Eine Wärmepumpe, zwei Betriebsarten, hohe Effizienz

Im südlich von Gera gelegenen Weida verwaltet die Allgemeine Wohnungsbaugenossenschaft (AWG) Weida ein Quartier mit rund 1.100 Wohneinheiten. Es besteht größtenteils aus großen Wohnblöcken, die zwischen 1970 und 1990 zu DDR-Zeiten gebaut wurden. Auch die Heizungsanlagen waren mittlerweile in die Jahre gekommen. Ein BHKW (0,4 MWel) und ein Gas-Einzelkessel wurden nun im vergangenen Jahr ersetzt.

Es sollte jedoch wieder als Grundversorgung ein BHKW einbezogen werden. Als neue Energieversorgung entschied man sich daher für ein iKWK-Konzept. Im Herbst 2023 gingen die ersten Komponenten der iKWK-Anlage in Betrieb. Die Thüringer Wärme Service (TWS), eine Tochtergesellschaft der Teag Thüringer Energie AG, setzte das neue Anlagenkonzept via Contracting um. Das Besondere an dieser iKWK-Anlage: die Wärmepumpe mit einer Leistung von 1,1 MW nutzt für dieses Quartier zwei Quellen − sowohl die Luft als auch die Erdwärme. Im Sommer dient Luft als Wärmequelle, im Winter Erdwärme. Dafür wurden 48 Erdsonden in einer Tiefe von 180 Metern verlegt.

Mit Power-to-Heat und Puffer

Je nach Außentemperatur und Wärmequelle fährt die iKWK-Anlage in Weida und mit ihr die Wärmepumpe in zwei Betriebsarten. Wenn die Netztemperatur-Anforderungen oberhalb von 75 Grad Celsius liegen, speist die Wärmepumpe mit ihrem Volumenstrom über ein Mischventil dem heißeren Volumenstrom eines weiteren Erzeugers zu – zum Beispiel dem des BHKW.

Im Sommer, wenn die Netztemperatur-Anforderungenunterhalb der 75 Grad Celsius liegen, kann die Wärmepumpe das System über eine direkte Vorlaufeinspeisung alleine versorgen. Das Blockheizkraftwerk hat in diesem Konzept eine elektrische Leistung von 1,6 MW und eine thermische von 500 kW. Eine zusätzliche Power-to-Heat-Anlage wandelt bei Bedarf den aus regenerativen Quellen erzeugten Strom in Wärme um und dient dann somit ebenfalls zur Wärmeerzeugung. Eine Pufferung mit zwei je 85 Kubikmeter großen Speichern sowie zwei Gaskesseln mit 4 MW thermischer Leistung gehört ebenfalls zur Anlage.
 
Der Hintergrund für das Wärmepumpen-Konzept liegt in einer höheren Effizienz: „Luft allein führt langfristig zu keiner hohen Effizienz, und reine Geothermie ist an dem Standort nicht wirtschaftlich abbildbar. Erst die Kombination von beiden Wärmequellen macht das Konzept technisch und wirtschaftlich sinnvoll“, erklärt Tim Hirth, Projektleiter bei der TWS und bei diesem Projekt verantwortlich für die Hydraulik und Regelungstechnik.

Die Kombination weist noch einen weiteren Vorteil auf: „Im Sommer wird die Luft nicht nur als Wärmequelle für die Wärmepumpen verwendet, sondern dient ebenfalls der Regeneration des Erdsonden-Feldes. Dies erlaubt uns eine deutlich kleinere und wirtschaftlich sinnvolle Dimensionierung.“

Die Thüringer Wärme Service (TWS) entschied sich für eine Hochtemperatur-Wasser/Wasser-Wärmepumpe von Carrier. Sie eignet sich nach Auskunft des Herstellers zu vielfältigen Anwendungen mit einer großen Bandbreite an regenerativen Energiequellen – von Abwärme aus der Industrie oder aus Rechenzentren über Grauwasser und Grundwasser bis zu Sonderbohrungen. Sie kann für die Erzeugung von Warmwasser bis 85 Grad eingesetzt werden und steht mit Nenn-Heizleistungen von 200 bis 2.500 kW zur Verfügung. Projektleiter Hirth ergänzt: „Wir haben Zugriff auf ein virtuelles Kraftwerk, mit dem wir die Wärme- und Energieströme optimieren können.“

Ausgelegt ist die neue Anlage für einen Wärmeabsatz von rund 8,5 Millionen kWh und eine Strommenge von rund 6 Millionen kWh im Jahr. Seit Februar 2024 ist die Anlage komplett in Betrieb.