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Großwärmepumpe:

Alles im Fluss

Wärmepumpe in riesengroß: Wie man Flüsse anzapfen kann, um CO2-neutral Wärme zu produzieren. 

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© Daria Fürst / BDEW

Träge mäandert der Rhein in geschwungenen Kurven durch Mannheim – und markiert zugleich die Landesgrenze zwischen Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz. Doch hier fließt in naher Zukunft auch etwas zusammen, nämlich fossile und regenerative Energieerzeugung: Am südöstlichen Rand von Mannheim, zwischen den Ortsteilen Neckarau und Rheinau, steht das Großkraftwerk Mannheim (GKM). Das Steinkohlekraftwerk erzeugt derzeit Strom und Fernwärme – für Haushalte, Gewerbe und Industrie sowie die Bahn. 

Im April 2022 fand auf dem Gelände des GKM ein vielbeachteter Spatenstich statt, denn hier errichten das GKM und die Mannheimer MVV Energie AG zurzeit eine Großwärmepumpe, hergestellt von Siemens Energy. Die Wärmepumpe soll spätestens Herbst 2023 ans Netz gehen und im Vollbetrieb etwa 3.500 Haushalte mit Fernwärme versorgen. Und nicht nur das, sagt Felix Hack, der bei MVV Umwelt, Tochterunternehmen der MVV Energie AG, für strategisches Energiemanagement verantwortlich ist: „Wir wollen mit unserer Wärmepumpe jährlich 10.000 Tonnen CO2 einsparen.“ Und wie genau?

Wohltemperierte Energieerzeugung 

Die Großwärmepumpe der MVV hat die Energiequelle direkt vor der Tür. Anders als klassische Wärmepumpen, die ihre Wärme aus der Luft oder der Erde beziehen, zapft die Flusswärmepumpe den Rhein an. Ähnlich wie beim Kühlschrank, nur in umgekehrter Wirkweise, wird dem Wasser Wärme entzogen und auf ein Kühlmittel übertragen, das unter Druck in einem geschlossenen Kreislauf unterwegs ist. Auf diese Weise lässt sich gewissermaßen die Temperaturdifferenz „aufpumpen“ und zur Fernwärmeerzeugung nutzen. Das hat gleich mehrere Vorteile:

Zum einen liefert der Rhein das ganze Jahr über ausreichende Temperaturen, die Wärmepumpe kann grundsätzlich bereits ab drei Grad Celsius aufwärts Wärme erzeugen, ihre volle Leistung lässt sich ab einer Wassertemperatur von sieben bis acht Grad Celsius abrufen. Zum anderen lässt sich das Rheinwasser wegen der Strömung des Flusses einfach und direkt abzapfen. Und drittens kann die Gesamttemperatur des Rheins gerade im heißen Sommer durch den Einsatz der Wärmepumpe sogar leicht gesenkt werden – denn das von der Pumpe in den Rhein zurückgeleitete Wasser ist logischerweise kälter als das einströmende.

Natürlich gibt es auch technische und konzeptionelle Herausforderungen, sagt Georg Baumgärtner, Asset Manager für Kraftwerks- und Wärmewirtschaft bei der MVV Umwelt GmbH: „Sollte einmal die Temperatur des Rheins unter 3°C sinken, muss die Anlage außer Betrieb genommen werden und andere Fernwärmeerzeuger müssen einspringen“. Rein theoretisch wäre dies auch bei extremem Niedrigwasser der Fall, was jedoch am Standort Mannheim nahezu nie vorkomme. Außerdem müssen die Wärmetauscher so konstruiert sein, dass sie leicht zu reinigen sind – denn bekanntermaßen führt der Fluss nicht nur Wasser, sondern auch Ablagerungen und Verschmutzungen mit sich. 

Mehr Pumpen, mehr Power

Die Mannheimer Wärmepumpe ist eine von fünf projektierten Großwärmepumpen in Deutschland und Teil des „Reallabors Großwärmepumpen“, mit insgesamt 21 Millionen Euro  gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Weitere Großwärmepumpen werden in Stuttgart, Rosenheim und Berlin errichtet. Im Reallabor arbeiten neben der MVV Energie auch die EnBW, das Fernheizwerk Berlin-Neukölln, die Stadtwerke Rosenheim, die Vattenfall Wärme Berlin, das Fraunhofer ISE sowie das Institut IER der Universität Stuttgart zusammen – und tauschen Erfahrungen untereinander aus. Sollten die Projekte erfolgreich laufen, steht einer Skalierung nichts im Wege. Felix Hack von der MVV: „Man muss dazu nicht zwingend immer größere Wärmepumpen bauen. Die aktuell größten Wärmepumpenmodule haben eine Leistung von 20 MW. Das ist eine Leistung, die gut zu managen ist. Wird mehr Leistung benötigt, kann man einfach mehrere Module nebeneinander betreiben.“

Die Gretchenfrage: Rechnet sich das?

Natürlich gibt es nicht nur Sonnenseiten bei der Großwärmepumpe. Zum einen ist die Technologie und ihre Errichtung recht kostspielig – so hat die MVV beispielsweise für die Großwärmepumpe in Mannheim 15 Millionen Euro budgetiert. Zum anderen braucht eine Wärmepumpe auch Eigenenergie in Form von Strom. Richtig „grüne Wärme“ wird also nur dann erzeugt, wenn die Stromversorgung der Wärmepumpe durch regenerative Energie erfolgt. Und nicht zuletzt verhält sich der Nutzen der Wärmepumpe umgekehrt zur Außentemperatur: Je wärmer das Flusswasser, desto wärmer ist es eh schon – und desto weniger Wärme wird zum Heizen überhaupt benötigt.



Georg Baumgärtner von der MVV sagt hierzu: Selbst bei höheren Außentemperaturen haben wir durch unser weitverzweigtes Fernwärmenetz immer irgendwo Wärmebedarf und die Notwendigkeit, eine Grundlast zu liefern.“ Und was die Kosten und ihre Amortisation angeht, verfolgt die MVV eh einen anderen Ansatz, wie Felix Hack betont: „Wir betrachten das im Rahmen eines Portfolioansatzes. Unsere Großwärmepumpe ist nicht zuletzt ein wichtiger Puzzlestein für unser Ziel, bis 2030 die gesamte Fernwärmeerzeugung aus Erneuerbaren Energien zu bestreiten.“

Mit der Pilotanlage, so Felix Hack, solle vor allem gezeigt werden, dass die Technologie maßgeblich zur Transformation zu einem vollständig erneuerbaren und gleichzeitig wirtschaftlichen Fernwärmesystem beitragen kann. 

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