A. Passamonti / Fraunhofer IEG
Wie bewahrt man im Sommer eingesammelte Solarwärme kostengünstig zum Heizen im Winter auf? In Bochum wird dafür ein zwischen 1953 und 1958 betriebenes Steinkohlebergwerk als Pufferspeicher verwendet.
Für die Wärmewende sind Konzepte gefragt, die zu geringen Kosten den Einsatz fossiler Energieträger in der Fernwärmeversorgung ersetzen können. Ein bisher weltweit einzigartiger Ansatz ist die Kombination von Solarthermie, Wärmepumpe und Grubenwasser als Wärmespeicher. Er wird nun von der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG in Bochum als Prototyp getestet.
Dazu erwärmt Solarthermie während des Sommers das Wasser in einem gefluteten Bergwerk auf geplant 60 °C. Während der Heizperiode dient das Grubenwasser als Wärmequelle für eine Hochtemperatur-Wärmepumpe, die dann Wärme mit einer Vorlauftemperatur bis zu 120 °C in das lokale Fernwärmenetz im Bochumer Süden einspeist. Das Fernwärmenetz mit einer Leistung von rund 115 MW versorgt den Campus der Ruhr-Universität Bochum mit 5600 Arbeitsplätzen, 4800 Mietwohnungen, 760 Häuser sowie 115 Kunden des umliegenden Stadtteils Querenburg.
K. Schinarakis / Fraunhofer IEG
Grubenwasser speichert Solarthermie und Abwärme
Die Solarthermie-Anlage hat eine maximale Leistung von 60 kW und nutzt Wasser als Arbeitsmedium. Im Volllastbetrieb soll sie 165 MWh/a Wärmeenergie in das Grubenwasser einspeisen. Das Steinkohlebergwerk war zwischen 1953 und 1958 in Betrieb. Es wurden rund 37 000 t Kohle gefördert. Der verbliebene Hohlraum ist mit rund 20 000 m3 Grubenwasser zwischen 23 und 64 m Tiefe gefüllt. Die Entnahmebohrung erschließt das Bergwerk auf 64 m. Computersimulationen haben ergeben, dass sich die gefluteten Bereiche als Wärmespeicher für Temperaturen von rund 60 °C gut eignen.
Zweistufige Wärmepumpe mit Ammoniak und Butan
Das Fernwärmenetz für den Bochumer Süden liefert je nach Jahreszeit Heizwasser mit einer Vorlauftemperatur zwischen 80 und 120 °C an die Kunden und führt rund 60 °C warmes Wasser an das lokale Heizkraftwerk zurück. Die leitende Projekt-Ingenieurin Arianna Passamonti und ihr Team haben die 500-kW-Wärmepumpe auf diese Randbedingungen maßgeschneidert und berücksichtigt, dass in Zukunft auch lokale Abwärmequellen in das System integriert werden können. Als Arbeitsmedien kommen in der zweistufigen Wärmepumpe im Niedertemperaturbereich Ammoniak und im Hochtemperaturbereich Butan zum Einsatz.
Die Im Sommer 2023 fertiggestellte Gesamtinstallation soll nun zeigen, dass stillgelegte Bergwerke als Wärmespeicher mit Wärmepumpen sinnvoll an bestehende Fernwärmenetze angebunden werden können. Als Forschungsinfrastruktur dient sie zudem auch dazu, Betriebsmodelle für Großwärmepumpen weiterzuentwickeln. www.ieg.fraunhofer.de
K. Schinarakis / Fraunhofer IEG
