Industrielle Wärmepumpe nutzt Abwasser als Wärmequelle

Die größte Wärmepumpenanlage in Dänemark

Die Gemeinde Kalundborg an der Westküste Seelands in Dänemark musste ihre ölbetriebenen Spitzenlastanlagen ersetzen, die einen wesentlichen Bestandteil im Versorgungskonzept des regionalen Fernwärmenetzes darstellen. Um sowohl ökologisch als auch ökonomisch in die Zukunft zu gehen, wurden drei verschiedene Systeme beleuchtet: 1. Erneuerung der vorhandenen ölgefeuerten Anlage. 2. Umstellung auf Gas als Energieträger. 3. Investition in eine Wärmepumpe.  Zum Einsatz kam letztlich eine industrielle Wärmepumpe.

Temperatur des Abwassers entscheidend

Ausschlaggebend für die Entscheidung der Gemeinde für eine Wärmepumpenlösung war dabei die Tatsache, dass es in der Region von Kalundborg neben dem weitläufigen Fernwärmenetz gleichzeitig eine hohe Konzentration von Industriebetrieben gibt, die kontinuierlich Abwasser erzeugen. Der daraus resultierende Vorteil: Die Industrieabwässer haben Temperaturen zwischen 15 und 30 °C und sind damit wesentlich wärmer als normales Haushaltsabwasser. Sie bieten somit einen idealen Grundstock für den Betrieb einer Wärmepumpe. Darüber hinaus stellt diese Option im Vergleich zur Wärmeerzeugung mit Öl oder Gas eine deutlich umweltfreundlichere Lösung dar.

Die vorteilhafteste Lösung

Aufgrund der höheren Temperatur des industriellen Abwassers kann bei der Wärmepumpenlösung eine hohe Leistungszahl (COP) erzielt werden. Rechnerisch war mit der favorisierten Wärmepumpenlösung eine wirtschaftlich sinnvolle Wärmeerzeugung mit einem Energiesparpotenzial von 80.000 MWh bereits ab dem ersten Betriebsjahr möglich. Die überschüssige Energie kann zudem verkauft werden und bringt der Gemeinde zusätzliche Einnahmen.

Unter diesen Bedingungen war es eindeutig, dass Wärmepumpen für Kalundborg die vorteilhafteste Lösung darstellten. Daher wurde beschlossen, drei Wärmepumpeneinheiten mit einer Gesamtleistung von 10 MW von Johnson Controls zu kaufen. Wichtige Bauteile dieser Wärmepumpen kommen von Danfoss, darunter Regelventile, Handabsperrventile und „ICF“-Ventilstationen aus der „Flexline“-Serie sowie diverse kundenspezifische Industriearmaturen. Speziell für die Verwendung in Wärmepumpen hat Danfoss sein Programm an industriellen Ventilen für einen Betriebsdruck von 65 bar erweitert. Somit lassen sich auch sehr hohe Warmwassertemperaturen mit dem besonders effizienten Kältemittel Ammoniak realisieren.

Funktionsweise des Wärmepumpenprozesses

Das Verfahren in der Wärmepumpenanlage in Kalundborg beginnt mit gereinigtem Abwasser aus einer Kläranlage mit einer Temperatur von 15 bis 30 °C. Dieses wird in Wärmetauscher geleitet, welche die Wärme an den geschlossenen Heizwasserkreislauf übertragen. Die Wärmepumpe kühlt das Abwasser dabei auf 10 °C ab. Durch den geschlossenen Heizwasserkreis gelangt das so vorgewärmte Wasser zu den Ammoniak-Wärmepumpen, welche die Temperatur des Fernwärme-Vorlaufwassers in mehreren Schritten auf die erforderlichen 72–82 °C anheben.

Fakten und Zahlen der 10 MW-Wärmepumpenanlage

Die Anlage nutzt eine industrielle Abwassertemperatur von 25 bis 30 °C.

Drei Wärmepumpen liefern jeweils 3,3 bis 3,4 MW, zusammen 10 MW.

Alle drei Wärmepumpeneinheiten verfügen über vier Kompressoren mit je 250 bis 315 kW Leistung.

In den ersten zwei Jahren wird die 10 MW-Anlage eine Wärmemenge liefern, die dem Bedarf von 4400 Haushalten entspricht (18 MWh).

Die Wärmepumpen verwenden Ammoniak als Kältemittel. Die Anlage benötigt 140 kg Ammoniak pro Einheit – zusammen 420 kg.

Die Temperatur wird in zwei Schritten auf die gewünschte Temperatur von 75 bis 80 °C angehoben.

Bei dieser Lösung verwendete Danfoss-Produkte: „ICV Flexline“, „ICF Flexline“, „SVL Flexline“ und kundenspezifische Industrie-Armaturen.

Wärmepumpen: eine ausgezeichnete Heizlösung für die Zukunft

Wärmepumpen sind sehr effizient, vielseitig einsetzbar und können überschüssige Wärme, beispielsweise aus Abwasser, Prozesswasser oder Produktionsanlagen, nutzen und wie im Fall von Kalundborg in Fernwärmesysteme einspeisen. Aber auch in Verbindung mit grünen Energiequellen sind Wärmepumpen eine sinnvolle Zukunftslösung, die Gemeinden auf der ganzen Welt eine umweltfreundliche und wirtschaftliche Heizwärme liefert.

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