TransUrban.NRW Wärme‑ und Kältenetze als Energieplattform im Quartier
Im Projekt TransUrban.NRW nehmen innovative Wärme‑ und Kältenetze der 5. Generation die Rolle einer modernen Energieplattform ein. Ziel war es, Wärme‑ und Kältebedarfe innerhalb eines Quartiers möglichst optimal auszugleichen und dabei lokale erneuerbare Energiequellen sowie Abwärme effizient zu nutzen. Digitale Prozesse begleiteten den Weg von der Idee über die Planung bis hin zur Umsetzung und zum Betrieb, sodass Optimierungspotenziale und Synergien frühzeitig identifiziert und genutzt werden konnten.
Als Demonstratoren waren vier Quartiere an unterschiedlichen Standorten in Nordrhein‑Westfalen geplant – Kokerei Hassel in Gelsenkirchen, Shamrockpark in Herne, die Seestadt mg+ in Mönchengladbach sowie die Düsselterrassen in Erkrath. Die unterschiedlichen Rahmenbedingungen und Entwicklungsstände bildeten eine breite Grundlage, um die im Projekt entwickelten Konzepte unter realen Bedingungen zu erproben. Damit wurde die Voraussetzung geschaffen, die gewonnenen Erkenntnisse auch über die einzelnen Standorte hinaus anzuwenden und zu übertragen.
Die Rolle von heatbeat: Modellierung, Simulation und digitaler Zwilling
Der Schwerpunkt von heatbeat lag im Projekt TransUrban.NRW in der Modellierung und Simulation der Wärme‑ und Kältenetze. Gerade bei Netzen der 5. Generation erwies sich ein dynamischer Systembetrieb als entscheidend: Niedrige und variable Netztemperaturen, bidirektionale Energieflüsse sowie die enge Kopplung von Gebäuden, Netz und Erzeugern erforderten digitale Werkzeuge, die das reale Systemverhalten präzise abbilden.
Im Projekt wurde der gesamte Systembetrieb in hoher zeitlicher und physikalischer Auflösung simuliert – von den Gebäudelasten über das Verhalten der Übergabestationen und die Hydraulik des Netzes bis hin zur Entwicklung der Netztemperaturen, dem Wärmetransfer im Erdreich und der Regelung der Wärme‑ und Kälteerzeuger. Dadurch entstand bereits in frühen Planungsphasen eine belastbare Grundlage, um die Potenziale kalter, bidirektionaler Netze gezielt zu analysieren und optimal zu nutzen.
Unterstützung der Quartiersplanung und Umsetzung
Die entwickelten Modelle wurden im Projektverlauf direkt in den Planungsprozessen der Demonstrationsquartiere eingesetzt und verbanden Analyse und reale Umsetzung eng miteinander. Sie unterstützten unter anderem:
die Bewertung unterschiedlicher Netz‑ und Versorgungskonzepte,
die Dimensionierung von Rohrnetzen, Wärmepumpen und Speichern,
die Analyse von Last‑ und Temperaturverschiebungspotenzialen,
sowie die Entwicklung robuster Betriebs‑ und Regelstrategien.
Durch die dynamischen Simulationen konnten kritische Betriebszustände frühzeitig identifiziert, Varianten differenziert verglichen und Entscheidungen für die Umsetzung abgesichert werden. Die Modelle wirkten damit als digitaler Zwilling, der Planungsstände fortlaufend abbildete, Änderungen integrierte und die Übertragbarkeit der Konzepte erleichterte.
Methodische Weiterentwicklung und bleibender Mehrwert
Parallel zur praktischen Anwendung diente TransUrban.NRW als Forschungs‑ und Entwicklungsplattform zur gezielten Weiterentwicklung der Modell‑ und Simulationsmethoden von heatbeat. Im Projekt wurden sowohl der Detaillierungsgrad der Modelle als auch deren numerische Effizienz weiter verbessert. Insbesondere konnten die Simulationszeiten für dynamische Jahressimulationen deutlich reduziert werden, wodurch Variantenvergleiche einfacher und schneller durchführbar wurden.
Die im Projekt aufgebauten Modelle und Prozesse haben sich in sehr unterschiedlichen Quartierstypen bewährt – von dichten, komplexen Netzen mit mehreren Einspeisepunkten bis hin zu bidirektional betriebenen, niedrigtemperierten Wärmenetzen mit ausgeprägter Abwärmenutzung. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse bilden ein belastbares technisches Fundament für zukünftige Projekte und ermöglichen eine skalierbare, digital gestützte Planung moderner Wärme‑ und Kälteinfrastrukturen.
