Erneuerbare Energien

Eiskalt nur bei Schneeschmelze

Flusswasser für Wärmepumpen: besser als sein Ruf

Freitag, 26.05.2023

Seen („Seethermie“) und Flüsse als autarke Wärmespeicher stellen beinahe immerzu ausreichend Wärme zur Verfügung. Und zwar genügend, um selbst den Heizwärmebedarf größerer Liegenschaften nahe dem Ufer zu decken. Doch griffen die Planer in der Vergangenheit unter anderem aus Sorge vor aggressiven Inhaltsstoffen nicht gerne auf Oberflächenwasser für Wärmepumpen-Installationen zurück. Mit den richtigen Werkstoffen weicht mehr und mehr die Zurückhaltung. Großversorger bedienen sich dieser Quelle für Nah- und Fernwärmenetze. Harmoniebedarf besteht jedoch noch im Regelwerk.

Fernkälte für Vattenfall in der City Nord, Hamburg.
Quelle: Vattenfall
Fernkälte für Vattenfall in der City Nord, Hamburg.

Wenn Heizen und Kühlen verlangt sind, klettert die Effizienz von Fernwärme- und Kältenetzen bis auf den Faktor 8. Karl Ochsner sen., Wärmepumpen-Pionier und langjähriger Geschäftsführer von Ochsner Wärmepumpen, belegte das auf dem Großwärmepumpen-Kongress im Juni 2022 in München am Beispiel Vattenfall in der Hamburger City Nord. Die moderne Verwaltungszentrale mutet wie ein Neubau an, stammt aber schon aus dem Jahr 1969. Das Kältenetz der zwei Kältehalbwerke, das unter anderem für die Nutzer in der Verwaltungszentrale die Soll-Temperaturen bereitstellt, hängt an sieben Kältemaschinen mit zusammen rund 30.000 kW. Da auch die Wärmeseite Abnehmer hat, wandeln die Maschinen zu bestimmten Zeiten rund 15 kW elektrische Leistung in 100 kW Heiz- und Kühlleistung um. Wärmequelle: Umgebungsluft. Karl Ochsner: „Das ist die Zukunft“.

Praxiserfahrungen aus dem Großwärmepumpen-Projekt in der Hamburger City Nord.
Quelle: Ochsner
Praxiserfahrungen aus dem Großwärmepumpen-Projekt in der Hamburger City Nord.
Praxiserfahrungen aus dem Großwärmepumpen-Projekt in der Hamburger City Nord.
Quelle: Ochsner
Praxiserfahrungen aus dem Großwärmepumpen-Projekt in der Hamburger City Nord.

Noch stabilere Verhältnisse über das Jahr gesehen gestattet Flusswasser. Aktuell unterstützt im Rahmen des Reallabors der Energiewende „Großwärmepumpen in Fernwärmenetzen“ das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fünf Großwärmepumpen an verschiedenen Standorten in Deutschland. Eine davon in Mannheim. Der Spatenstich hat im April 2022 stattgefunden. Die Installation nutzt, laut Plan, ab diesem Jahr das Flusswasser des Rheins als klimaneutrale Wärmequelle, um Fernwärme zu erzeugen.

Die Großkraftwerk Mannheim AG (GKM) errichtet die nachhaltige Wärmeerzeugung im Auftrag des Versorgers MVV mit einer thermischen Leistung von etwa 20 MW und einer elektrischen Leistung von 7 Megawatt. Mit dem COP von knapp 3 dürfte der Neubau eine der größten Flusswasser-Wärmepumpen in Europa sein. Das Wissen und Know-how, das im Reallabor gewonnen wird, soll später dazu beitragen, mit weiteren Wärmepumpen zusätzliche grüne Wärme zu erzeugen. Das technische Potential ist sehr groß: Allein in Mannheim könnten Rhein und Neckar selbst bei konservativer Schätzung mindestens 500 MW thermisch entzogen werden. Das reicht aus, um rund 50.000 Haushalte mit Wärme zu beliefern. Das Flusswasser des Rheins in Mannheim wird im Sommer bis 25 °C warm, im Winter sind es etwa 5 °C. GKM wird dem Strom 2 bis 5 K entnehmen und durch Kondensation des Kältemitteldampfs das Fernheizwasser auf 83 bis zu 99 °C temperieren.

Charakteristischer Temperaturverlauf von Flusswasser in Mitteldeutschland: Nur bei Schneeschmelze kann das Niveau kurzzeitig unter 3 °C fallen.
Quelle: Johnson Controls
Charakteristischer Temperaturverlauf von Flusswasser in Mitteldeutschland: Nur bei Schneeschmelze kann das Niveau kurzzeitig unter 3 °C fallen.

Uneinheitliches Regelwerk

Was generell zur Zurückhaltung hinsichtlich der Verwertung der Ressource Oberflächenwasser als Energiequelle führt: In vielen Bereichen des Baurechts, des Arbeits-, Gesundheits- und Umweltschutzes stützen sich Landes- und Kommunalrecht nicht auf einheitliche technische Regeln und Vorschriften ab. Im Großen und Ganzen ja, im Detail nicht. So auch im Wasserrecht. Auch das ist ein Hemmschuh für die Wärmewende, weil die Planungsbüros nicht auf Blaupausen zurückgreifen können, sondern von Projekt zu Projekt spezifische örtliche Auflagen berücksichtigen müssen. Es wechseln zum Beispiel von Ort zu Ort die Regeln für die Beantragungen und die Bewertung der Gewässernutzung für Wärmepumpen. Diese Kritik beziehungsweise die damit verbundene Forderung an die Politik, ein einheitliches Regelwerk zu erlassen, war zwar nur ein Nebenthema auf dem letztjährigen Großwärmepumpen-Kongress. Doch gehört das wechselnde und verkomplizierte behördliche Verfahren nicht selten zu den Hauptpunkten, warum sich Projektanten und Auftraggeber gegen die bessere Lösung entscheiden. Etwa gegen Oberflächenwasser als Energiequelle für die Wärmepumpe.

Der Wirkungsgrad von Flusswasserwärmepumpen im Jahresverlauf.
Quelle: Johnson Controls
Der Wirkungsgrad von Flusswasserwärmepumpen im Jahresverlauf.

Keine Gefahr für Fische und Pflanzen

Die Uneinheitlichkeit bezieht sich weniger auf die eingeleiteten Wassertemperaturen, sondern vielmehr auf die Wasserverträglichkeit der eingesetzten Materialien. Welche Absonderungen der Werkstoffe mögen die Fische und die Pflanzen nicht? Oliver Rosteck, bei Johnson Controls für Großwärmepumpen und Fernwärmenetze zuständig: „Unter Umständen kann das bis fünf Gutachten bedeuten. Manche Untere Wasserbehörde begnügt sich mit einer eventuell schon verfassten Expertise für eine Nachbargemeinde, eine andere will eben bis fünf Sachverständigen-Bewertungen. Damit zieht sich das gesamte Vorhaben in die Länge, je nachdem, wie schnell die Beteiligten arbeiten. Die Habecksche Version ist die, alles zu vereinfachen und zu beschleunigen. Das ist tatsächlich ganz wichtig. Wir spüren ja die steigende Nachfrage der Versorger, sehen uns aber in der Frage der amtlichen Zusage immer wieder vor Schwierigkeiten gestellt.“

Von Bernd Genath
Düsseldorf
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