Großwärmepumpe

Stadtwerke Duisburg bauen größte iKWK-Anlage an einer Kläranlage

In einem der größten iKWK-Projekte wird ab Frühjar 2025 eine 9-MW-Großwärmepumpenanlage in Betrieb gehen, die ihre Wärme aus einer Kläranlage bezieht.

Auf der Freifläche oben links im Bild wird die Wärmepumpenanlage errichtet. Bild: Stadtwerke Duisburg
Auf der Freifläche oben links im Bild wird die Wärmepumpenanlage errichtet. Bild: Stadtwerke Duisburg

Im Zuge einer öffentlichen iKWK-Ausschreibung (innovative Kraft-Wärme-Kopplung) hatten die Stadtwerke Duisburg Förderzuschläge für eine 9 MW (elektr.) Stromerzeugungsanlage ersteigert. Damit ist sie die größte an eine Kläranlage gekoppelte iKWK-Anlage in ganz Deutschland. Sie entzieht dem Abwasser aus der Kläranlage der Wirtschaftsbetriebe Duisburg (WDB) regenerative Wärme und macht diese für das Fernwärmenetz nutzbar. Die gesamte Planung und Umsetzung vom Tief- und Hoch- bis hin zum Anlagenbau wird von Zeppelin Power Systems verantwortet.

Dekarbonisierung der Wärmenetze durch Einsatz von Wärmepumpen

Die Wärmeerzeugung aus der iKWK-Anlage entspricht dem Wärmebedarf von 4.000 angeschlossenen Haushalte im bestehenden Fernwärmenetz. Da es sich um eine innovative KWK-Anlage handelt, müssen mindestens 35 % der Referenzwärme, bezogen auf die Gesamtleistung der Anlage, aus regenerativen Quellen stammen. Diese Referenzwärme wird aus dem Abwasser der Kläranlage der Wirtschaftsbetriebe Duisburg gewonnen.

Der Wärmepumpe stehen pro Stunde bis zu 520 m3 geklärtes Abwasser als Wärmequelle zur Verfügung – abhängig von der Jahreszeit mit einer Temperatur zwischen 8 und 25 °C. Das Abwasser wird hierbei um bis zu 5 Kelvin abgekühlt. Je nach Betriebsfall entspricht dies ca. 3 MW thermischer Leistung, die regenerativ zur Verfügung stehen. Die Wärmepumpenanlage stellt dann dem Fernwärmenetz eine Heizleistung von ca. 4 MWth mit einer Vorlauftemperatur von >75°C bereit. Die elektrische Antriebsenergie (ca. 1MWel) der Wärmepumpen fließt dabei nahezu verlustfrei in die Gesamtheizleistung mit ein. Durch das Entziehen der Wärme aus dem gereinigten Wasser der Kläranlage fließt kühleres Wasser in den Rhein und wirkt dem zusätzlichen Aufwärmen des Flusses entgegen. Die Anlage ist somit ein Gewinn für die emissionsarme Wärmeerzeugung und leistet einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz und zur Dekarbonisierung der Wärmenetze.

„Wärmepumpenanlagen werden in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung von Nah- und Fernwärmenetzen spielen. Wir freuen uns sehr, gemeinsam mit den Stadtwerken Duisburg eine Referenzanlage dieser Größe realisieren zu dürfen. Der Bau von Wärmepumpenanlagen wird zukünftig eine immer größere Bedeutung in unserem Geschäftsbereich einnehmen“, sagt Daniel Schäfer, Vertriebsingenieur und Projektleiter bei Zeppelin Power Systems.

Wärmewende in Duisburg

Die Besonderheit einer innovativen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage besteht darin, dass sie im Vergleich zu einer herkömmlichen KWK-Anlage mit erneuerbarer Wärme, beispielsweise aus Solarthermie, oder mit einer Wärmepumpe kombiniert werden muss. Die Komponenten der iKWK-Anlage werden in Huckingen und bei der Zentrale der Stadtwerke Duisburg an der Bungertstraße entstehen. Insgesamt werden zwei Blockheizkraftwerkmodule mit jeweils 4,5 MW elektrischer und 4,5 MW thermischer Leistung errichtet.  Neben den zwei BHKWs (1) und der Wärmepumpenanlage (2), stellt der Elektrodenkessel die dritte (3) Komponente eines innovativen KWK- Systems zur Fernwärmeerzeugung dar. Mit dem Kessel soll zukünftig überschüssiger Strom in Wärme umgewandelt werden.

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