GP Joule
In Mertingen entsteht gerade ein deutschlandweit noch einzigartiges Projekt: Eine industrielle Großwärmepumpe für ein Nahwärmenetz wird direkt mit Strom aus einer Photovoltaik-Anlage betrieben.
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Bei der Dekarbonisierung vorhandener Nah- und Fernwärmenetze und beim Ausbau der leitungsgebundenen Wärmeversorgung werden Großwärmepumpen eine tragende Rolle übernehmen.
■ Für eine kosteneffiziente Bereitstellung von Nahwärme über Wärmepumpen sind dabei drei Aspekte wichtig: Eine preisgünstige Wärmequellenerschließung, preisgünstiger Antriebsstrom und standardisierte Baueinheiten.
■ Bei der Integration einer industriellen zweistufigen Großwärmepumpe in die Nahwärmeversorgung von Mertingen wurden zusätzlich eine intelligente Steuerung und ein großes Pufferspeichervolumen realisiert, um flexibel auf die Strommarktsituation reagieren zu können.
In Mertingen, Landkreis Donau-Ries in Bayern, werden Haushalte, Gewerbebetriebe und Gebäude seit 2016 mit nachhaltiger Wärme aus dem Nahwärmenetz der ProTherm Mertingen versorgt. Die Gesellschaft wurde vom Energieversorger GP Joule (45 %) und der Gemeinde Mertingen (55 %) gegründet.
Bisher wird die Nahwärme aus vielen unterschiedlichen Quellen zur Verfügung gestellt, unter anderem wird bei Biogasanlagen Abwärme aus der Biogas-Verstromung eingekauft. Spitzenlast kann beispielsweise über einen Hackgut-Heizkessel eingekoppelt werden. Auch ein großer Gewerbebetrieb kann bei Bedarf Wärme einspeisen. Aufgrund der steigenden Wärmenachfrage durch die Erweiterung des Netzes kommt nun eine weitere Erzeugungsanlage dazu.
Vorrangig wird PV-Strom genutzt
Dafür wird ein Luft/Wasser-Wärmepumpenmodul als solitärer Einspeisepunkt in das Nahwärmenetz integriert. Das Wärmepumpensystem wird vorrangig mit Strom aus einer benachbarten Photovoltaik-Freiflächenanlage betrieben. Über zwei 84-m3-Pufferspeicher können der Wärmebedarf im Nahwärmenetz und die solare Stromerzeugung zeitlich entkoppelt werden. Zusätzlich kann für die Wärmepumpe Netzstrom bezogen werden, wenn dieser überschüssig vorhanden ist. Dies tritt in der Regel nur bei einer sehr hohen Stromproduktion aus erneuerbaren Energien auf. Dazu werden vorausschauend Energiemarktdaten mit einer Ertrags- und Bedarfsprognose abgeglichen.
„Unser Ziel für ist eine effiziente und CO2-freie Wärmeerzeugung“, sagt Felix Schwahn, Geschäftsführer von GP Joule Wärme. „Die Einbindung einer direkt angeschlossenen Photovoltaik-Freiflächenanlage zur Stromversorgung des Wärmepumpensystems ermöglicht die unmittelbare Verwendung erneuerbarer Energien am Erzeugungsort ohne das öffentliche Energiesystem zu belasten.“
GP Joule
Blaupause für weitere Nahwärmenetze
Schwahn: „Die Inbetriebnahme der ersten mit grünem Strom versorgten Luft/Wasser-Wärmepumpe in dieser Größenordnung für ein kommunales Nahwärmenetz im Herbst 2023 ist ein Leuchtturmprojekt mit Blaupause-Effekt für viele weitere Nahwärmenetze, die GP Joule derzeit entwickelt. Aus der Praxis heraus können wir damit zeigen, welche Möglichkeiten sich bieten, wenn man die Sektoren vor Ort intelligent miteinander verbindet.“
Im Oktober 2023 soll die zweistufige Wärmepumpe mit 700 kW thermischer Nennleistung in Betrieb gehen. Sie wird mit dem natürlichen Kältemittel R717 (Ammoniak NH3) betrieben und kann Vorlauftemperaturen bis 80 °C bereitstellen. Dann erreicht sie bei einer Außenlufttemperatur von − 10 °C eine Leistungszahl (COP) von rund 2,4. Bei höheren Außentemperaturen steigt der COP bis rund 4,3 – das Wärmenetz wird aufgrund der Abnehmerstruktur ganzjährig mit einer Vorlauftemperatur von etwa 78 °C betreiben.
Steuerung über Digital-Twin und KI
GP Joule
Zusätzlich zu der vor rund zwei Jahren am Aufstellort der Wärmepumpe errichteten Photovoltaik-Anlage mit 750 kWp sind derzeit weitere drei Photovoltaik-Anlagen mit ca. 30 MWp in Mertingen in der Entwicklung. Der Großteil des Stroms soll vor Ort verbraucht werden – zur Wärmebereitstellung und zur Strombelieferung von Unternehmen.
Die optimierte Steuerung der Wärmepumpe für einen sicheren und günstigen Betrieb im Energiesystem erfolgt über einen Digital-Twin, der KI-basiert die Wärmebedarfe im Netz, die Strommarktsituation und die Verfügbarkeit anderer Wärmequellen prognostiziert. Der Demonstrationsbetrieb soll auch zeigen, ob noch größere Speichervolumen sinnvoll sind, beispielsweise in kompakterer druckloser Bauweise.
Kontakt
GP Joule
86647 Buttenwiesen
Telefon (0 82 74) 927 80
info@gp-joule.de
www.gp-joule.de
www.mertingen-fernwaerme.de
