Fraunhofer IEG integriert Wärmepumpe in Forschungsprojekt

Mit dem Forschungsprojekt AQVA-HEAT III soll am Beispiel einer regionalen Versorgungsinfrastruktur der Oberlausitz eine ganzjährige Wärmeversorgung aus Oberflächengewässern realisiert werden. Dazu hat das Projektteam ein integriertes System entwickelt, das Gewässer als Wärmequelle nutzt. Durch die Direktverdampfung in einem Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger (VFE) des je nach Jahreszeit bis zu 0 °C kalten Wassers kann die Anlage ganzjährig betrieben werden.

Eingesetzt wird hier auch das natürliche, ungiftige, nicht brennbare und preiswerte Kältemittel Wasser. Seine hohe Energiedichte erlaubt es, auch kleinere Gewässer zu erschließen als mit derzeit üblichen Wärmepumpenanlagen. Die resultierende Temperatur nach dem VFE liegt konstant bei mindestens 12 °C. Eine klassische zweistufige Wärmepumpe hebt das Temperaturniveau im Anschluss auf bis zu 90 °C, um die Wärme ins Fernwärmenetz der Stadtwerke Zittau einzuspeisen. Diese Form der Wärmequellenerschließung bietet Potenziale für Planbarkeit, Versorgungssicherheit und Netzintegration und lässt sich von rund 100 kW (thermisch) bis in Megawattbereiche skalieren. Die genutzte Flusswassermenge und die eingesetzte Strommenge bleiben vergleichsweise gering.

Wärmepumpe mit besonderen Herausforderungen

Die Wärmepumpe hat das Projektteam speziell für AQVA-HEAT II und III entwickelt. Zentrale Merkmale sind eine zweistufige Auslegung mit einem hohen Temperaturhub von 12 °C auf 90 °C sowie der Einsatz eines natürlichen Kältemittels (hier Ammoniak). Auch umfassende Brandschutz- und Sicherheitsanforderungen musste das Projektteam berücksichtigen, da die Wärmepumpe in einer Halle der Stadtwerke Zittau aufgestellt wird.

Zusammenarbeit von Wissenschaft, Kommunen, Versorgern und Industrie

Im Rahmen der Demonstration untersucht das Gesamtprojektteam auch die gewässerökologischen Folgen der Nutzung von Oberflächengewässern. Dazu überprüfen die Forschenden verschiedene Varianten der Wasserentnahme und -rückführung simulativ und experimentell. Übergeordnetes Ziel des Projekts ist die Etablierung eines robusten Forschungs- und Entwicklungskonzepts für Wasser als Kältemittel und die Stärkung der Zusammenarbeit von Wissenschaft, Kommunen, Versorgern und Industrie. Zudem sollen regionale Kompetenzen in der Oberlausitz verankert werden.

Projektbeteiligte und Laufzeit

Das Vorhaben wird als Verbundprojekt unter der Leitung der Hochschule Zittau/Görlitz (IPM) mit dem Fraunhofer IEG und dem ILK Dresden durchgeführt. Kommunale Partner sind die Stadtwerke Zittau GmbH, die Stadtwerke Weißwasser GmbH und der Landkreis Görlitz. Fördermittelgeber ist die SAB (Sächsische Aufbaubank) im Rahmen der Energie- und Klima-Förderrichtlinie des Landes Sachsen mit insgesamt 3,7 Mio. Euro. Das Projekt läuft seit März 2024 und soll bis Ende 2027 abgeschlossen sein.

"Die Kernleistung von AQVA-HEAT III liegt in der nahtlosen Verknüpfung aus Auslegung, automatisierter Steuerung und Feldmessung – so wird eine robuste, skalierbare Lösung für die Wärmeversorgung aus Wasser möglich", sagt Dr. Clemens Schneider, Projektleiter am Fraunhofer IEG. Er ergänzt: "Durch die enge Verzahnung aller Komponenten schaffen wir belastbare Grundlagen für eine breit nutzbare Nah- und Fernwärmeinfrastruktur – und liefern praxisnahe Erkenntnisse für Planer und Betreiber."