Wie man eine Stadt beheizt: Die Solarthermie-Anlage des St. Paul RiverCentre in Minnesota

Vom Dach des Tagungszentrums in der Innenstadt von St. Paul, Minnesota sind zahlreiche Gebäude des Stadtzentrums zu sehen. An sonnigen Tagen liefern die langen Reihen von Sonnenkollektoren auf dem Dach des St. Paul RiverCentres warmes Wasser für diese Gebäude, denn das Solarwärme-System umfasst den Großteil der Innenstadt. 
Im März 2011 wurden die Arbeiten an dieser 1.950 Quadratmeter großen solarthermischen Anlage abgeschlossen. Mit einem Megawatt Wärmeleistung ist dies die größte Solarthermie-Anlage im nördlichen Mittelwesten der USA, und eine der größten im ganzen Land. Alles in allem umfasst sie 100 Tonnen Stahl und 490 Meter Leitungen.
Die SolarwärmeAnlage wurde von District Energy St. Paul errichtet, dem für Warmwasser und Heizung zuständigen Energieversorger, des “Solar American Cities”-Programms des US-amerikanischen Energieministeriums und des St. Paul RiverCentre. Die Anlage sollte von Anfang an ein Musterbeispiel dafür sein, wozu die Solarthermie in großem Maßstab fähig ist.
Doch für District Energy St. Paul ist es auch eine praktische Lösung, um den Heizwärmebedarf der Stadt zu decken und gleichzeitig den Verbrauch von fossilen Brennstoffen und Biomasse zu senken.

Solar America Cities: Eine Chance für Solarwärme in den USA
Nina Axelson, Projektmanagerin von District Energy St. Paul, berichtet, dieses Vorhaben sei bereits von längerer Hand geplant gewesen. “Da wir wussten, dass es technisch gesehen längst durchführbar war, lag die Option für uns nahe”, erklärt Axelson. “Wir hatten auf die Gelegenheit gehofft, ein solches Projekt hier in den Vereinigten Staaten durchzuführen.”
Diese Gelegenheit ergab sich in Form eines Darlehens über eine Million US-Dollar (rund 756.000 Euro), bereitgestellt vom US-amerikanischen Energieministerium (Department of Energy, DOE) im Rahmen des Programms "Solar America Cities". Zu dem zeitpunkt als District Energy St. Paul die Möglichkeiten zur Verwirklichung eines solchen Vorhabens prüfte, suchte auch das Solar America Cities-Programm nach einem Ort, um zu demonstrieren, wozu die Solarthermie  im großen Stil imstande ist.
District Energy St. Paul bot  eine Lösung in dieser Größenordnung an. Das Unternehmen betreibt ein Blockheizkraftwerk (BHKW), das hauptsächlich mit Biomasse und fossilen Brennstoffen betrieben wird. Die Gesamtleistung beträgt 289 MW. Das System aus den 1970er- Jahren versorgt rund 80% des Innenstadtgebiets mit warmem Wasser. 

Ein Blick nach Skandinavien
Im Bundesstaat Minnesota leben viele skandinavische Migranten, dies schlägt sich auch auf die örtliche Kultur nieder. So auch im Falle von District Energy St. Paul, dessen Interesse an Solarthermie auf skandinavische Vorbilder zurück geht.
“District Energy St. Paul beruht auf einigen technischen Prinzipien, die in Dänemark und Schweden längst etabliert sind”, erklärt Axelson. “Einige dieser Komponenten haben wir bereits in unserem System. Die Kraft-Wärme-Kopplung zum Beispiel, einhergehend mit der Verwendung von Biomasse. Wir liefern außerdem Fernwärme in einem Warmwasserkreislauf, der auch zur Fernkühlung genutzt wird und einen Wärmespeicher einschließt.
Axelson merkt an, dass ein ehemaliger Projektmanager von District Energy St. Paul vor 20 Jahren an einem Solarthermie-Projekt in Schweden beteiligt war, und dies einer der Faktoren gewesen sei, welche den Energieversorger dazu brachten, der Solarthermie mehr Aufmerksamkeit zu widmen.

Skandinavische Produkte, amerikanische Konstruktion
Beim Bau der Anlage orientierte sich District Energy an Skandinavien. Der Energieversorger hatte Schwierigkeiten, die benötigten Komponenten zu finden und amerikanische Unternehmen mit den nötigen Kenntnissen, um das Projekt fertig zu stellen. Laut Axelson werden viele hochwertige Solar-Kollektoren in den USA hergestellt. Dennoch entschied sich District Energy letztlich für Kollektoren von Arcon Solar A/S aus Skørping in Dänemark.
“Wir betreiben eine Anlage mit vergleichsweise hohen Temperaturen”, erklärt Axelson. “Auch nach intensiver Suche und einer Ausschreibung konnten wir kein heimisches Produkt finden, das unseren technischen Anforderungen genügte.”
Mit dem Bau beauftragte District Energy die örtliche Ingenieurfirma CKDA. Diese arbeitete mit der Ramboll Group aus Orestad in Dänemark zusammen, einem Betrieb mit Erfahrung bei der Integration von Solartechnik in städtische Energie-Systeme.

Bau der Solarwärmeanlage bei Schneefall
Auch der Bau war schwierig. Nach Erhalt der “Buy American”-Zuschüsse im Rahmen des US-Konjunkturprogramms (American Recovery and Reinvestment Act, ARRA) habe das Unternehmen gewartet, bis das neue weiße Dach des RiverCentre fertig wurde. Die Installation der Solarthermie-Anlage habe dann im Herbst 2010 begonnen. Dies ist nicht grade die ideale Zeit für ein Bauvorhaben in Minnesota, da der Staat für seinen kalten, verschneiten Winter bekannt ist. “Im Oktober bekamen wir schlechtes Wetter in Minnesota”, erinnert sich Axelson. “Es wurde etwas schwierig, den für die Solarthermie benötigten Teil des Daches fertig zu stellen.”
District Energy St. Paul sei dennoch mit dem Baufortschritt zufrieden gewesen. Es habe aber auch um die Feiertage einen Verzug von zwei bis drei Wochen gegeben, der durch den starken Schneefall bedingt gewesen sei.
“Wir mussten abwägen, wie wir den Schnee beseitigen und gleichzeitig die Sicherheit der Bauarbeiter dort oben gewährleisten konnten”, so Axelson. “In dieser Zeit konnten sie die innen liegenden Komponenten der Anlage einbauen, und so wurden zunächst die ganzen Rohrleitungen, die Pumpen und die Wärmetauscher eingebaut.”
Die Dacharbeiten wurden wieder aufgenommen, sobald sich das Wetter verbesserte, und die Anlage konnte am 15. März 2011 in Betrieb genommen werden.

Ein Vorbild für andere Unternehmen
Anderen Unternehmen empfiehlt Axelson  die Solarthermie uneingeschränkt. “Wir wollten neue Geschäftsbereiche erschließen und uns mit anderen Fernwärme-Versorgern vernetzen. Dies ist der Hauptgrund, warum wir das Projekt verwirklicht haben. Dieses Projekt hat den Markt verändert.”
In diesem Zusammenhang erwähnt sie, dass District Energy zu diversen Tagungen eingeladen worden sei, seitdem das Projekt erfolgreich abgeschlossen wurde, um über seine Erfahrungen zu berichten. District Energy habe Anfragen für Gespräche mit den Angestellten anderer Unternehmen, um das System zu empfehlen.
“Meiner Meinung nach sind District Energy und die Solarenergie wie Schokolade und Erdnussbutter”, vergleicht Axelson. “Wir hätten beides schon vor Jahren in den USA zusammenführen sollen, doch nun beginnen die Menschen, diese Möglichkeiten auch  zu erkennen.”

Eine Menge Wärme
Für Axelson und District Energy ist es jedoch nicht nur ein Vorzeigeprojekt.
“Wir wussten, dass Solarthermie eine wirklich praktische Technologie ist, mit der man eine Menge Wärme erzeugen kann. Es handelt sich hier keineswegs um ein Prestigeprojekt”, stellt Axelson klar. “Wir wussten, dass Solarthermie voll in unser System integriert werden konnte, und wir zählen auf die Technologie.”
Eine kurze Schlechtwetterperiode im Frühling habe die Leistung kurzfristig gemindert, solche Schwankungen seien jedoch normal.
“Wir planen derartige Anlagen nicht mit Blick auf die monatliche Produktion, sondern wir entwerfen sie für die Wärmeproduktion von 20 Jahren."
Insgesamt habe die Anlage die Erwartungen bereits übertroffen, betont Axelson. Geplant gewesen sei eine Nennleistung von etwa 1,07 MW, in Spitzenzeiten seien sogar 1,2 MW erreicht worden.
“Ich liebe diese Anlage. Ich liebe diese Technologie die wir hier präsentieren konnten, und ich hoffe, wir werden in den nächsten Jahren Dutzende vergleichbarer Anlagen sehen.”