Wärmelastprofile

Die Kombination der Wärmeerzeugung in Heizkraftwerken und Kesseln stellt sicher, dass der Wärmebedarf in jeder Stunde des Jahres in jedem Fernwärmenetz erfüllt wird. Der stündliche Wärmebedarf je Fernwärmenetz wird anschließend unter Berücksichtigung der Wärmeleistung und technologischer Spezifikationen in Wärmelastprofile für einzelne Heizkraftwerke aufgeteilt.

Da sich die installierte Kapazität von Heizkraftwerken in Abhängigkeit der Szenarien verändert, kann auch der Wärmebedarf aus Heizkraftwerken in den Szenarien variieren (vgl. Tabelle “Jährlicher Fernwärmebedarf aus KWK-Kraftwerken in Deutschland“ ).

Jedes KWK-Kraftwerk besitzt nun ein Wärmelastprofil, welches die minimal produzierte Erzeugung in jeder Stunde des Jahres bestimmt. Die folgende Abbildung zeigt ein typisches Wärmelastprofil für ein GuD-Heizkraftwerk im Jahr 2025. Die saisonalen Veränderungen des Wärmebedarfs und der Einsatz von Heizkessel im Sommer sind klar zu erkennen. Für Kohlekraftwerke variieren die Wärmelastprofile zwischen 600 und 2.400 Volllaststunden, bei Gaskraftwerken zwischen 700 und 4.500 Volllaststunden.

Die folgende Abbildung veranschaulicht das Wärmelastprofil dieses Gas-Kraftwerkes über einen Zeitraum von zehn Tagen. Es sind folgende Eigenschaften zu beachten:

  • Der Wärmebedarf führt dazu, dass das Kraftwerk seine Wärmeerzeugung bei einer Veränderung der Außentemperatur über einen Zeitraum von mehreren Tagen als auch untertäglich bei höherem Heizbedarf im Tagesverlauf anpasst.
  • An einigen Tagen ist der Wärmebedarf so hoch, dass das Kraftwerk mit seiner vollen Leistung im KWK-Betrieb läuft und zusätzliche Wärme von Spitzenkesseln erzeugt wird.

In anderen Perioden, wie beispielsweise am Ende des zehnten Tages, ist der Wärmebedarf so gering, dass das Heizkraftwerk nicht zur Produktion von Wärme laufen muss. Das Kraftwerk kann weiterhin Strom erzeugen, wenn dieser profitabel verkauft werden kann, es besteht aber kein Erzeugungszwang aufgrund der Wärmeauskoppelung.

Die exakte Menge produzierter Elektrizität hängt von der Stromkennzahl des einzelnen Kraftwerks und dem stündlichen Wärmebedarf ab. Entnahmekondensationsanlagen können mehr Elektrizität erzeugen als zur Befriedigung einer gleichbleibenden Wärmelast erforderlich wäre. In diesem Betriebsmodus werden die marginalen Zusatzkosten durch die elektrische Effizienz der Anlage bestimmt. Wird nun Energie entnommen um dem Wärmebedarf zu begleichen, ist weniger Dampf für den Turbinenbetrieb vorhanden und die Anlagenleistung nimmt ab. Die Höhe dieses Leistungsverlustes ist von der Beziehung zwischen dem Wärmebedarf in der betrachteten Periode einerseits und den Parametern Cv and Cb andererseits abhängig.