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Berichten zufolge ist der Durchmesser der Rohre, die ein Wärmepumpensystem speisen sollen, das Wasser aus dem deutschen Rhein bezieht, so groß, dass eine Person aufrecht hindurchgehen kann.
Felix Hack, Projektleiter beim Energieunternehmen MVV Environment, erläuterte Pläne, 10.000 Liter pro Sekunde durch Rohre mit einem Durchmesser von 2 Metern in Mannheim zu entnehmen und das Wasser nach der Wärmeentnahme wieder zurückzuführen.
Im Oktober kündigte MVV Energie, die Muttergesellschaft, die Absicht an, potenziell die leistungsstärksten Wärmepumpenmodule bis dato zu bauen, bestehend aus zwei Einheiten mit jeweils 82,5 Megawatt Leistung.
Diese kombinierte Leistung könnte etwa 40.000 Haushalte über ein Fernwärmesystem mit Wärme versorgen. MVV Energie plant, dieses System am Standort eines Kohlekraftwerks zu integrieren, das auf sauberere Technologien umgestellt wird.
Die Größe der Wärmepumpen wurde zum Teil durch logistische Beschränkungen beim Maschinentransport durch die Mannheimer Straßen oder über Rheinschiffe bestimmt. „Das muss noch bestätigt werden“, sagte Hack. „Flusstransport bleibt eine Möglichkeit.“
Alexandre de Rougemont von Everllence (ehemals MAN Energy Solutions), einem weiteren deutschen Unternehmen, das Großwärmepumpen herstellt, bestätigte das Projekt. „Es ist ein Wettbewerb, sicherlich“, sagte er. „Wir sind transparent diesbezüglich.“
Wärmepumpen entziehen thermische Energie aus Quellen wie Luft, Boden oder, in diesem Fall, Gewässern. Kältemittel in den Pumpen verdampfen selbst bei geringer Erwärmung.
Die Verdichtung des Kältemittels verstärkt die Wärme weiter. Dieser Prozess, der auch in Wohnwärmepumpen zu finden ist, wird einfach in einem viel größeren Maßstab durchgeführt, um ganze Stadtteile zu versorgen.
Da Städte weltweit die Dekarbonisierung anstreben, entscheiden sich viele für große Wärmepumpen, die in Fernwärmenetze integriert sind.
Diese Netze verteilen heißes Wasser oder Dampf über ein umfangreiches Rohrsystem an mehrere Gebäude. Es werden zunehmend größere Wärmepumpenmodelle entwickelt, um die wachsende Nachfrage zu decken.
„Es gab erheblichen Druck, die Wärmeerzeugung auf neue, insbesondere erneuerbare, Quellen umzustellen“, erklärte Hack und verwies auf die Stilllegung von Kohleblöcken im Mannheimer Kraftwerk. Die Nähe des Standorts zum Rhein, der substanzielle Netzanschluss und das bestehende Fernwärmenetz machen ihn zu einem logischen Standort für die Installation von Wärmepumpen.
Er wies darauf hin, dass die Technologie durch die Verfügbarkeit großer Kompressoren aus der Öl- und Gasindustrie ermöglicht wird, wo sie zur Verdichtung fossiler Brennstoffe eingesetzt werden.
Die Arbeiten am Mannheimer Projekt sollen im nächsten Jahr beginnen, wobei die 162-MW-Wärmepumpen voraussichtlich im Winter 2028-29 vollständig in Betrieb sein werden. Hack wies auch darauf hin, dass ein mehrstufiges Filtersystem die Fischaufnahme verhindern wird und Modellierungen zeigen, dass das System die durchschnittliche Temperatur des Flusses um weniger als 0,1 °C verändern wird.
Solche Installationen sind kapitalintensiv. Die Mannheimer Anlage wird voraussichtlich 200 Millionen Euro (235 Millionen US-Dollar; 176 Millionen Pfund) kosten. De Rougemont von Everllence schätzt die Kosten für Wärmepumpenanlagen auf etwa 500.000 Euro pro Megawatt installierter Leistung, ohne zusätzliche Infrastrukturkosten.
Everllence ist auch an einem Projekt in Aalborg, Dänemark, beteiligt, das das Mannheimer System mit einer Gesamtleistung von 176 MW übertreffen soll. Dieses System wird vier 44-MW-Einheiten umfassen und soll 2027 in Betrieb gehen und fast ein Drittel des Wärmebedarfs der Stadt decken.
Die 44-MW-Maschinen sind identisch mit denen in einem voll funktionsfähigen Projekt südlich von Aalborg in Esbjerg, wo sie mit jeweils 35 MW betrieben werden.
Große Warmwasserspeicher mit einem Fassungsvermögen von jeweils 200.000 Kubikmetern werden die Systemflexibilität erhöhen. „Wenn die Strompreise hoch sind, kann die Wärmepumpe angehalten und die Wärme aus dem Speicher bezogen werden“, erklärte de Rougemont.
Veronika Wilk vom Austrian Institute of Technology erklärte: „Wärmepumpen und Fernwärmesysteme passen hervorragend zusammen.“ Solche Systeme können Wärme aus Wasserquellen oder sogar aus Abwasser von Kläranlagen gewinnen.
Dr. Wilk merkte an, dass der Einsatz mehrerer großer Wärmepumpen in einem Fernwärmenetz die Flexibilität und Effizienz erhöht, beispielsweise durch den Betrieb von nur zwei von vier Wärmepumpen im Herbst, wenn der Wärmebedarf geringer ist.
Während die meisten Systeme Energie aus Wasser beziehen, nutzen einige sehr große Wärmepumpen Luft als Wärmequelle, selbst in kälteren Städten wie Helsinki.
„Das Meer vor Helsinki ist zu flach“, erklärte Timo Aaltonen, Senior Vice President of Heating and Cooling beim Energieunternehmen Helen Oy. „Wir haben berechnet, dass wir einen Tunnel von mehr als 20 km Länge zum Meer bauen müssten, um genügend Wasser mit einer ausreichend hohen Temperatur zu bekommen.“
Helsinki unterzieht sich einer umfassenden Überarbeitung seines Fernwärmesystems und fügt Wärmepumpen, Biomassekessel und Elektrokessel zu einem 1.400 km langen Netz hinzu, das fast 90 % der Gebäude in der Stadt verbindet, fügte Aaltonen hinzu.
Wärmepumpen wandeln einzelne Kilowattstunden Strom in mehrere Kilowattstunden Wärme um, während Elektrokessel dies nicht tun und als weniger effizient gelten.
Auf die Frage nach der Entscheidung von Helen Oy, Hunderte von Megawatt dieser Kessel zu installieren, erklärte Aaltonen, dass sie billiger zu installieren sind als Wärmepumpen und die Abhängigkeit von Luft verringern, die in Bezug auf die Wärmebereitstellung im großen Maßstab Einschränkungen aufweist. Darüber hinaus können Elektrokessel überschüssige erneuerbare Energien aufnehmen und Netzstabilisierungsfunktionen bereitstellen.
In Großbritannien gibt es derzeit keine Wärmepumpen, die mit denen in Dänemark, Deutschland und Finnland vergleichbar wären. Es entstehen jedoch neue Fernwärmenetze, wie das Exeter Energy Network, das die University of Exeter und andere Kunden versorgen wird.
Die geplante Mindestkapazität des Netzes beträgt 12 MW und umfasst drei 4-MW-Luft-Wasser-Wärmepumpen, wobei die erste Einheit voraussichtlich im Jahr 2028 in Betrieb gehen wird.
Keith Baker von der Glasgow Caledonian University, ein Forscher für Fernwärmesysteme, glaubt, dass Großbritannien diese Technologie besser nutzen kann. Wasser in stillgelegten Bergwerken, das stabile Temperaturen aufweist, beginnt hier beispielsweise, größere Wärmepumpen zu versorgen.
Industriebrachen und ländliche Gebiete mit ausreichend Platz für Wärmepumpen und Lagertanks sind „die idealen Standorte“, sagt er.
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