Mit iKWK und Carrier Wärmepumpen reduziert Thüringer Wärme Service (TWS) in Gera den CO2-Ausstoß bei der Gebäudeheizung
Um die Wärmeversorgung eines Stadtteils in Gera auf erneuerbare Energien umzustellen und den CO2-Ausstoß bei der Gebäudeheizung zu senken, setzt die Thüringer Wärme Service GmbH zusammen mit der Carrier Klimatechnik GmbH erneut ein Projekt um.
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Die Einbindung der Wärmepumpen und ihre Regelung wurden von den Spezialisten der Carrier Klimatechnik geplant, die auch die Geräte liefert. Die Carrier Klimatechnik GmbH ist Teil der Carrier Global Corporation (NYSE:CARR), weltweit führender Anbieter von intelligenten Klima- und Energielösungen.
Herzstück des Konzepts ist die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) in Form eines Blockheizkraftwerks. Um daraus eine förderungsfähige innovative Kraft-Wärme-Kopplung (iKWK) zu machen, ist die erzeugte Nutzwärme zu 35% aus erneuerbaren Energiequellen (EE) zu gewinnen. Im Fall des Geraer Wohnviertels entschied man sich nach Prüfung der Möglichkeiten für Luft als regenerative Energiequelle, die von einer Carrier Luft-Wasser-Wärmepumpe genutzt wird.
Die Wärmeversorgung des Quartiers verlangt eine Vorlauftemperatur von 85 °C. Damit diese Temperatur erreicht werden kann, sind der Luft-Wasser-Wärmepumpe in Kaskade zwei Wasser-Wasser-Hochtemperaturwärmepumpen nachgeschaltet. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe 30RQP1040 in Außenaufstellung arbeitet bis zu einer Außenlufttemperatur von -15 °C. Sie liefert 25 - 35 °C warmes Wasser in einen Mitteltemperatur-Puffer. Von dort aus wird es in einer effizienzsteigernden Serienschaltung über Hochtemperatur-Wärmepumpen vom Typ AquaForce 61XWHZE auf die gewünschte Vorlauftemperatur von 85 °C gebracht.
„Um den lokalen Anforderungen gerecht zu werden sowie im Hinblick auf einen energieeffizienten Betrieb auch in Teillast, haben wir ein Konzept in Stufenschaltung entwickelt“, erklärt Christian Henkel, Key Account Manager Wärmepumpen von Carrier Klimatechnik. „Ergänzt wird die zweistufige Anlage durch eine anspruchsvolle Regelung von Carrier, die in die Gesamtregelung der TWS eingebunden ist.“ Grundlage des Konzepts bildeten Simulationen zur Evaluation unterschiedlicher Lösungen.
Die AquaForce Wärmepumpen arbeiten mit dem Kältemittel R1234ze, das ein GWP von unter 1 aufweist und damit ebenfalls dazu beiträgt, den Treibhauseffekt einzudämmen. Als weitere Herausforderung erwies sich der Schallschutz. Da die Anlage in einem Mischgebiet steht, muss sie in der Nacht die Grenze von maximal 45 dB(A) in 30 m Entfernung einhalten. Die Carrier Geräte wurden dementsprechend mit einem Schallschutzgehäuse versehen.
Die iKWK-Anlage soll nach Spotmarkt, also mit Rücksicht auf die Entwicklung des Strompreises gefahren werden. Ein zusätzlicher Elektrokessel sowie zwei Gaskessel übernehmen deshalb bei Bedarf die Spitzenlast. „Durch das Zusammenspiel von vier Wärmeerzeugern – BHKW, Wärmepumpenanlage, Gaskesselanlage und Power-to-Heat-Anlage – kann der KWK-Strom bei niedrigem Stromangebot in das Netz eingespeist oder bei einem Überangebot aus dem Netz für die Wärmegewinnung gezogen werden, um Netzschwankungen auszugleichen“, so der Projektleiter Robert Urban bei der TWS.
„Die im Projekt gewählte Konstellation hat den Vorteil, dass wir die Anlage ganzjährig und witterungsunabhängig fahren können.“ Dabei ist die Gesamtanlage auf eine produzierte Strommenge von 5,6 GWh/a bei einer bezogenen Strommenge von 1,5 GWh/a sowie eine Wärmemenge von 8,7 GWh/a ausgelegt. Zu Jahresbeginn 2025 soll die Anlage in Betrieb gehen und die bisherigen dezentralen Gasheizkessel im Wohnviertel ablösen.
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