In Esbjerg, einer Stadt an der Westküste Dänemarks, wurde die größte CO2-basierte Meerwasser-Wärmepumpe der Welt errichtet. Ab Oktober 2023 wird diese Wärmepumpe, die Großwärmepumpe leistet rund 70 Megawatt, rund für 100.000 Menschen in der Region mit Wärme versorgen. Das bisherige Kohlekraftwerk, wird dann stillgelegt. Dies bedeutet, dass dank der Großwärmepumpe Tausende Haushalte gleichzeitig auf erneuerbare Wärme umgestellt werden können, ohne dass ein einziger Heizungsaustausch erforderlich ist. Der Strom für die Wärmepumpe wird von Offshore- Windkraftanlagen erzeugt.
Abbildung 1: Der ölfreie, hermetisch abgedichtete HOFIM® Motor-Kompressor steht im Zentrum des industriellen Wärmepumpensystems von MAN Energy Solutions in Esbjerg. (Foto: © MAN Energy Solutions)
Auch im Hafenquartier von Neustadt in Holstein ist 2023 mit einer Meerwasser-Wärmepumpe eine klimafreundliche Wärmeversorgung entstanden. Die Stadtwerke Neustadt in Holstein setzen auf eine leistungsstarke Meerwasser-Wärmepumpe, die die natürliche Wärme der Ostsee nutzt, um wie in Esbjerg sie in das neue, quartierseigene Nahwärmenetz einzuspeisen. Sie gilt als erste Meerwasser-Wärmepumpe in einem größeren deutschen Wärmenetz und besitzt damit besonderen Modell- und Vorbildcharakter. Die Meerwasser-Wärmepumpe (Abb. 1) stammt aus Dänemark, die bisher größte Meerwasser-Wärmepumpe Dänemarks (Abb. 2) stammt aus Deutschland.
Abbildung 2: Einbau der Wärmepumpe (Quelle: Johnson Controls)
Das Prinzip der Mehrwasser-Wärmepumpe ist für Küstenstädte zukunftsweisend, um zentrale Wärmenetze oder größere Fernheizsysteme zu entwickeln. Dies ist besonders interessant, wenn die Speisung der Wärmepumpen durch Windkraft oder auch oder auch Solarkraft kombiniert wird.
2. Meerwasser-Wärmepumpe Neustadt
Abbildung 3: Prinzip einer Fluss- oder Meerwasser-Wärmepumpe (Quelle Rheinenergie)
Aus der Neustädter Bucht wird Meerwasser über eine Entnahmestation im Hafen zum Wärmetauscher der Energiezentrale geführt. Dort wird dem Ostseewasser Wärme entzogen und mithilfe der Wärmepumpe auf ein für die Wärmeversorgung nutzbares Temperaturniveau um 70 °C angehoben. Die gewonnene Wärme wird anschließend in das neu errichtete Wärmenetz des Hafenquartiers eingespeist. Selbst bei niedrigen Wassertemperaturen kann die Anlage die vorhandene Umweltwärme effizient nutzen.
In Spitzenzeiten, wenn die Heizleistung der Wärmepumpe nicht ausreicht, wird sie schrittweise erst durch einen Pufferspeicher und danach durch die Abwärme aus der benachbarten Müllverbrennungsanlage unterstützt. Der Pufferspeicher mit einem Volumen von rund 25 m³dient dazu, Erzeugung und Wärmebedarf zeitlich zu entkoppeln. Er kann beispielsweise bei kurzfristig sinkender Nachfrage Wärme speichern und bei einer vorübergehend höheren Nachfrage wieder an das Wärmenetz abgeben. Der Speicher ist als vertikaler Behälter ausgeführt und erreicht eine Höhe von etwa 15 Metern. Er befindet sich auf dem Dach der Energiezentrale. Damit besitzt der Speicher bei einer nutzbaren Temperaturdifferenz von rund 70 °C auf 40 °C theoretisch eine Speicherkapazität von rund 930 kWhthermisch. Die jeweilig nutzbare Kapazität hängt allerdings von der konkreten Betriebsweise, den zulässigen Temperaturbereichen und der hydraulisch en Einbindung ab.
Für die Stromversorgung der Wärmepumpe wird ein bestehendes Blockheizkraftwerk (BHKW) eingesetzt. Außerdem werden Spitzenlastkessel und der Wärmespeicher in Betrieb genommen.
Abb. 4: Blick auf das Wärmepumpen Aggregat aus Dänemark (Quelle: Johnson Controls)
3. Planung, Bau und Inbetriebnahme
Ein besonderer Vorteil liegt in der Nutzung der lokal verfügbaren, erneuerbaren Energiequelle. Statt ausschließlich auf fossile Energieträger wie Erdgas oder Öl zurückzugreifen, wird die Wärme aus dem Meer und dem Müll für die Versorgung von Gebäuden nutzbar gemacht. Dadurch können die CO₂-Emissionen der Wärmeversorgung deutlich reduziert werden. Gleichzeitig zeigt das Projekt, wie erneuerbare Wärme auch in dicht bebauten innerstädtischen Bereichen und in Küstenstädten im größeren Maßstab eingesetzt werden kann.
4. Zusammenfassung
Die innovativen Projekte der Städte Esbjerg und Neustadt werden angesprochen und dokumentier. Das Wärmenetz der Stadtwerke Neustadt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit rund 1,18 Mio. Euro gefördert. „Die Meerwasser-Wärmepumpe ist hier Dreh- und Angelpunkt in dem klimaschonenden Konzept zur Wärmeversorgung. Damit steht die Meerwasser-Wärmepumpe in Neustadt in Holstein beispielhaft für eine neue Form der kommunalen Wärmeversorgung: Die Ostsee wird zur natürlichen Energiequelle und unterstützt gemeinsam mit Abwärme, Speichern und weiteren Wärmeerzeugern eine nachhaltige Wärmeversorgung des neuen Hafenquartiers. Das Projekt zeigt anschaulich, welches Potenzial in der Verbindung von moderner Wärmepumpentechnik und regional verfügbaren Energiequellen steckt.
Literatur und Quellen:
- https://www.swnh.de/waerme/meerwasserwaermepumpe
- https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/fernwaerme-groesste-waermepumpe-der-welt-heizt-100-000-daenen-ein/
- https://www.magazin-forum.de/de/renaissance-am-flussufer
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