Fernwärme bezeichnet die Versorgung von Gebäuden mit Heizwärme und Warmwasser ausgehend von einem (Heiz-)Kraftwerk. Über ein Fernwärmenetz, bestehend aus wärmeisolierten ober- und unterirdischen Rohrleitungen gelangt die Wärme als Heißwasser vom Kraftwerk zu den jeweiligen Haushalten und Einrichtungen, dort kann die Wärme über eine Wärmeübergabestation abgegeben werden, woraufhin das abgekühlte Wasser über Rücklaufrohre zurück ins Netz gegeben wird. Die Wärmequellen können hierbei unterschiedlichen Ursprungs sein. Üblich sind bislang vor allem fossil befeuerte Kraftwerke, Blockheizkraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung und Müllverbrennungsanlagen. Für eine nachhaltige Fernwärme spielen allerdings auch die Nutzung von Abwärme und erneuerbare Energien wie der Geothermie eine entscheidende Rolle.
Sobald mehr Wärmeenergie verfügbar ist als aktuell verbraucht wird eignet sich der Einsatz von Wärmespeichern. Dabei kann überschüssige Wärme mithilfe unterschiedlicher Speichermedien bewahrt und bei Bedarf wieder abgegeben werden. Auch Wasser stellt ein potentielles Speichermedium dar, welches nach dem Erhitzen in ein gedämmtes Behältnis geleitet werden kann, wo es vor Wärmeverlusten geschützt ist. Bei der gespeicherten Wärme kann es sich sowohl um direkt erzeugte Wärme, als auch um Abwärme handeln, die im Zuge industrieller Prozesse als Nebenprodukt entstanden ist.
Je nach Arbeitsprinzip lassen sich vier grundlegende Arten von Wärmespeichern unterscheiden:
Bei sensiblen Wärmespeichern wird dem jeweiligen Speichermedium (z.B. Wasser) Wärme zugeführt, wodurch dieses anschließend seine eigene Temperatur erhöht und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben kann.
Entscheidend für Latentwärmespeicher ist der Ablauf von Phasenübergängen des Speichermediums. So führt eine Wärmezufuhr nicht zu einer direkten Temperaturerhöhung des Speichermediums, sondern stattdessen zu einer Änderung seines Aggregatszustandes. Durch eine erneute Änderung des Aggregatszustandes wird die Wärmeenergie wieder abgegeben.
Im Falle von Sorptionsspeichern erfolgt die Wärmespeicherung durch den Ablauf chemischer Reaktionen. Zeolithe stellen diesbezüglich ein mögliches Speichermedium dar, da an deren porösen Oberflächen große Wassermengen adsorbiert werden können. Der Vorteil eines Sorptionsspeichers besteht besonders darin, dass große Mengen an Energie annähernd ohne Verluste gespeichert werden können.
Auch Aquifere im Untergrund (Aquiferspeicher) lassen sich als Wärmespeicher nutzen, um beispielsweise überschüssige Wärme für das Heizen oder Kühlen von Gebäuden und Infrastruktur zur Verfügung zu stellen. Ein Großteil der eingespeicherten Energie kann zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgegeben werden, da Grundwasserströmungen oftmals gering sind. Ein weiterer Vorteil hierbei besteht darin, dass aufgrund größerer Volumina und einer hohen Wärmekapazität große Mengen an Wasser eingespeichert werden können. Im Winter wird das warme Wasser aus dem Aquifer für die Beheizung von Gebäuden verwendet und wird daraufhin abgekühlt in den Aquifer zurückgeführt. Daraufhin lässt sich das Wasser im Sommer für die Gebäudekühlung nutzen.
Als Korrosion wird die infolge ablaufender Reaktionen (Oxidation) eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung bewirkte Zersetzung bezeichnet, welche grundsätzlich mit einer Beeinträchtigung des Materials bzw. der Funktion eines Bauteils einhergeht. Auch natürliche Wässer enthalten oftmals Bestandteile, welche eine Korrosion an Bau- und Anlagenteilen fördern können. Besonders die hohen Temperaturen von Tiefenwässern können derartige Reaktionen beschleunigen und begünstigen. So können in der Tiefengeothermie je nach der chemischen Zusammensetzung des Tiefenwassers Pumpenkörper oder obertägige Anlagenteile von Korrosion betroffen sein. Mithilfe einer geeigneten Materialauswahl sowie dem Einsatz von speziellen Beschichtungen und Inhibitoren kann einer Korrosion entgegengewirkt werden.
Bei Scaling handelt es sich um mineralische Ausfällungen und Anlagerungen in Bauteilen wie beispielsweise Rohrleitungen. Diese werden maßgeblich durch den Chemismus des durchströmenden Mediums sowie den herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen kontrolliert. Problematisch äußert sich Scaling besonders im Anlagenbetrieb, da so wichtige Bauteile verengt oder gar blockiert werden können und somit die Effizienz und Leistung der jeweiligen Anlage signifikant verringert werden kann. Sofern ein erhöhtes Risiko an Scaling besteht, eignet sich der Einsatz entsprechender Inhibitoren.
Infolge diverser Faktoren, wie Korrosionsprozessen oder einem signifikanten Druckabfall und anschließender Entgasung in Nah- und Fernwärmesystemen sowie in Wärmespeichern, besteht die Möglichkeit der Wasserstofffreisetzung. Sammelt sich der Wasserstoff in Bauteilen und trifft daraufhin auf andere Gase, wie beispielsweise Stickstoff, kann daraus ein entzündliches Gasgemisch entstehen, welches bei einer Kontamination mit Luft explosiv reagiert. Darüber hinaus kann es zu einem enormen Druckanstieg kommen und so zu gravierenden Sicherheitsrisiken führen. Entscheidend sind hierbei eine sichere Entsorgung und Inertisierung der Gefahrenstoffe.