand m² € 200,00 Dichtwand / Schmalwand m² € 50,00 Spundwand m² € 63,27 Verankerung (Spw., SW) m € 500,00 IBO-Anker m € 95,00 1 1 5,0 m 19.374 m² 3875 19.374 m € 1.840.513 1 Stk. pro 5 m², nur im Kristallin
seichte Wasserhaltung m³ € 1,00 1 12,5 m 1 43.766 m² 1 546.626 m² € 546.626 nur im Lößlehm / Schotter
tiefe Wasserhaltung m³ € 2,50 06 Beton - Stahlbetonarbeiten € 13.523.776 Fundamentplatte m³ € 120,00 1 1,5 m 1 22.500 m² 1 33.750 m³ € 4.050.000 Unterwasserbeton m³ € 95,00 1 1,0 m 1 51.829 m² 1 51.829 m³ € 4.923.776 Stützmauer m³ € 130,00 3,5 m 10,0 m 1.000,0 m 1 m² 1 35.000 m³ € 4.550.000 Wände m. Schalung m³ € 115,00 Decke m. Schalung gerade m³ € 145,56 Decke m. Schalung gebogen m³ € 179,83 Bewehrung to € 857,50 Konterschalung m² € 55,00 07 Wärmedämmung und Abdichtung € 31.041.437 Wäremdämmung druckfest 40cm m² € 180,00 1 1 1 75.950 m² 1 75.950 m² € 13.671.017 Oberfläche erdberührend
Wärmedämmung 40cm m² € 145,00 240 m 1 240 m 1 1 57.600 m² € 8.352.000 Oberfläche atmosphärisch
Folienabdichtung m² € 17,10 1 1 1 75.950 m² 1 75.950 m² € 1.298.747 Oberfläche erdberührend
Betonitabdichtung m² € 10,75 1 1 1 75.950 m² 1 75.950 m² € 816.463 Oberfläche erdberührend
Flüssigabdichtung m² € 12,00 Drainagematte m² € 9,14 1 1 1 75.950 m² 1 75.950 m² € 693.931 Oberfläche erdberührend
Schwimmdecke m² € 107,80 240 m 1 240 m 1 1 57.600 m² € 6.209.280 Oberfläche atmosphärisch
Grundbedarf 57.600 m²
Oberfläche 133.550,09
O/V 7%
D T 80 K
U-Wert 0,1 W/(m²*K)
Wärmeverlust 1.068 KW
9,36 GWh
240 m
240 m
150 m
150 m
Standort: 19
Damm
Oberfläche l1 l2 b1 b2 Böschun
16.495 m² 240 m
209 m
180 m
209 m
180 m
170,635
240 m
209 m
180 m
209 m
180 m
171 m
33 °
14,5 m Lößlehm, Deckenschotter, gering wasserführend
Granit, Gneis
15.960 m² 45 °
27,2 m 19.374 m² 80 °
22.500 m²
GWS Linz Kl i m a - u n d En e r g i e f o n d s d e s Bu n d e s – Ab w i c k l u n g d u r c h d i e Ö s t e r r e i c h i s c h e F o r s c h u n g s f ö r d e r u n g s g e s e l l s c h a f t F F G
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7 Kontaktdaten
Projektleiter: Dipl.-Ing. Christoph MUSER
Unternehmen: Ingenieurbüro ste.p ZT-GmbH
Kontakt: [email protected]
www.step-zt.at
Weitere ProjektpartnerInnen:
Institut für Verfahrenstechnik der Johannes Kepler Universität Linz (IVT/JKU)
Ansprechperson: o.Univ.-Prof. Dr. Wolfgang SAMHABER
Kontakt: [email protected]
http://www.ivt.jku.at
Austrian Institute of Technology (AIT), Business Unit Environmental Resources & Technologies
Ansprechperson: Mag. Martin JUNG
Kontakt: [email protected]