Ingenieurbüros und Berater mit Fachkenntnissen im Bereich Energiemanagement beraten lokale Behörden bei ihren Plänen für die Energiewende, die von Technologien auf der Basis fossiler Brennstoffe zu saubereren und nachhaltigeren erneuerbaren Energiequellen übergehen.
Im Rahmen des FIT-for-55-Pakets der Europäischen Kommission wird Kommunen mit mehr als 50.000 Einwohnern dringend empfohlen, einen Energiewendeplan zu erstellen, und in Deutschland sind diese Pläne nun für Kommunen verpflichtend. Ein solcher Plan beinhaltet eine Machbarkeitsstudie, um die technische und wirtschaftliche Tragfähigkeit eines Fernwärmenetzes zu analysieren, bevor die nächsten Schritte der detaillierten Planung und des Baus erfolgen. Fernwärme Netze sind für viele Gemeinden eine praktikable Lösung, und das Interesse an praktischen Einführungsstrategien wächst.
Der Ansatz für Durchführbarkeitsstudien
Ingenieurbüros, die diese Machbarkeitsstudien durchführen, verfügen in der Regel über hochqualifizierte Ingenieure mit Fachkenntnissen und entwickeln wertvolle interne Methoden. Allerdings sind sie oft auch durch alte Verfahren belastet, die Papierkarten und Tabellenkalkulationsmodelle beinhalten. Diejenigen, die über mehr Ressourcen verfügen, verwenden möglicherweise Open-Source-Tools für digitale Geodaten wie Google Earth und QGIS oder Anwendungen wie ArcGIS, um die Netztopologie manuell aufzuzeichnen. Dieser Ansatz beinhaltet oft eine völlig getrennte technische und finanzielle Modellierung, die mit benutzerdefinierten Visual-Basic- oder Python-Programmen zusammengeschustert werden kann.
Leider bietet dieser herkömmliche, isolierte Ansatz nicht den konsistenten Grad an Detailgenauigkeit und Qualität, den die lokalen Behörden benötigen, um wichtige Investitionsentscheidungen für große Fernwärme zu treffen.
Die drei Reifegrade der Netzgestaltung Fernwärme
Durch die Zusammenarbeit mit Planungspartnern bei der Einführung und Nutzung unserer Comsof Heat Planungssoftware haben wir gelernt, wie wichtig es ist, diese Herausforderung zu meistern und eine qualitativ hochwertige technisch-wirtschaftliche Machbarkeitsstudie zu erstellen, die für lokale Behörden unerlässlich ist. Der Planungsansatz von Ingenieurbüros lässt sich heute in der Regel in drei verschiedene Reifegrade einteilen:
Stufe 1: Traditionelle manuelle, papierbasierte Planung mit Tabellenkalkulationsmodellen
Stufe 2: isolierte digitale georäumliche Planung und Finanzmodelle
Stufe 3: Integrierte Geodaten- und Finanzmodelle mit automatisierter Planung
Das Ziel eines Beraters für die Energiewende sollte es sein, Stufe 3 zu erreichen, um auf effiziente Weise solide, hochrangige CAPEX-Machbarkeitsschätzungen zu erstellen, die die notwendigen Details enthalten, um einer strengen öffentlichen und privaten Prüfung standzuhalten.
Außerdem sollten die Ergebnisse den Bericht des Beraters in einer Reihe von Schlüsselbereichen unterstützen:
- Generierung zuverlässiger Kapitalkostenzahlen
- Identifizierung detaillierter Materialkenntnisse mit einer umfassenden Materialliste
- Dokumentation der potenziellen Einnahmen und der Rentabilität der Investition
- Bereitstellung einer digitalen Kartenvisualisierung für große Bereiche des Netzes
- Bereitstellung kalkulierter Netzwerkimplementierungen über mehrere Projektphasen hinweg
Wie unterscheiden sich nun diese Reifegrade und warum sollte ein Berater Stufe 3 anstreben?
Ebene 1: Traditionelles Handbuch
Das Reifegradmodell der Stufe 1 beschreibt, dass Berater über das Fachwissen und die Fähigkeiten zur Erstellung technisch-wirtschaftlicher Analysen verfügen, aber hauptsächlich manuelle Berechnungen durchführen, die nicht mit anderen Prozessen verknüpft sind. In Stufe 1 kennen die Berater die physikalischen Grundlagen, die für die Dimensionierung der Rohrsysteme erforderlich sind, und erstellen tabellenbasierte Modelle des Netzes, um die Rohre zu dimensionieren, Druckparameter und Netzverluste zu berechnen. Diese Zahlen beruhen in der Regel auf groben Schätzungen von Entfernungen, und die daraus resultierenden Netze werden von Hand auf Papierkarten gezeichnet.
Das Verfahren ist langsam, ungenau, arbeitsintensiv und lässt sich nicht auf große Gebiete ausdehnen. In der Regel funktioniert dieser Ansatz für ein Netz mit einigen wenigen Ankerlasten, praktisch nicht viel mehr als 25-30, ist aber für größere Wohn- und Geschäftsnetze nicht zu bewältigen. Da das Verfahren zeitaufwändig ist, kann in der Regel nur ein Fernwärmesystem analysiert werden, da die Durchführung von Berechnungen für mehrere Szenarien unpraktisch ist. Die Ergebnisse sind in den Fällen relevant, in denen eine Schätzung auf hohem Niveau ausreicht, um einen ersten Hinweis auf die Einführungskosten zu erhalten.
Berater kommen irgendwann an einen Punkt, an dem sie erkennen, dass sie eine bessere Lösung benötigen, um die Anforderungen an die Geschäftsmodellierung vollständig zu erfüllen. Beispielsweise erwarten Kunden häufig räumliche Ansichten, um die Auswirkungen von Bauarbeiten zu bewerten, und benötigen genaue Kostenberechnungsmodelle, die Vergleiche verschiedener Szenarien zur Bewertung von Netzrisiken enthalten.
Stufe 2: Siloed digital
Stufe 2 ist erreicht, wenn die Berater von Tabellenkalkulationen und Papierkarten zu dynamischen Tabellenkalkulationen und Geoinformationswerkzeugen übergehen, diese digitalen Werkzeuge aber nicht miteinander verbunden sind und die Prozesse isoliert bleiben. Die Tabellenkalkulationen können zusätzliche Programmierungen enthalten, um die Rohrdurchmesser im Netz zu dimensionieren, und die Geoinformations-Tools können mit selbst entwickeltem Python-Code für die Verarbeitung grundlegender Eingabedaten oder die GIS-Modellierung erweitert werden. Obwohl der Prozess immer noch zeitaufwändig ist, bietet er die Möglichkeit, mehrere Szenarien zu analysieren und etwas größere Planungsgebiete zu unterstützen.
Bei den mit diesem Ansatz entworfenen Netzen kann es sich um kleine Verteilungs- oder Verkehrsnetze mit Verteilungspunkten als Endpunkten handeln. Das Transportnetz kann noch von Hand gezeichnet werden, während es zu zeitaufwändig ist, die Rohrleitungen für die Verteilungsnetze zu zeichnen. Bei diesem Ansatz werden die Gebäude in der Regel von Hand um die Verteilungspunkte herum gruppiert und das Verteilungsnetz wird nicht weiter detailliert. Das Finanzmodell ist vom Geomodell abgekoppelt und verwendet häufig eine separate Tabellenkalkulation zur Berechnung der Erschließungskosten. Die Länge des Transportnetzes ist ungefähr bekannt, die Kosten für die Verteilungsverbindungen basieren jedoch auf festen Kosten pro Gebäude.
Der Grad der Genauigkeit und der Umfang der Netze, die mit diesem Ansatz entworfen werden können, ist im Vergleich zu Stufe 1 verbessert, aber der Prozess ist immer noch zeitaufwändig, arbeitsintensiv, nicht sehr genau und fehleranfällig. Hinzu kommt, dass in der Regel nur ein Fachingenieur im Team, der das Modell entwickelt hat, in der Lage ist, das Tool aufgrund seiner Komplexität zu nutzen, und dass diese Tools bekanntermaßen schwer zu pflegen und zu verbessern sind, wenn mehrere Projekte parallel laufen. Dies bedeutet, dass dieser isolierte Ansatz nicht skalierbar ist, wenn die Anzahl der Projekte oder Szenarien steigt, da die technische Berechnung ein Engpass im Prozess bleibt.
Die Schlussfolgerung ist, dass Berater, die dieses Niveau erreicht haben, über das Wissen und die Fähigkeiten verfügen, um kleine und große Projekte erfolgreich durchzuführen, aber zusätzliche Arbeit ablehnen müssen, weil es aufgrund mangelnder Software-Automatisierung zu grundlegenden betrieblichen Engpässen kommt. Dies hindert Unternehmen daran, ihr Geschäft zu erweitern und ihre Dienstleistungen durch zusätzliche Szenarioanalysen zu differenzieren.
Stufe 3: Integriert mit Automatisierung
Berater der Stufe 3 verfügen über eine integrierte Lösung, bei der das Geodatenmodell, das technische Modell und das Finanzmodell eng miteinander verbunden sind. Diese Modelle sind in eine GIS-Anwendung integriert und beinhalten eine Planungsautomatisierung.
Die Automatisierung des Prozesses und der Teams erleichtert auch die manuelle Feinabstimmung und die Diskussionen und macht es den Entwicklungs-, Technik- und Führungsteams leicht, verschiedene Energiestrategien zu vergleichen, ohne Kompromisse im Detail einzugehen. Dies bedeutet, dass das Modell nun als Teil der Zoneneinteilung verwendet werden kann, um Einblicke in die Planung zu erhalten, die in Machbarkeits-, Planungs- und Finanzmodelle einfließen. Auf der Grundlage von GIS- und Energiedaten sowie lokalen Kenntnissen können schnelle und genaue Szenarien erstellt und auf der Basis grundlegender technischer Parameter geformt werden.
Dieser integrierte Ansatz der Stufe 3 bietet den Planern von Fernwärmenetzen umfassende Planungs- und Gestaltungsmöglichkeiten. Es kann ein Business Case erstellt werden, der von einer Stückliste, Netzvisualisierung, Szenarienvergleichen und einem Zeitplan für die Einführung begleitet wird.
Es können qualitativ hochwertigere, wertvollere Modellierungen erstellt werden. Die Software dimensioniert das Rohrsystem des Netzes und eine Stückliste, die in einer Tabellenkalkulation bereitgestellt wird, mit einem umfassenden Überblick über alle Rohrsystemlängen und Netzausbaukosten. Es können Netzausbaustufen und verschiedene Wärmetarife definiert werden, um die Wärmeverkaufseinnahmen zu berechnen und einen Bericht zur finanziellen Bewertung des Projekts über die gesamte Lebensdauer für die nächsten Jahrzehnte zu erstellen.
Geschäftliche Vorteile der Reifegradstufe 3
Das Erreichen der Reifegradstufe 3 ist eine absolute Notwendigkeit für Unternehmen, die ihr Geschäft und ihre Dienstleistungen ausbauen wollen. Sie ermöglicht es ihnen, Projekte mit höherer Gewinnspanne, größerem Umfang (City-Scale-Studien) und höherer Komplexität anzugehen. Der integrierte Ansatz bietet auch eine wesentlich höhere Gesamtproduktivität des Prozesses, da die Modellierung genauere und komplexere Ergebnisse mit weniger manuellem Arbeitsaufwand erzeugen kann. Der Prozess ist hochgradig skalierbar und die von verschiedenen Netzplanern erzeugten Ergebnisse sind konsistenter und einheitlicher, was die nachgelagerten Netzwartungskosten reduziert.
Bei unseren bestehenden Kunden und Partnern von Comsof Heat haben wir gesehen, wie der Reifegrad der Stufe 3 die Entwurfs- und Studienzeit von Wochen auf Tage verkürzen und gleichzeitig die betriebliche Effizienz eines Beratungsunternehmens auf ein völlig neues Niveau heben kann. Jetzt ist es an der Zeit, dass Berater und Gemeinden ihr Spiel verbessern und die Entwürfe und Analysen liefern, die zur Bewältigung der enormen und spannenden Herausforderung unserer Energiewende erforderlich sind.
Die DESNZ hat eine Ausschreibung für die Zonierung von Wärmenetzen veröffentlicht und IQGeo kann jedes Beratungsunternehmen mit Comsof Heat unterstützen.
Der Ansatz mit Comsof Heat bietet erhebliche Vorteile bei der Entwicklung und Optimierung der ersten Zonierungsmöglichkeiten (IZOs). Die Verwendung von Comsof Heat ermöglicht es den Beratungsunternehmen, ein einheitliches Maß an Details, Genauigkeit und Qualität für alle IZOs zu liefern, was die DESNZ-Anforderung untermauert, eine standardisierte Methode zur Zonierung von Wärmenetzen zu implementieren. Die Verwendung eines automatisierten Routing-, Dimensionierungs- und Planungswerkzeugs ermöglicht eine integrierte Lösung, bei der das Geomodell, das technische Modell und das Finanzmodell eng miteinander verbunden und in eine GIS-Anwendung integriert sind. Dies ermöglicht eine konsistente und präzise Schätzung der erforderlichen Wärmekapazität und Verteilungsinfrastruktur und minimiert das Risiko von Über- oder Unterinvestitionen.
Kontakt Kurt Marlein um eine Partnerschaft mit IQGeo und die Nutzung von Comsof Heat für das UK Heat Network Zoning Projekt zu besprechen.
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