- Manhattan versorgt seit 1882 über ein zentral erzeugtes Dampfsystem durch ein 105 Meilen langes Leitungsnetz und trägt bis heute Heizung, Warmwasser und industrielle Anwendungen in mehr als 1.500 großen Gebäuden sowie auf 500 Millionen Quadratfuß Fläche
- Dieses Netzwerk wuchs, um in einer Stadt mit immer mehr Hochhäusern individuelle Kessel und die Kohlelogistik zu reduzieren; den Ausgangspunkt bildeten Birdsill Hollys Experimente mit Fernwärme und die kommerzielle Einführung durch die New York Steam Company im Jahr 1882
- Das heutige ConEd-System wird mit vier Produktionsanlagen in Manhattan und einer in Queens betrieben; zusammen mit zugekaufter Leistung aus einem 322-MW-Werk in Brooklyn verfügt es über eine Dampfkapazität von rund 11,5 Millionen Pfund pro Stunde
- Dampf ist wegen hoher Temperatur und hohen Drucks, Kondensatmanagement und der Gefahr von Wasserschlag wartungsintensiv, hat aber den Vorteil, sich ohne Pumpen zu bewegen und direkt in Industrieprozessen eingesetzt werden zu können
- Moderne Fernwärme bewegt sich meist in Richtung heißwasserbasierter Systeme; entscheidend für die Einführung sind hohe Wärmenachfragedichte, große Anfangsinvestitionen und politische Unterstützung
Die heutige Rolle des Dampfnetzwerks in Manhattan
- Manhattan versorgt seit 1882 Wohn- und Geschäftsgebäude mit Dampf
- Dampf wird nicht nur zum Heizen genutzt, sondern für viele städtische Funktionen
- Bügeln von Wäsche im Waldorf Astoria
- Spülen von Geschirr und Erwärmen von Speisen in Restaurants
- Waschen von Kleidung in Wäschereien
- Sterilisation medizinischer Geräte im NewYork-Presbyterian Hospital
- Steuerung von Luftfeuchtigkeit und Temperatur rund um Kunstwerke im Metropolitan Museum of Art
- Raumheizung und Warmwasser in Apartments und ikonischen Gebäuden
- Das System funktioniert wie Strom-, Abwasser- oder Trinkwassernetze nach dem Prinzip zentrale Erzeugung, Zählung und Verteilung über Leitungen
- Heute stützt es über ein 105 Meilen langes Leitungsnetz mehr als 1.500 Gebäude, 500 Millionen Quadratfuß Manhattan-Immobilien und die Lebensgrundlage von 3 Millionen Menschen
Heizprobleme vor der Zentralheizung
- Heizen macht weltweit etwa die Hälfte des Endenergieverbrauchs aus
- Vor moderner Zentralheizung dominierten Kamine und Öfen; verbrannt wurden Brennstoffe wie Holz, Kohle, Erntereste und Dung
- Traditionelle Kamine zogen für die Verbrennung 300 Kubikfuß Luft pro Minute an und leiteten bis zu 85 % der erzeugten Wärme durch den Schornstein ab, was sie sehr ineffizient machte
- Das Fällen, Transportieren und Spalten von Brennholz konnte pro Person jährlich bis zu zwei Monate Arbeit erfordern
- Festbrennstoffe erhöhten zudem die Luftverschmutzung innen und außen
- Eine Studie berechnete, dass Kamine 58 mg PM2.5 pro 1 kg Brennholz ausstoßen
- Eine Stunde in einem Raum mit brennendem Holzkamin zu verbringen, wurde als Verkürzung der Lebenserwartung um etwa 18 Minuten berechnet, entsprechend 1,5 Zigaretten
Entwicklung von Zentralheizung und Heizkörpern
- James Watt legte Ende des 18. Jahrhunderts die Grundlage für die Zentralheizung, indem er in seinem Haus einen zentralen Kessel mit Leitungen verband
- William Strutt erwärmte 1805 mit Kohle kalte Luft und leitete sie dann per Kanälen in Wohnhäuser
- Um 1863 nahm der Heizkörper eine Form an, die für moderne Hausheizung wichtig wurde
- Dampf wurde durch gefaltete Rohrleitungen geleitet, um auf kleinem Raum eine große Oberfläche zu schaffen
- Wärme wurde über Konvektion und Strahlung an den Raum abgegeben
- Mit Ventilen an einzelnen Heizkörpern war eine raumweise Steuerung möglich
- Heizkörper verbesserten die Wärmeverteilung im Gebäude, doch jedes Gebäude brauchte weiterhin einen eigenen Kessel
- Vor-Ort-Kessel in großen Gebäuden verursachten hohen Platz- und Kostenaufwand durch Kesselraum, Kohlelager, Rohrleitungen und die Wartung durch Fachkräfte
Kohlelogistik und städtische Verschmutzung
- Um das Empire State Building mit Kohle zu heizen, wären pro Tag mehr als 45 Tonnen Kohle nötig gewesen, etwa zwei Containerladungen
- Auch Thomas Edisons Kraftwerk Pearl Street verbrauchte bei seiner Eröffnung 1882 mehr als 20 Tonnen Kohle pro Tag
- Steigende Bodenpreise in Manhattan verschärften das Problem von Lager- und Umschlagflächen für Kohle
- Von den 1790er Jahren bis in die 1880er stiegen wichtige Grundstückspreise auf das Zehnfache
- Von 400 Dollar pro Acre im Jahr 1825 auf mehr als 1 Million Dollar pro Acre Ende des 19. Jahrhunderts, was heute über 30 Millionen Dollar entspräche
- Auch die Kohlearten schränkten die Betriebsbedingungen ein
- Anthrazit mit 92 bis 98 % Kohlenstoff brannte heiß und sauber, ließ sich aber schwer entzünden
- Bitumenkohle mit 45 bis 86 % Kohlenstoff brannte weniger heiß und verursachte mehr Verschmutzung
- US-Städte begannen ab den 1880er Jahren, Ruß und Rauch zu regulieren, doch die Vorschriften wurden oft ignoriert
- Als ein Streik 1902 die Anthrazitpreise steigen ließ, stellten einige Anlagen in New York City auf Bitumenkohle um; Rauch legte sich über die Stadt und verstärkte die Sorgen der Bewohner
Manhattans Wachstum in die Höhe und der Heizbedarf
- Zwischen 1850 und 1900 wuchs die Bevölkerung Manhattans von 515.000 auf 1,8 Millionen Menschen
- In manchen Gegenden erreichte die Bevölkerungsdichte 632.000 Menschen pro Quadratmeile und lag damit zehnmal höher als heute
- Überfüllung führte zu moralischen und gesundheitlichen Problemen, und die Regulierung von Slums verschärfte den Platzmangel in Manhattan weiter
- Hochbahnen wie die 1878 eröffnete Ninth Avenue Line vergrößerten zwar die faktische Ausdehnung der Stadt, doch für Geringverdiener waren die Fahrpreise nicht niedrig genug für regelmäßiges Pendeln
- Wenn Manhattan weiter wachsen wollte, musste es nach oben bauen
- Hochhäuser wurden durch zwei Innovationen möglich
- Elisha Otis’ Sicherheitsaufzug von 1852 löste bei einem Seilriss eine Sicherheitsbremse aus und verringerte so die Angst vor dem Fahren in große Höhen
- Fortschritte in der Stahlproduktion wie das Bessemer-Verfahren machten Stahlrahmen wirtschaftlich, deren Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht zehnmal höher lag
- Die Gebäudehöhe in New York stieg rasch
- 1890 hatte das höchste Gebäude 18 Stockwerke
- 1899 hatte das Park Row Building 31 Stockwerke
- 1908 hatte das Singer Building 41 Stockwerke
- Die Verdichtung nach oben schuf mehr Wohn- und Gewerbeflächen, doch diese Räume mussten zugleich mit Wärme, Strom und Wasser versorgt werden
Birdsill Holly und der Beginn der Fernwärme
- New York reagierte auf dieses Problem mit der von Birdsill Holly erfundenen Fernwärme
- Holly befasste sich mit dem Risiko städtischer Brände und Problemen der Wasserversorgung und entwickelte 1856 ein Gerät, das zum Vorläufer der dampfbetriebenen Feuerlöschpumpe wurde
- Sein „Holly System of Direct Water Supply and Fire Protection for Cities, Towns and Villages“ versorgte Häuser und Hydranten kontinuierlich mit Druckwasser und verringerte so den Bedarf an Reservoirs und Standrohren
- 23 Städte übernahmen dieses System; später sprach der U.S. Supreme Court Holly Schadensersatz zu
- Auf Grundlage seiner Erfahrung mit Dampfpumpen, Rohrleitungen und städtischer Dichte entwarf Holly eine dampfbasierte Fernwärme
- Ein einzelner Kessel sollte mehrere Gebäude beheizen und so Brandrisiko und Heizlogistik zentralisieren
- Zunächst begann er mit 1,5-Zoll-Rohren und erweiterte später auf 3-Zoll-Rohre in mit Asbest isolierten Holzgräben
- Von einem Kellerkessel in der 31 Chestnut Street leitete er Dampf in benachbarte Häuser
- 1877 begann der erste praktische Test im Stadtmaßstab
- Dafür waren neue Komponenten wie Ventile, Druckregler, Kondensatableiter, Halterungen für Wärmedehnung und Zähler nötig
- Bis zum Winter hatten sich 20 Haushalte angemeldet
- Das Netzwerk bestand aus 3 Meilen Leitungen, 3 Kesseln und einem Druck von 25 bis 30 psi
- Nach dem Erfolg des Tests wurde die Holly Steam Combination Company gegründet, und Holly meldete Patente auf mehr als 50 Erfindungen an
- Bis 1882 waren mindestens 20 Holly-Dampfsysteme in Betrieb, und das System in Denver ist seit 1880 ununterbrochen in Betrieb
Das Wachstum der New York Steam Company
- In Manhattan gab es bereits städtische Versorgungsinfrastruktur wie die Wasserleitungen vom Croton River aus den 1830er Jahren und Gashauptleitungen aus den 1850er Jahren
- Wallace Andrews und Charles E. Emery sahen Hollys Entwurf und beschlossen, ein Dampfsystem in New York City umzusetzen
- Andrews trieb die Finanzierung und die Genehmigung durch den Stadtrat voran, und auch Edisons Bauarbeiten für Stromkabel beeinflussten das Umfeld für Straßengrabungsgenehmigungen
- Im ersten Betriebsjahr 1882 erzielte New York Steam einen Gesamtumsatz von 200.000 Dollar, was inflationsbereinigt etwa 6 Millionen Dollar entspricht
- Die frühe Dampfstation wurde an der Greenwich St 172–176 errichtet, auf dem heutigen Gelände des World Trade Center memorial
- 64 Kessel mit 250 PS waren auf vier Etagen verteilt
- Kohle wurde in die oberen Stockwerke gebracht und über Schächte zu den Kesseln geleitet, Asche fiel auf dieselbe Weise in den Keller
- 1884 waren 5 Meilen Leitungen in Betrieb; sie versorgten 250 Kunden von der Battery bis zur Murray St nahe dem heutigen Civic Center mit Dampf und arbeiteten profitabel
- Das zentrale System brachte auch Vorteile für Stadtplanung und öffentliche Gesundheit
- Die New York Steam Corporation schätzte, dass das Zentralsystem 1,2 Millionen Tonnen Kohle und den Rauch von mehr als 2.500 Schornsteinen ersetzte
- Für den Transport von Kohle und Asche wären rechnerisch 300 Tage lang täglich 700 Fünf-Tonnen-Lkw nötig gewesen
- Je mehr neue Gebäude an das Netz angeschlossen wurden, desto stärker verteilten sich die Kosten für Leitungsverlegung und Kohletransport auf mehr Kundengebühren, was die Effizienz des Systems erhöhte
- Zu den frühen Kunden gehörten viele Bürogebäude wie die First National Bank, aber auch Restaurants, Generatoren, Wäschereien und öffentliche Badehäuser
- Die meisten Art-déco-Wolkenkratzer der 1920er und 1930er Jahre wurden von der New York Steam Company versorgt
- Standard Oil Building
- Ritz Tower Building
- New York Life Insurance Company
- Paramount Building
- Chrysler Building
- Waldorf-Astoria
- Rockefeller Center
- Empire State
- 1931 erreichte der Jahresgewinn 2 Millionen Dollar, und 1932 wurde das System mit 65 Meilen Leitungen und mehr als 2.500 Gebäuden zum größten Fernwärmesystem der Welt
Das heutige von ConEd betriebene Dampfsystem
- Das Netz gehört heute Consolidated Edison, also ConEd
- Es gibt Produktionsanlagen an vier Standorten in Manhattan und einem in Queens; zusätzlich wird Dampf aus einer 322-MW-Anlage in Brooklyn zugekauft
- Die größte Anlage an der 14th Street am East River nimmt den Großteil eines Häuserblocks ein
- 12 große Kessel erhitzen Wasser auf etwa 177 °C
- Es wird mit 150 psi, also rund 10 bar, in das Netz gedrückt
- Die Gesamtkapazität der sechs Kesselstandorte liegt bei etwa 11,5 Millionen Pfund Dampf pro Stunde
- In Spitzenzeiten werden mehr als 9 Millionen Pfund pro Stunde verbraucht
- Im Winter liegt der Wasserverbrauch nahe bei fast zwei olympischen Schwimmbecken pro Stunde
- Der Dampf läuft zunächst meist durch große Hauptleitungen mit 2 bis 3 Fuß Durchmesser und verteilt sich dann in ein 105 Meilen langes Netz kleinerer Leitungen
Unterirdische Leitungen und Gebäudeverbindungen
- Alte Leitungen bestehen aus Gusseisen; teils ist noch die von Emery verwendete Asbestisolierung vorhanden, was Wartung und Risse problematisch macht
- Beim letzten größeren Bruch 2023 sperrte New York City sieben Blocks und reinigte umliegende Gebäude und Straßen
- Neue Leitungen werden aus einer Kohlenstoffstahllegierung gefertigt, meist mit Mineralwolle isoliert und in vorgefertigten Betondurchlässen verlegt
- Das verringert Wärmeverluste
- Es reduziert die Auswirkungen auf benachbarte Leitungen und Kabel
- Die meisten Leitungen liegen 4 bis 15 Fuß tief und damit tiefer als andere Versorgungsleitungen
- Die tiefste Hauptleitung liegt unter dem Park Avenue Tunnel, 30 Fuß unter den Zügen zwischen Bronx und Grand Central
- Wenn ein neues Gebäude an das Netz angeschlossen wird, werden Serviceventil und Leitungen installiert, und der in den Keller eintretende Dampfdruck wird auf etwa 125 psi gesenkt
- Danach leiten die meisten Gebäude den über Zähler und Druckminderer geführten Dampf an Wärmetauscher weiter, die ihn auf einzelne Wohnungen und Räume verteilen
Messung, Tarife und Dichteeffekte
- ConEd verwendet zur Abrechnung bei Kunden hauptsächlich Orifice-Plate-Messgeräte
- Eine dünne Metallplatte mit einer präzise bearbeiteten Öffnung wird senkrecht in die Leitung gesetzt
- Sensoren messen den Druckabfall, der entsteht, wenn Dampf durch die Öffnung strömt, und berechnen daraus den Durchfluss
- Dampf wird in megapound abgerechnet, einer Einheit von 1 Million Pfund
- Alle Anschlüsse von Apartmentgebäuden zahlen zum Zeitpunkt des Schreibens eine feste monatliche Servicegebühr von 3.555,43 Dollar
- Die verbrauchsabhängigen Kosten reichen von 11,35 Dollar pro megapound im Sommer bis zu 35,013 Dollar in der Spitzensaison
- Beispiele auf Basis von Daten des NYC Department of Buildings zeigen den Preiseffekt der Dichte
- Das Wohngebäude 201 East 62nd Street in Midtown mit 70 Einheiten verbrauchte 2021 5.962 megapound und zahlte rund 16.741,23 Dollar pro Monat oder 239,16 Dollar je Einheit und Monat
- Lincoln Towers mit 454 Einheiten zahlte bei 19.483 megapound mindestens 47.370,80 Dollar pro Monat bzw. 104,34 Dollar je Einheit und Monat
- Die Tarifstruktur begünstigt Gebäude mit hoher Dichte deutlich
Druckregelung und Kondensatprobleme
- Eine große Herausforderung bei der Wartung des Dampfsystems ist das Druckmanagement, das sich verändert, während der Dampf durch das Netz strömt und in Gebäude abzweigt
- Ingenieure steuern den Eingangsdruck für jeden Kunden präzise über Ventile auf beiden Seiten des Serviceventils und überwachen die Systemauslastung mit Sensoren
- Wenn der Druck zu hoch ist, öffnen sich Ventile und lassen Dampf durch Gitter entweichen
- Bleibt der Druck längere Zeit zu hoch, schaltet ConEd einige Kessel ab
- Wenn der Druck zu niedrig ist, werden neue Kessel zugeschaltet oder Ventile an anderer Stelle geschlossen, um die Versorgung zu erhöhen
- Ein großer Teil dieses Feedback-Mechanismus ist automatisiert, und elektronische Sensoren sowie hochpräzise Ventile steigern die Effizienz des Systems
- Der aktuelle End-to-End-Wirkungsgrad des Systems liegt bei 60 % {p:60}
- Wenn Dampf abkühlt, entsteht Kondensat, also Wassertröpfchen, die sich an tiefen Stellen der Leitungen sammeln
- Kondensat nimmt Sauerstoff und Kohlendioxid auf und wird dadurch stark korrosiv
- In alten Abschnitten, in denen der Zugang zur unterirdischen Infrastruktur schwierig ist, können Korrosionsreparaturen teuer und riskant sein
- Im Winter kann Kondensat gefrieren und Verstopfungen sowie Rohrbrüche verursachen
Wasserschlag und die Explosion von 2007
- Der dramatischste Ausfall ist Wasserschlag (waterhammer)
- Kondensat kann sich zu einer Wassermasse bilden, die den gesamten Querschnitt einer Leitung ausfüllt
- Trifft diese Wassermasse auf Hochdruckdampf, wird sie durch die Leitung geschoben und kann auf bis zu 100 mph bzw. mehr als 50 m/s beschleunigen
- Wenn das schnell bewegte Wasser auf geschlossene Ventile, scharfe Biegungen oder Hindernisse trifft, entstehen Druckspitzen, die weit über dem normalen Betriebsdruck liegen
- Das kann zu schweren Schäden oder zum Ausfall des gesamten Systems führen
- Der letzte schwere Vorfall ereignete sich 2007 an der 41st Street und Lexington
- Eine 82 Jahre alte Leitung explodierte und verteilte Trümmer in Midtown
- Starker Regen kühlte die Leitung ab, sodass sich schnell große Mengen Kondensat bildeten
- Wegen eines verstopften Dampffallen-Systems konnte das Wasser nicht abgeführt werden
- Der Innendruck stieg sprunghaft an und führte zur Explosion
- Fast 50 Menschen wurden verletzt, und eine Frau starb auf der Flucht an einem Herzinfarkt
Warum moderne Fernwärme auf Heißwasser umgestiegen ist
- Anfang des 20. Jahrhunderts war Dampf leicht aus bestehenden Kraftwerken zu gewinnen, und seine hohe Temperatur machte ihn sowohl für industrielle Prozesse als auch für Haushalte geeignet
- Dampf steigt nach oben und passte daher natürlich zu dicht bebauten städtischen Umgebungen mit Hochhäusern
- Dank hoher Ausgangstemperatur und hohem Energiegehalt konnte trotz Wärmeverlusten über große Entfernungen noch ausreichend Wärme transportiert werden
- Seit den 1930er Jahren setzen neue Systementwürfe meist auf Heißwasser als Wärmeträger
- Heißwassersysteme können unter hohem Druck bis 180 °C und im unteren Bereich bis 40 °C betrieben werden
- Niedrigere Temperaturen verringern den Temperaturunterschied zur Umgebung und damit die Wärmeverluste
- Auch Dämmstoffe arbeiten bei niedrigeren Temperaturen in der Regel effektiver
- Dampfsysteme verlieren bei der Verteilung 10 bis 25 % der Wärme, während Niedertemperatur-Heißwassersysteme das auf 3 bis 5 % senken können
- Niedrigere Temperaturen und Drücke reduzieren das Risiko von Hochdruckunfällen und Leckagen und machen Installation und Wartung einfacher, sicherer und günstiger
Kosten der Kondensatrückgewinnung und Energieverluste
- Dampfsysteme müssen Kondensat separat handhaben, was die Komplexität erhöht
- Kondensat muss vom Dampf getrennt und abgeleitet oder zur Wiederverwendung über Rücklaufleitungen zurück zum Kessel gepumpt werden
- Auf Leitungen und Pumpen entfallen üblicherweise 50 bis 60 % der Investitionskosten von Fernwärmesystemen
- Bei großen Systemen können Rücklaufleitungen zu teuer sein
- Wird Kondensat abgeleitet, gehen 15 % des gesamten Energieeinsatzes verloren, was die Betriebseffizienz senkt
- Verglichen mit den 70 bis 90 % Wirkungsgrad moderner Systeme beruht der Unterschied zum Wirkungsgrad von 60 % des New Yorker Dampfsystems hauptsächlich auf Verteilungsverlusten und abgeführtem Kondensat
Warmwasser-Fernwärme und neue Wärmequellen
- Warmwassersysteme können Wasser mit elektrischen Tauchheizern einfach unter den Siedepunkt erhitzen und lassen sich daher leicht mit erneuerbaren Energien integrieren
- Kernkraftwerke verwenden viel Wasser zur Reaktorkühlung, und die Reaktoren in Beznau und Haiyang liefern bereits jährlich mehrere hundert GWh Wärme für Fernwärme
- Auch Rechenzentren sind potenzielle Wärmequellen, da sie nahezu ihre gesamte elektrische Eingangsleistung in Wärme umwandeln
- Ein einzelnes großes Rechenzentrum kann 20–50 MW Wärme erzeugen
- 2024 verbrauchten Rechenzentren weltweit insgesamt 47 GW Strom
- Einige Neubauprojekte nutzen Abwärme der London Underground per Wärmepumpe für Fernwärme
- Flüssiges Wasser bei 100 °C hat etwa die doppelte spezifische Wärmekapazität von Dampf bei derselben Temperatur und speichert daher pro kg und Temperaturanstieg ungefähr doppelt so viel Energie
- Warmwasserbasierte Systeme können Energie in Zeiten geringer Stromnachfrage oder hoher erneuerbarer Erzeugung speichern und später als Wärme abgeben
- Städtische Wärmenetze können auch als Energiespeicher im Maßstab einer Stadt zur Unterstützung des Stromnetzes dienen
Beispiele für Fernwärme weltweit
- Weltweit gibt es Zehntausende Fernwärmesysteme, besonders viele in Nord- und Osteuropa
- Das Leitungsnetz großer Städte ist sehr umfangreich
- Helsinki: 870 Meilen
- Kopenhagen: über 1.000 Meilen
- Stockholm: 1.200 Meilen
- Wien: über 750 Meilen
- Moskau: über 10.000 Meilen
- Kopenhagen deckt mehr als 99 % des städtischen Wärmebedarfs über Fernwärme
- Die Moscow United Energy Company versorgt 90 % der Einwohner Moskaus mit Wärme
- Im Vereinigten Königreich gibt es 2.000 Heizsysteme, die zwei oder mehr Gebäude versorgen; mehr als ein Drittel davon befindet sich in London
- Das entspricht etwa 2 % des britischen Wärmebedarfs
- Das bekannte Warmwassersystem in Pimlico wurde 1950 eröffnet und versorgte mit Abwärme des Battersea Power Station über 3.000 Haushalte mit Heizung; es ist bis heute in Betrieb
- Westminster prüft wegen Alterung und hoher CO2-Intensität eine Modernisierung oder Stilllegung des Pimlico-Systems
Wann Dampf weiterhin im Vorteil ist
- Einige Systeme verabschieden sich von Dampf, und neue Systeme werden wahrscheinlich mit Warmwasser betrieben
- Dennoch hat Dampf weiterhin klare Vorteile
- Dampf bewegt sich von selbst und muss nicht mit Pumpen an den Einsatzort befördert werden
- In Warmwassersystemen muss das Wasser zurückgepumpt werden
- Dampfsysteme, die Kondensat ableiten, benötigen grob nur etwa halb so viel Rohrleitung
- Viele Industrieprozesse benötigen direkt Dampf
- Unter bestimmten Bedingungen kann Dampf-Fernwärme weiterhin bevorzugt werden
Voraussetzungen für funktionierende Fernwärme
- Fernwärme ist eine echte Technologie auf Quartiersebene und erfordert eine hohe Wärmenachfragedichte
- Wegen Wärmeverlusten und Infrastrukturkosten ist sie meist wirtschaftlich unattraktiv, wenn die lineare Wärmedichte – also die pro Meter Netzleitung jährlich verkaufte Wärmemenge – unter 2–3 MWh liegt
- Das entspricht mindestens etwa 12 Haushalten pro Acre bzw. 30 Haushalten pro Hektar
- Dieses Niveau liegt nahe am Durchschnitt neuer Vorstadtentwicklungen im Vereinigten Königreich, ist für US-Vorstadtentwicklungen jedoch eine recht hohe Dichte
- In Los Angeles unterschreitet die Wohngebietszonierung R1 mit einer Mindestgrundstücksgröße von 0,114 Acre diesen Wert, wodurch drei Viertel der städtischen Wohnbauflächen herausfallen
- Fernwärme zielt meist auf kleinere und dichtere Entwicklungen
- Wohnsiedlungen
- zentrale Geschäftsviertel
- Regierungsquartiere
- Campusgelände
- Krankenhäuser, Universitäten und Industrieanlagen können als Anker dienen, die eine stabile Grundwärmenachfrage liefern und damit die Wirtschaftlichkeit des Systems verbessern
Anfangskosten und politische Unterstützung
- Die anfänglichen Kapitalkosten sind hoch
- Laut einer Studie von 2014 lagen die Kosten britischer Fernwärmenetze bei rund 1.242 Pfund pro Meter Rohrleitung
- Die hohen Baukosten und komplexen Planungssysteme im englischsprachigen Raum treiben die Kosten weiter nach oben
- Für Bewohner gibt es kommerzielle Anreize, solche Systeme zu unterstützen
- In Dänemark waren 94,4 % der Fernenergie nach regulierten Tarifen günstiger als alternative eigenständige Wärmequellen
- Einige Berechnungen aus dem Vereinigten Königreich kommen auf Einsparungen von jährlich 350 Pfund gegenüber Gasheizkesseln und 950 Pfund gegenüber Luftwärmepumpen
- Damit Fernwärme breiter ausgebaut wird, dürften erhebliche politische Unterstützung und finanzielle Anreize nötig sein, um die anfänglichen Hürden zu überwinden
- Die britische Regierung hat den Markt im Energy Act 2023 ausdrücklich reguliert und Konsultationen zur Prüfung von heat network zoning begonnen
- Die Zusammenfassung der Konsultation geht davon aus, dass langfristig bis zu 20 % der Wärme im Vereinigten Königreich über Wärmenetze geliefert werden könnten
Die Stellung des New Yorker Dampfsystems
- Das Dampfsystem von New York City ist ein ikonischer Anachronismus, der Teil des Alltags und der visuellen Sprache der Stadt geworden ist
- Es war eine unverzichtbare Technologie in der Zeit, als die Gebäude Manhattans begannen, in den Himmel zu wachsen
- Das System ist eine der historischen Grundlagen der Fernwärme, die weltweit exportiert und weiterentwickelt wurde
- Es ist unwahrscheinlich, dass Städte der Zukunft über Hunderte Meilen Dampfleitungen betrieben werden
- Ein beträchtlicher Teil der städtischen Heizung und Kühlung der Zukunft könnte jedoch aus lokalen Systemen bestehen, die Wasser durch hochgradig isolierte Leitungen pumpen
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Im Artikel wird ein End-to-End-Wirkungsgrad von 60 % angesetzt. Dazu kommen noch die Wartungskosten für Dampferzeuger und Rohrnetz
Das Stromnetz hat bis zum Verbraucher ungefähr 85 % Wirkungsgrad, und alte elektrische Widerstandsheizkörper haben 100 % Wirkungsgrad. Daher frage ich mich, warum sich ein Neubau überhaupt an ein Dampfsystem anschließen sollte
Bezogen auf das Wärmepotenzial kommen veraltete Technologien aber nur auf etwa 33 %, und selbst die beste moderne Technik bleibt bei ungefähr 45 % stehen. Wenn man Kohle oder Erdgas verbrennt, entsteht viel Wärme; ein Teil davon treibt die Turbine an, aber ein erheblicher Anteil geht über Kondensator oder Abgase an die Atmosphäre verloren
Genau hier wird die Dampfverteilung interessant. Denn sie ermöglicht Kraft-Wärme-Kopplung, bei der ein Teil der Abwärme aus der Stromerzeugung effizient in der Heizungswirtschaft genutzt wird. Ein Kraftwerk braucht überkritischen Dampf mit 1000F und 1000 PSI, aber das Dampfnetz kommt mit etwa 150 PSI und 350F aus, und in diesem Dampf steckt noch viel Energie aus dem Brenner, die für die Turbine jedoch vergleichsweise wenig nützt
Wenn man stattdessen elektrisch heizt, wirft man diese kostenlose Wärme im Grunde weg. Natürlich ist auch ein Wärmenetz nicht gratis
Wenn Strom jedoch aus Solar- oder Windenergie erzeugt und gespeichert werden kann, kann elektrisches Heizen wirtschaftlich attraktiver werden. Direkt Solarwärme zu speichern ist deutlich schwieriger
Usage fees are then added on top, paying anywhere from $11.35 per megapound in the summer to $35.013 during peak season.. Dampf mit weniger als 1112 BTU pro Pfund kondensiert gegenüber Raumtemperatur, daher enthält ein Megapfund Dampf mindestens 325.895 kWh WärmeDas entspricht Grenzkosten von 1–3 Cent pro MMBtu bzw. 3,5–11 Cent pro MWh. Die Anschlussgebühr von $3.555 ist viel kleiner als die im Artikel genannten Dampfkosten von $13k–$44k
Zum Vergleich: Erdgas kostet einige Dollar pro MMBtu, Großhandelsstrom $40–$60 pro MWh. Dampf ist um mehrere Größenordnungen billiger
Falls die Preise im Artikel stimmen, scheint Lincoln Towers mit $2,43 pro Megapfund sogar deutlich weniger zu zahlen als die oben genannte Nutzungsgebühr von $11,35. Ich weiß nicht, warum, aber der Dampf ist praktisch fast kostenlos. Möglicherweise gibt es Subventionen oder Regulierung, die die Produktion erzwingt. Ein großer Teil des Dampfs stammt aus Kraft-Wärme-Kopplung als Wärme-Nebenprodukt von Emissionsminderungsprozessen, daher ist ein niedriger Preis plausibel, aber um diesen Preis zu erklären, müsste fast der gesamte Dampf ein Nebenprodukt sein
Die Opportunitätskosten im Sinn von „man hätte ihn auch anders verwenden können“ sind 0
Dieser Teil ist mir besonders aufgefallen:
in 1962, the anthracite seam under Centralia, PA – 25 miles to the west of Lehigh County – caught on fire and is still burning today.)Erstaunlich, dass ein unterirdisches Kohlebergwerk seit über 60 Jahren brennt und immer noch weiterbrennt. Ich frage mich, wie lange die Mine noch brennen wird. Die Google-Bilder sind auch ziemlich interessant
https://www.dmr.nd.gov/ndgs/ndnotes/ndn13_h.htm und https://www.dmr.nd.gov/ndgs/documents/newsletter/2013Winter/...
Mehrere frühe Entdecker dokumentierten Kohlebrände in den nördlichen Great Plains, und über die Jahre hinweg setzten Präriebrände wiederholt Braunkohleflöze in Brand. An zwei Orten im Westen von North Dakota – im Theodore Roosevelt National Park und nahe Amidon – brannten Braunkohleflöze noch in jüngerer Zeit über mehrere Jahre, und das Braunkohleflöz am Buck Hill im Park brannte von 1951 bis 1977
Das ist allerdings nur moderne Geschichte. Bei Feldarbeit auf einer großen Butte im Westen North Dakotas fand ich Klinkerkies in der Arikaree-Formation; das zeigt, dass dort schon Kohle brannte, bevor diese Gesteine vor etwa 25 Millionen Jahren abgelagert wurden. Sehr wahrscheinlich fegten seit der Entstehung der Grasländer vor etwa 40 Millionen Jahren Brände über die Ebenen North Dakotas und setzten Kohleflöze in Brand
https://en.wikipedia.org/wiki/Yanar_Dagh
https://www.cnn.com/travel/article/yanar-dag-azerbaijan-land...
So etwas gibt es auch in Seattle. An der University of Washington ebenfalls, und erstaunlich, dass es sich offenbar bis heute wirtschaftlich lohnt
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Seattle_Steam_Company
Als Kind war ich oft in der Innenstadt von Indianapolis, und der Dampf, der aus Kanaldeckeln und Straßengittern aufstieg, hat mir immer Angst gemacht. Wie sich herausstellte, war diese Angst nicht völlig unbegründet, und gelegentlich kam es tatsächlich zu Explosionen [2]
0: https://en.wikipedia.org/wiki/Perry_K._Generating_Station
1: https://info.citizensenergygroup.com/thermal/history
2: https://www.wfyi.org/news/articles/locking-covers-installed-...
Die größten Kunden sind die Krankenhäuser oben auf dem Hügel, und der Dampf wird nicht nur zum Heizen, sondern auch zur Sterilisation medizinischer Geräte verwendet
Eines meiner drei Lieblingsbücher aus der Kindheit hat mit diesem Artikel zu tun. Es ist auch eine großartige Parabel über den Lauf der Zeit und Technik. Es lohnt sich, sich ein Exemplar zu besorgen, und ich habe mein Buch immer noch
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mike_Mulligan_and_His_Steam_...
Heute habe ich zum ersten Mal erfahren, dass die Dampfverteilung in den USA um 1880 erfunden wurde und in NYC noch immer genutzt wird. Ich hatte nie daran gedacht, dass „Steam Plants“ wörtlich Anlagen zur Erzeugung von Dampf für die Verteilung sind, und hielt das für eine geistreiche Bezeichnung wegen des weißen Rauchs, den sie ausstoßen
Nicht nur kleine Netze laufen mit Dampf. Die Dampf-Fernwärme in München begann 1908, und seit 2022 wird sie mit enormem Aufwand auf Heißwasser umgestellt, um geothermische und andere erneuerbare wärmepumpenbasierte Wärmequellen besser integrieren zu können. Diese Quellen werden nämlich nicht heiß genug, um überhitzten Dampf zu erzeugen [1]
[1] https://www.swm.de/dam/doc/geschaeftskunden/fernwaerme/flyer...
Die New Yorker scheinen wirklich gern Dinge in Rohre zu stecken. Wasser, Abwasser und Gas als gewöhnliche Sachen reichen offenbar nicht, also stecken sie Dampf in Rohre, auf Roosevelt Island eine Mischung aus Müll und Vakuum [1], früher auch Post [2], irgendwie scheinen sie auch Ratten in die Wohnungen der Leute zu verrohren, manchmal hat jemand Sprengstoff in Rohre gesteckt [3], und sogar sich selbst stecken sie in Rohre [4]
Das ist alles etwas zu freudianisch; vielleicht sollten sie mal mit einem Therapeuten darüber sprechen
[1] https://www.untappedcities.com/inside-roosevelt-islands-futu...
[2] https://www.untappedcities.com/pneumatic-tube-mail-new-york-...
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/George_Metesky
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Second_Avenue_Subway
Das Shoreham Nuclear Power Plant wurde von der Long Island Lighting Company (LILCO) zwischen 1973 und 1984 für rund 6 Milliarden Dollar gebaut, aber nie in Betrieb genommen und 1994 vollständig abgerissen. Es gehört zu den teuersten Industrieprojekten, die zwar fertiggestellt, aber nie für ihren ursprünglichen Zweck genutzt wurden
Ich frage mich, wie verbreitet Fernwärmesysteme sind. Montpelier in Vermont erzeugt Dampf mit einem Holzofen und versorgt damit einen erheblichen Teil der kleinen Innenstadt: https://www.montpelier-vt.org/427/Project-Background
Die Brennstoffquellen des Netzes in Minneapolis kenne ich nicht genau, aber das Netz in St. Paul nutzt Holzschnitzel, Holzabfälle und Erdgas.
Minneapolis: https://cordiaenergy.com/our-networks/minneapolis/
St. Paul: https://www.districtenergy.com/
Das 30 Jahre alte Dampfnetz hat gelegentlich Lecks, sodass man manchmal sehen kann, wie es aus dem Boden wie ein kochender Thermalquell blubbert.
Ich würde gern wissen, wie viel günstiger diese Art der Heizung für mein Haus im Vergleich zu Ölheizung wäre.
(1) https://www.enwave.com/locations/pei.htm
Meine Lieblingssache an Dampfverteilungssystemen ist, dass sie sich auch zur Kühlung nutzen lassen. Entweder mit dampfbetriebenen Kompressoren oder mit Adsorptionskälte.
Zumindest Ersteres scheint von ConEd in NYC tatsächlich eingesetzt oder als Option untersucht worden zu sein: https://web.archive.org/web/20071008014254/http://www.coned....