Großwärmepumpe in Lemgo

Die Stadtwerke Lemgo haben bereits im Jahr 2019 eine Großwärmepumpe in Betrieb genommen, mit der das im gereinigten Abwasser der Kläranlage (Reinwasser) enthaltene Abwärmepotenzial einer örtlichen Kläranlage zur Einbindung in das Wärmenetz genutzt werden kann. Hintergrund dieser Maßnahme ist das im Rahmen eines Verbundprojekts gesteckte Ziel, den historischen Stadtkern Lemgos klimaneutral mit Wärme zu versorgen. Durch eine Quellenleistung von 1,5 MW(th), die in fast 8 000 h/a zur Verfügung steht, reicht die potenziell nutzbare Abwärmemenge aus, um knapp zwei Drittel des Wärmebedarfs der Altstadt oder rd. 12 % des gesamten Wärmebedarfs des Fernwärmenetzes zu decken. Aus energiewirtschaftlicher Sicht bietet sich durch den Betrieb der Wärmepumpe des Weiteren die Möglichkeit, das Risiko der CO₂-Preisentwicklung zu verringern. Die Großwärmepumpe wurde in Betrieb genommen, lange bevor die Nutzung von Abwasser aus Kläranlagen als erneuerbare Wärme im Rahmen der Ausschreibung für innovative KWK-Anlagen anerkannt wurde (§ 2 Satz 9a KWKG).

Da das Klärwerk ein Mischwassersystem hat, stehen dauerhaft ausreichend große Wassermengen zur Verfügung. Die mittlere Temperatur des Reinwassers liegt bei rd. 13 °C. Unter Berücksichtigung dieser Rahmenbedingungen wurde eine Wärmepumpe mit einer Wärmeleistung von 2,4 MW der Firma GEA gewählt. Die Anlage, bei der Ammoniak als Kältemittel genutzt wird, ist zur Realisierung des hohen Temperaturhubs mit zwei Verdichtern ausgeführt. Der Betrieb findet gekoppelt statt mit einem am Standort der Wärmepumpe bereits vorhandenen Blockheizkraftwerk (BHKW), wodurch eine kostengünstige Stromversorgung durch Eigenstromnutzung gewährleistet werden kann. Durch schwankende Reinwassertemperaturen werden im Sommer mit 2,85 die höchsten COP und in den Wintermonaten die geringsten COP erreicht.

Eine besondere Herausforderung für einen wirtschaftlichen Betrieb von Großwärmepumpen stellt, bedingt durch die aktuell geltenden regulatorischen Rahmenbedingungen, die Stromversorgung dar. Wird der Strom zum Antrieb des Verdichters und weiterer Aggregate wie für einen normalen Letztverbraucher aus dem Netz bezogen, so fallen sämtliche Umlagen an. Ein wirtschaftlicher Betrieb ist trotz hoher Effizienz in solchen Fällen selten möglich. In Lemgo herrschten jedoch von Beginn an besonders gute Voraussetzungen, da am geplanten Standort der Wärmepumpe bereits ein BHKW betrieben wird. Durch die vorhandene Infrastruktur ist eine einfache Anbindung an das Wärmenetz möglich. Viel wichtiger ist aber die Möglichkeit, die Wärmepumpe direkt mit Strom aus dem BHKW zu versorgen, um die Zulagen beim Strompreis zu eliminieren.

Neben den durch die Eigenversorgung reduzierten Stromkosten ergeben sich durch den kombinierten Betrieb von Wärmepumpe und BHKW weitere Freiheitsgrade in puncto der realisierbaren Betriebspunkte. So kann bei geringem Börsenstrompreis und gleichzeitig hoher Wärmelast die Wärmenetzeinspeisung am Standort maximiert werden. Ebenso ist bei potenziell zukünftig geringen Börsenstrompreisen eine Wärmeerzeugung mit der Wärmepumpe auch ohne kombinierten Betrieb mit BHKW möglich. Die flexible Betriebsweise und die damit verbundene Reduktion von CO₂-Emissionen ist Gegenstand eines weiteren Forschungsprojekts.