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Fernwärmenetz Borgarfjörður

Karte des Fernwärmenetz Borgarfjörður.

Die beiden Gemeinden Akranes und Borgarnes liegen im Westen Islands, rund 100km nördlich von Reykjavík. Beide Orte liegen an der Küste und haben 6.700 bzw. 1.800 Einwohner. Die Suche nach geeigneten Thermalquellen begann in Akranes bereits um das Jahr 1950, aber trotz mehrerer Versuche wurden lange Zeit keine Thermalwasservorkommen gefunden, die wirtschaftlich nutzbar waren. Nach der Ölkrise in den frühen 70er Jahren wurden weitere Studien durchgeführt. Das Ergebnis der Untersuchungen legte nahe, ein gemeinsames Fernwärmenetz für Akranes, Borgarnes, Hvanneyri und einen Teil des Borgarfjörðurgebietes aufzubauen.
Das Wasser wird von der Thermalquelle Deildartunga entnommen, einer der größten ihrer Art auf der Erde. Außerdem werden zwei Bohrlöcher auf der Farm Bær genutzt. Die direkte Nutzung von Quellwasser unterscheidet dieses Fernwärmesystem von den meisten anderen des Landes, die ausschließlich Dampf oder Wasser aus Bohrlöchern nutzen.
Die Fernheizung von Akranes und Borgarnes wurde 1979 in Betrieb genommen. Vorher wurden die Wohnungen mit Öl (93%) und Strom (7%) beheizt. Inzwischen wird das System von drei Firmen betrieben: eine ist für die Produktion und den Transport des heißen Wassers verantwortlich, daneben gibt es für die beiden Gemeinden jeweils eine Firma, die für die Verteilung des Wassers und die Abrechnung mit den Endkunden zuständig ist.

Systembeschreibung

Die Deildatunga-Quellen fördern 180 Liter Wasser pro Sekunde mit einer Temperatur von 96°C, die Bohrlöcher auf der Farm Bær liefern rund 20 Liter pro Sekunde. Damit stehen etwa 200 Liter heißes Wasser pro Sekunde zur Verfügung. Da selbst zu Spitzenzeiten nur etwa 170 Liter pro Sekunde verbraucht werden, liefern die Deildatunga-Quellen eine ausreichende Wassermenge. Auf das Wasser von Bær wird nur zurückgegriffen, wenn die Versorgung aus den Deildatunga-Quellen unterbrochen ist und die Versorgung auch über die Speichertanks des Systems nicht mehr gewährleistet ist.
Das Sammelsystem an den Quellen ist sehr einfach aufgebaut. Das kochende Quellwasser wird über einige niedrige Betonmauern zum Einlaß einer kurzen Pipeline geleitet. Diese führt das Wasser zur nahe gelegenen Pumpstation, von dort wird es zu einem Vorratsbehälter befördert. Er liegt am höchsten Punkt der Pipeline einige Kilometer entfernt von den Quellen. Zwei weitere Tanks sichern die Versorgung von Akranes und Borgarnes, falls Defekte an der Pipeline auftreten. Der Speichertank in Borgarnes hat eine Kapazität von 2.500 Kubikmetern, der Tank in Akranes fasst 2.000 Kubikmeter. Damit können Ausfälle von mehreren Stunden überbrückt werden. Neben der Pumpstation direkt an den Quellen gibt es sechs weitere, die entlang der Pipeline liegen.
Die Verteilung an die Verbraucher erfolgt über Stahlröhren, die mit einer Polyurethanummantelung isoliert sind. Insgesamt hat das Verteilersystem eine Länge von 107km, davon entfallen 57km auf Akranes, 23km auf Borgarnes und 27km auf ländliche Gebiete. Das gelieferte Wasser wird direkt zum Heizen und als Brauchwasser genutzt. Nach der Nutzung wird das Wasser über die örtlichen Kanalisationen entsorgt.
Die Gesamtleistung des Fernwärmesystems liegt bei etwa 60 MW und pro Jahr wird den Kunden eine Energiemenge von 382 TJ geliefert (1997). Der jährliche Wasserverbrauch liegt bei 2,2 Millionen Kubikmetern. Davon entfallen 60% auf Akranes, 30% auf Borgarnes und 10% auf die ländlichen Bereiche des Versorgungsgebietes. Beim Endverbraucher in Akranes kommt das Wasser mit einer Temperatur von 77°C an, in Borgarnes mit 82°C.
Ursprünglich war es nicht vorgesehen, dass elektrisch beheizte Häuser im Versorgungsgebiet an das Fernwärmesystem angeschlossen werden, da keine Heizkörper eingebaut waren. Später hat man sich allerdings entschlossen, auch diese Häuser anzuschließen und inzwischen werden über 75% der ehemals elektrisch beheizten Wohnungen mit Fernwärme versorgt.
Die Überwachung des gesamten Heizungssystems erfolgte von Anfang an über zwei einfache Kontrollstationen in Borgarnes und Akranes. Seit 1993 wird die Durchflussmenge und die Wassertemperatur an drei Stellen automatisch gemessen. Die alten Kontrolleinrichtungen wurden inzwischen durch moderne elektronische ersetzt. Sie ermöglichen dem Personal eine Echtzeit-Überwachung aller wichtigen Parameter. Man erwartet sich von der neuen Steuerung eine höhere Betriebssicherheit, eine bessere Kontrolle der Durchflussmenge und geringere Wartungskosten.

Das Fernwärmesystem Borgarfjörður.
Das Fernwärmesystem Borgarfjörður.

Die Pipeline

Die Pipeline von den Deildatunga-Quellen nach Akranes hat eine Länge von 62km. Sie dürfte damit die weltweit längste Pipeline zum Transport von Thermalwasser sein. Die Röhre hat auf einer Länge von 43km einen Durchmesser von 400mm, auf der restlichen Strecke von 19km sogar einen Durchmesser von 450mm. Der größte Teil der Leitung besteht aus Asbestbeton. Hauptgrund für die Auswahl dieses Materials waren die niedrigen Installationskosten. Dies war von großer Bedeutung, da die Pipeline mehr als die Hälfte der Gesamtkosten verursachte. Berechnungen hatten gezeigt, dass bei Verwendung von isolierten Stahlröhren die Fernheizung gegenüber den Ölheizungen nicht konkurrenzfähig gewesen wäre. Hauptgrund für die geringeren Kosten einer Betonröhre ist der einfache Aufbau der Pipeline, da im Gegensatz zu Stahlröhren keine Außenisolierung gegen Feuchtigkeit benötigt wird. Außerdem ist die Wärmeleitfähigkeit von Beton geringer als die von Stahl. Andererseits kann eine Betonröhre leichter brechen als eine Metallpipeline und es treten häufig Lecks auf. Es sollte noch angemerkt werden, dass die Entscheidung zugunsten von Asbestbeton fiel, kurz bevor die gesundheitlichen Gefahren dieses Materials bekannt wurden. Stahlröhren mit einer Gesamtlänge von 2,7km wurden für die Pipeline nur dort eingesetzt, wo die äußeren Bedingungen für Beton nicht geeignet waren (z.B. Flußquerungen).
Beim Verlegen der Röhren wurde kein spezieller Unterbau benötigt, der Boden wurde lediglich eingeebnet und eine Lage Vulkanasche dient als Leitungsbett. Rund 2/3 der Leitung wurden zur Isolierung mit 5cm dicken Steinwollesegmenten abgedeckt. Parallel zur Leitung hat man einen Graben angelegt, das Aushubmaterial diente zum Abdecken.
Am Einlaufpunkt bei der Deildatunga-Quelle hat das Wasser eine Temperatur von 96°C. Der Temperaturrückgang bis zum Verbraucher hängt im wesentlichen von der Durchflussmenge ab und bei geringer Durchflussmenge muss mit erheblichen Verlusten gerechnet werden. Auch lang anhaltende Regenfälle können zu großen Verlusten führen, da die Isolierung naß wird und damit kaum noch wirkt. Die Durchflussmenge wird von der Pumpstation Akranes geregelt, dort soll eine Temperatur von 77°C gewährleistet sein. Im Sommer müssen rund 120 Liter pro Sekunde durch die Leitung fließen, um diese Temperatur zu erreichen, im Winter etwa 170 Liter pro Sekunde. Im Sommer werden bis zu 80 Liter Wasser pro Sekunde ungenutzt in die Kanalisation geleitet, um die Temperatur auf 77°C halten zu können.
Die Betonröhre hat sich bewährt, einmal abgesehen von den 20 bis 30 Löchern, die pro Jahr geflickt werden müssen. Lecks werden automatisch entdeckt und innerhalb kurzer Zeit repariert - allerdings mit erheblichem Kostenaufwand. Die Verbraucher bemerken dank der Speichertanks in der Regel nichts von den Reparaturarbeiten. Erfreulicherweise ist die Zahl der Leitungsbrüche in den letzten Jahren leicht rückläufig.
Einer der wichtigsten Faktoren, der die Lebensdauer der Pipeline beeinflußt, ist die Auswaschung von Kalzium aus dem Asbestzement. Durch die Auswaschung verliert die Leitung an Festigkeit und wird letztlich zerstört. Die Lösungsvorgänge hängen im wesentlichen von der chemischen Zusammensetzung der Flüssigkeit ab. Langjährige Beobachtungen haben gezeigt, dass die gelöste Kalziummenge insgesamt rückläufig ist und die Pipeline noch etwa 20 bis 30 Jahre genutzt werden kann.
Ein weiteres Problem ist die Abdeckung der Pipeline. An vielen Stellen wurde die Erdschicht über der Leitung abgetragen, an anderen Stellen kam es durch Austrocknung zu einer Senkung des Untergrundes. Wie sich gezeigt hat, können beide Effekte durch eine Vegetationsschicht vermindert werden. Sie verhindert Erosion und vermindert das Einsickern von Wasser. Ohne Weidezäune entlang der Pipeline dürfte sich aber auch langfristig kaum eine geschlossene Vegetationsdecke entwickeln.
Einige Abschnitte der Leitung, die als Stahlröhren auf Pfeilern verlegt sind, bedürfen ebenfalls intensiver Wartung. Sie sind mit einer Aluminiumhülle ummantelt, um die Isolierungsschicht aus Steinwolle vor Feuchtigkeit zu schützen. Allerdings gelingt es nicht, die Aluhülle komplett abzudichten und eindringende Feuchtigkeit führt an den Rohren zur Korrosion.

Pumpstation bei Akranes.
Pumpstation bei Akranes.

Das Tarifsystem

Zur Abrechnung wurde in Akranes und Borgarnes zunächst ein Tarifsystem genutzt, dass eine maximale Durchflussmenge festlegte. Abgerechnet wurde nach der vom Verbraucher gewählten maximalen Durchflussmenge pro Zeiteinheit, die tatsächlich verbrauchte Wassermenge wurde nicht berücksichtigt. Dieser Abrechnungsmodus war in Island früher weit verbreitet, wird heute aber kaum noch genutzt.
Auch für die Fernheizung im Gebiet von Akranes und Borgarnes wurde 1992 ein neues Tarifsystem eingeführt. Grundlage ist das in Island heute allgemein angewandte System einer fixen Grundgebühr und verbrauchsabhängiger Zusatzgebühren. Zusätzlich wurde noch ein Korrekturfaktor, der die unterschiedlichen Wassertemperaturen an den Übergabestellen berücksichtigt, eingeführt.
Dieser Korrekturfaktor wird für jeden Verbraucher individuell berechnet. Grundlage ist der Verbrauch des Vorjahres und der Gesamtverbrauch aller angeschlossenen Haushalte. Ausgehend von einer Temperatur von 77°C im Vorratstank von Akranes kann mit einer speziellen Software die Temperatur berechnet werden, die dem einzelnen Verbraucher in seinem Haus zur Verfügung steht. Als Durchschnittstemperatur aller Haushalte in Akranes und Borgarnes ergab sich ein Wert von 80°C, er ist Basis des Korrekturfaktors. Für jeweils ein Grad geringere Temperatur wird ein Preisnachlass von 2% auf die verbrauchte Wassermenge gewährt. Dieser Preisnachlass ist etwa proportional zum geringeren Energiegehalt des kälteren Wassers. Letztlich zahlen damit alle Haushalte für die gleiche Energiemenge den gleichen Preis.
Nach Einführung des Systems gab es Kritik von Seiten der Verbraucher. Inzwischen hat sich durch langjährige Messungen allerdings gezeigt, dass dieses Tarifsystem bei Haushalten vergleichbarer Größe zu identischen Energiekosten führt, unabhängig von der Temperatur des Wassers. Erfreulicher Nebeneffekt: das Tarifsystem war für viele Verbraucher ein Anreiz, die Energie des Wassers möglichst effektiv zu nutzen und führte zu einem deutlichen Rückgang des Wasserverbrauchs.

Heizkosten

Der Bau des Fernwärmesystems kostete rund 33 Millionen Euro. Dabei entfiel ein Anteil von 3% auf die Bohrlöcher, 55% auf die Pipeline einschließlich Pumpstationen und 42% auf das Verteilersystem in den Ortschaften Akranes und Borgarnes sowie in den angeschlossenen ländlichen Gebieten. Die hohen Investitionskosten führten dazu, dass die Verbraucher mit die höchsten Heizkosten in ganz Island zu zahlen hatten. Da auch die Ölpreise niedriger blieben, als beim Bau der Fernheizung vorhergesagt, war der wirtschaftliche Nutzen deutlich geringer als erwartet. Andererseits konnten erhebliche Mengen Importöl gespart werden und auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes ist das Projekt ein Erfolg.
Ende der achtziger Jahre übernahm der Staat 3,5 Millionen Euro der Schuldenlast der Betreiber. Bis 1993 wurden die Wasserpreise eingefroren und nur der Inflation angepaßt. Seitdem sind die Wasserpreise inflationsbereinigt um 25% gesunken. Der durchschnittliche Verbrauch eines Einfamilienhauses liegt bei 630 Kubikmetern pro Jahr. Daraus ergeben sich Heizkosten von etwa 870 Euro jährlich. Trotz des Preisrückgangs der vergangenen Jahre liegen die Heizkosten in Akranes und Borgarnes noch immer deutlich über dem Landesdurchschnitt. In Reykjavik kostet Heizenergie z.B. etwa 60% weniger! Würden die Wohnungen noch mit Öl beheizt, lägen die Kosten allerdings 30% höher.
Mit der Eröffnung des Tunnels durch den Walfjord im Jahr 1998 ist Akranes 50km näher an Reykjavík herangerückt. Zwischen dem nördlichen Ende des Versorgungsgebietes der Fernwärme Reykjavík und Akranes liegen damit nur noch 20 km. Derzeit wird überlegt, ob die Verlängerung des Reykjaviker Fernwärmesystems durch den Tunnel nicht wirtschaftlicher wäre, als die über 60km lange derzeit genutzte Pipeline.

Quelle: GHC Bulletin (ISSN 0276-1084), Vol. 19, December 1998, Seite 10-13
Árni Ragnarsson & Ingólfur Hrólfsson
Akranes and Borgarfjordur District Heating System
Deutsche Übersetzung: Dietmar Schäffer