Vor dem Hintergrund zunehmender Wärmedämmmaßnahmen im Wohnungsbau, das heißt sinkender Heizlasten, und gleichzeitigem Bestreben nach Netzausbau und –verdichtung steht die Fernwärmeversorgung neuen Problemstellungen gegenüber. Es gilt Lösungsansätze für das Spannungsfeld niedriger Liniendichten, steigender Brennstoffpreise und der Forderung nach erneuerbaren Energien in der Wärmeversorgung zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit untersucht in einer vergleichenden Simulationsstudie diverse Fahrweisen der Fernwärmeversorgung auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Befindet sich die Fernwärmevorlauftemperatur unter der aus Gründen des Legionellenschutzes notwendigen Temperatur der Trinkwassererwärmung, erfolgt eine dezentrale Nacherwärmung. Diese geschieht innerhalb der sogenannten LowEx-Fahrweise mittels elektrischen Heizstabs oder einem Wärmepumpen-Speicherladesystem mit Wärmequelle Fernwärme. Als Referenzsysteme finden die als Konventionelle-Fahrweise mit Speicherladesystem und die als Niedertemperatur-Fahrweise mit Wohnungsanschlussstation im Durchflussprinzip bezeichneten Betriebsweisen Anwendung. Neben der Senkung der Netzwärmeverluste und ggf. einer Steigerung der Erzeugungswirkungsgrade ermöglicht die LowEx-Fahrweise die dezentrale Einspeisung von Abwärme oder erneuerbaren Energien bei effizientem Betrieb der Energiebereitstellungsanlagen. Das Fernwärmenetz dient damit der gekoppelten Wärmeversorgung und auch Wärmeentsorgung. Beispielhaft wird die Abwärmeeinspeisung von Klimakälteprozessen mit sowohl Kompressionskälteanlagen als auch Absorptionskältenlagen untersucht. Anhand Solarthermie wird das Für und Wider der Einspeisung erneuerbarer Energien hinsichtlich der Senkung des Primärenergiebedarfs und der Verdrängung von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen diskutiert. Die Analysen erfolgen mit Hilfe modifizierter und neu entwickelter Modelle in der Simulationsumgebung TRNSYS-TUD.

Vor dem Hintergrund zunehmender Wärmedämmmaßnahmen im Wohnungsbau, das heißt sinkender Heizlasten, und gleichzeitigem Bestreben nach Netzausbau und –verdichtung steht die Fernwärmeversorgung neuen Problemstellungen gegenüber. Es gilt Lösungsansätze für das Spannungsfeld niedriger Liniendichten, steigender Brennstoffpreise und der Forderung nach erneuerbaren Energien in der Wärmeversorgung zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit untersucht in einer vergleichenden Simulationsstudie diverse Fahrweisen der Fernwärmeversorgung auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Befindet sich die Fernwärmevorlauftemperatur unter der aus Gründen des Legionellenschutzes notwendigen Temperatur der Trinkwassererwärmung, erfolgt eine dezentrale Nacherwärmung. Diese geschieht innerhalb der sogenannten LowEx-Fahrweise mittels elektrischen Heizstabs oder einem Wärmepumpen-Speicherladesystem mit Wärmequelle Fernwärme. Als Referenzsysteme finden die als Konventionelle-Fahrweise mit Speicherladesystem und die als Niedertemperatur-Fahrweise mit Wohnungsanschlussstation im Durchflussprinzip bezeichneten Betriebsweisen Anwendung. Neben der Senkung der Netzwärmeverluste und ggf. einer Steigerung der Erzeugungswirkungsgrade ermöglicht die LowEx-Fahrweise die dezentrale Einspeisung von Abwärme oder erneuerbaren Energien bei effizientem Betrieb der Energiebereitstellungsanlagen. Das Fernwärmenetz dient damit der gekoppelten Wärmeversorgung und auch Wärmeentsorgung. Beispielhaft wird die Abwärmeeinspeisung von Klimakälteprozessen mit sowohl Kompressionskälteanlagen als auch Absorptionskältenlagen untersucht. Anhand Solarthermie wird das Für und Wider der Einspeisung erneuerbarer Energien hinsichtlich der Senkung des Primärenergiebedarfs und der Verdrängung von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen diskutiert. Die Analysen erfolgen mit Hilfe modifizierter und neu entwickelter Modelle in der Simulationsumgebung TRNSYS-TUD.

Urgent CO2 mitigation strategies are crucial to combat climate change. Power-to-X encompasses the conversion of renewable electricity into carbon-neutral fuels, such as hydrogen and its derivatives. E-methanol, both an e-fuel and a platform chemical, can be obtained by combining hydrogen with biogenic CO2. Moreover, e-methanol holds the potential to defossilize both heavy transportation and chemical sectors, by reducing the reliance on fossil fuels. Sweden and Finland are global leaders in the wood processing industry, offering substantial potential for capturing and utilizing biogenic CO2 emissions from industrial flue gases in e-methanol production. The pulp and paper industry and the energy sector with combined heat and power plants are identified as the best point sources for biogenic emission capture in Sweden and Finland, due to their substantial use of biomass and biofuels. The thesis comprises a quantitative analysis with cost curve calculations to identify the key cost drivers of a power-to-methanol project. Additionally, a qualitative analysis is conducted to examine other important aspects influencing the project’s feasibility, such as power plant availability, environmental benefits, and grid availability. The levelized cost of e-methanol is calculated to range from 1,873 to 951 €/t depending on production capacity and electricity price area, compared to the current market value of fossil methanol estimated at an average of approximately 250 €/t. The key cost drivers for e-methanol projects include initial investments in technologies such as water electrolysis and carbon capture technology, as well as potential requirements for seasonal CO2 storage. A project’s geographical location will also impact production costs due to fluctuating electricity prices and grid availability in different electricity price areas. Among these areas, price area FI turned out to be the most feasible, while SE1 and SE3 are considered the least feasible regions for implementing a power-to-X project. Nevertheless, power-to-methanol presents an opportunity for the establishment due to society’s dependence on carbon. However, due to the high production costs, the realization of a power-to-methanol project might be infeasible without financial support, subsidies, and regulatory frameworks promoting and increasing the demand for sustainable and environmentally friendly fuels. / Akuta åtgärder krävs för att minska koldioxidutsläpp som är avgörande för att bekämpa den pågående klimatförändringen. Power-to-X innebär omvandling av förnybar elektricitet till koldioxidneutrala bränslen, såsom vätgas och dess derivat. E-metanol är både ett elektrobränsle och en viktig komponent inom kemikalieindustrin som främställs genom att kombinera grön vätgas och biogen koldioxid. E-metanol har potential att minska beroendet av kol inom sektorer för tungtransport och kemikalieindustrin genom att ersätta användandet av fossila bränslen. Sverige och Finland är världsledande inom skogsindustrin och har en betydande potential att fånga och använda biogen koldioxid från industriella rökgaser i produktionen av e-metanol. Pappersmassafabriker och energisektorn med kraftvärmeverk identifieras som de bästa punktkällorna för infångning av biogena utsläpp i Sverige och Finland, tack vare deras omfattande användning av biomassa och biobränslen. Uppsatsens omfattas en kvantitativ analys för kostnadsberäkningar, samt en kvalitativ analys för att undersöka andra viktiga aspekter som påverkar projektets genomförbarhet, såsom tillgänglighet av industrier, miljöfördelar samt möjligheten till att få en anslutningspunkt på elnätet. Produktionskonstnaden för e-methanol beräknas variera mellan 1 873 €/t till 951 €/t beroende på productionskapacitet och elprisområde, jämfört med det nuvarande marknadsvärdet för metanol som ligger runt 250 €/t. De primära kostnadsdrivarna i dessa projekt är investeringskostnaderna i tekniker så som elektrolyser och teknik för koldioxidinfångning, samt eventuella kostnader för långtidslagring av koldioxid. Projektets geografiska placering påverkar också produktionskonstanderna på grund av variationer i elpris och tillgång till elnätskapacitet i olika områden. Resultaten pekar på att det mest lämpliga prisområdet är FI, medan prisområde SE1 och SE3 anses vara minst lämpliga för implementeringen av ett power-to-X-projekt. Trots detta finns det stor potential för realiseringen av e-metanol baserat på samhällets beroende av kol. På grund av de höga produktionskostnaderna kan projektets genomförbarhet dock vara osäker utan ekonomiskt stöd, subventioner och regulationer som förespråkar och ökar efterfrågan på miljövänliga bränslen.