Am Beispiel einer Großwärmepumpe, die als Wärmequelle das geklärte Reinwasser einer Kläranlage nutzt, konnte demonstriert werden, wie das vorhandene Potenzial zur Einsparung von CO₂-Emissionen in der kommunalen Energieversorgung bzw. in städtischen Quartieren ökologisch vorteilhaft und wirtschaftlich sinnvoll gehoben werden kann. Neben grundsätzlich evaluierten Betriebsmodi je nach vorherrschenden Rahmenbedingungen wurden bessere Betriebsbedingungen für Abwasser-Wärmepumpen identifiziert und vor Ort mit niedrigen CO₂-Vermeidungskosten umgesetzt. Durch die neuartige Steuerung kann die Wärmepumpe deutlich leistungsstärker und energieeffizienter betrieben werden.

Konkret konnte die Rücklauftemperatur der Fernwärme durch verschiedene Maßnahmen im Untersuchungsgebiet bis zu 10 Kelvin abgesenkt werden, sodass eine größere Auskopplung thermischer Energie aus dem Reinwasser der Kläranlage erreicht wurde. Dies zeigt sich insbesondere anhand einer gestiegenen Leistungszahl der Wärmepumpe von 2,6 auf ca. 2,8 sowie anhand einer insgesamt besseren Energieeffizienz im Energieverbundsystem. Während des etwa dreieinhalbjährigen Projekts konnte durch den (verbesserten) Anlagenbetrieb der Ausstoß von insgesamt etwa 4000 Tonnen CO₂ vermieden werden. Aufgrund von Umbauten im Klärbeckenbereich war die Wärmepumpenanlage im Jahr 2021 nur sehr eingeschränkt verfügbar. Bei Wiederinbetriebnahme im Jahr 2022 ist die Anlage jedoch ab sofort imstande, mit insgesamt knapp 7000 Betriebsstunden etwa 12 Prozent länger zu laufen als ursprünglich geplant und durch eine Wärmeeinspeisung in Höhe von ca. 17,5 Gigawattstunden etwa 3200 Tonnen CO₂-Ausstoß jährlich einzusparen.

InSekt gilt als Anstoß für das Folgeprojekt iKWK (innovative Kraft-Wärme-Kopplung), das sich aktuell in der Umsetzung befindet. Dabei werden die Stadtwerke Lemgo eine weitere Großwärmepumpe für die Fernwärme in Betrieb nehmen, die als Wärmequelle das Wasser des Flusses Bega nutzt. In diesem Kontext wird auch die drittgrößte Solarthermie-Anlage Deutschlands im Umfeld der Kläranlage und der Abwasser-Wärmepumpe errichtet. Die gewonnenen Betriebserkenntnisse aus dem Projekt InSekt haben die Entscheidung für dieses Vorhaben unterstützt.

Einen wichtigen Beitrag leisteten hierzu sektorengekoppelte Netzbetriebssimulationen auf Basis von Software-Agenten, mit deren Hilfe die Auswirkungen der neuen Anlagen auf die bestehenden Netze visualisiert und untersucht wurden. So konnten Engpässe für die Wärmeeinspeisung aus der Abwasser-Wärmepumpe und Solarthermie-Anlage in umliegenden Transportleitungen lokalisiert werden. Bereits durchgeführt haben die Stadtwerke Lemgo Baumaßnahmen zur Netzverstärkung. Ebenfalls begonnen hat der Aufbau der Solarkollektoren, um die Versorgung der Kund*innen mit grüner Energie langfristig sicherzustellen.

Im Rahmen des Klimaschutzwettbewerbs EnergieSektorenkopplung.NRW erhielt das Projektkonsortium eine Förderung aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und durch das Land Nordrhein-Westfalen.

Weiterführende Infos zum Projekt InSekt: https://www.energieforschung.nrw/erfolge-und-stories-aus-nrw/projekt-insekt

Blog zum iKWK-Projekt: https://www.gruene-fernwaerme.de/praxisbeispiele/lemgo/ikwk-blog

Kontakt:
Marcel Modemann
Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgungstechnik
Telefon 0202/439-1632
E-Mail marcel.modemann[at]uni-wuppertal.de