Wie riesige Pumpen Fernwärme für tausende Haushalte erzeugen

In Wien-Alsergrund wurde am 29. Jänner eine 120 Tonnen schwere Großwärmepumpe in Betrieb genommen. Fortan wird die Anlage Fernwärme für 16.000 Wiener Haushalte aus Abwärme gewinnen. Die Wärme entsteht bei der Müllverbrennung. 

Der Betreiber Wien Energie investierte 40 Millionen Euro in das Prestigeprojekt. Die Anlage soll einen Beitrag dazu leisten, die Bundeshauptstadt auf eine möglichst emissionsfreie Zukunft vorzubereiten.

“Die Spittelau ist mit ihrer bunten Hundertwasser-Fassade nicht nur schön anzusehen, sondern auch ein echtes Technik-Wunder. Seit heute ist sie um eine weitere Facette reicher: Die Hitze der Müllverbrennung wird jetzt 3-fach genutzt“, sagt Stadträtin Ulli Sima, zuständig für Stadtentwicklung, Mobilität und Wiener Stadtwerke bei der feierlichen Eröffnung.

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Großwärmepumpen mit je 8 MW

Die neue Anlage besteht aus 2 Großwärmepumpen, die je 8 Megawatt Leistung haben, insgesamt 16 MW. Als Großwärmepumpen bezeichnet man Industrieanlagen zur Fernwärme- oder Kälteproduktion, die mehr als 50 kW Leistung haben. 

Wie bei der Wiener Müllverbrennungsanlage werden sie normalerweise bei großen Industrieanlagen eingesetzt, etwa bei kommunalen Kraftwerken. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmepumpen sind Großwärmepumpen noch seltener. Ihre Voraussetzung ist, dass es eine große Wärmequelle gibt  –  wie etwa bei der Wiener Müllverbrennungsanlage. Wie die Anlagen Wärme gewinnen, unterscheidet sich. 

Wärme aus Rauchgas

Die neue Großwärmepumpe ist ein System, das Abwärme aus der Müllverbrennung nutzt: Wärme, die durch die Verbrennung von Abfall entsteht. Diese Rauchgase kommen an Rohrleitungen vorbei, in denen Wasser fließt. Durch die Erwärmung entsteht daraus Dampf. Aus diesem wird mit einem Generator zunächst Strom erzeugt. Das Rauchgas fließt dann weiter in einen Wärmetauscher. Dieser speist Wärme aus dem Rauchgas dann direkt in die Fernwärme ein. 

Im Anschluss kommt es zu einem mehrstufigen Reinigungsprozess, bei dem das Rauchgas aus der Müllverbrennung gereinigt wird. Das zur Wäsche eingesetzte Wasser nimmt verbleibende Wärmeenergie auf und erhitzt sich. Das Wasser fließt dann durch die neue mit Ökostrom betriebene Großwärmepumpe. Damit konnte Wien Energie die Effizienz massiv steigern: Die Wärme wird also 3-fach genutzt: Zur Stromerzeugung und dann noch 2-mal für die Fernwärmegewinnung.  

Diese Methode der Wärmegewinnung aus Rauchgasen mit Großwärmepumpen wird in Europa noch selten genutzt. Neben Wien gibt es aber auch weitere Großwärmepumpen dieser Art etwa in Basel, Kopenhagen und Hamburg.

Grundsätzlich basieren solche Pumpensysteme auf der Nutzung von Abwärme. Seit 2019 beliefert etwa eine solche Großwärmepumpe beim Kraftwerk Simmering 25.000 Haushalte mit Fernwärme.

Wärme aus See- und Meerwasser

Abwärme-Systeme sind nicht die einzige Art, wie sich mit Großwärmepumpen Energie gewinnen lässt. Vom Energieertrag her ergiebig sind etwa Systeme, die große Mengen an Fluss- oder Meerwasser als Basis nutzen. In der dänischen Küstenstadt Esbjerg versorgt eine Großwärmepumpe etwa 100.000 Einwohner pro Jahr mit Fernwärme. Es hat 70 MW Leistung im Jahr und nutzt Meerwasser zur Wärmegewinnung.

Über 2 Einlässe kommt das Meerwasser dort in die Anlage. Das Wasser ist zwar relativ kühl, es reicht jedoch zur Wärmegewinnung. Dieses Wasser fließt durch einen Wärmetauscher, an den es etwas Wärme abgibt. Danach gelangt es wieder zurück ins Meer. 

Auf der anderen Seite des Wärmetauschers ist CO2, das selbst bei niedrigen Temperaturen verdampft und dann als Gas durch Rohre strömt. Dort kommt es schließlich in einen Kompressor, der es zusammenpresst. Dadurch wird das Gas um einiges heißer. Anschließend gelangt es in einen Kondensator und gibt Wärme ins Fernwärmenetz ab. 

Eine ähnliche Seewasser-Wärmepumpe gibt es auch an einigen anderen Orten mit Wasserzugang, etwa in der Schweizer Stadt Genf. Dort nutzt man eine Großwärmepumpe zum Heizen und Kühlen von Gebäuden, die seit 2021 33 GWh Energie in Form von Wärme und Kälte liefert. Eines der ehrgeizigsten Projekte dieser Art entsteht derzeit aber in Köln, wo eine 150-MW-Großwärmepumpe mit Wärme aus dem Rhein-Flusswasser ab 2027 50.000 Haushalte versorgen will. 

Wärme aus dem Kanal

Es gibt aber auch Großwärmepumpen, die Abwasser zur Wärmegewinnung nutzen. Diese Systeme unterscheiden sich von Fluss- oder Meerwassersystemen. Solche Systeme nutzen gereinigtes Wasser von Kläranlagen, das wärmer ist als Fluss- oder Meerwasser. Abwasser hat in der Regel eine konstante Temperatur zwischen 10 und 20 Grad Celsius. 

Dieses Wasser fließt in einen Wärmetauscher, der die Temperatur  –  wie bei der Rauchgasanlage  – an sauberes Wasser oder Sole überträgt, das durch Rohre fließt. Das heißt, hier gibt es im Unterschied zu den Fluss- und Seewassersystemen einen separaten Wasserkreislauf. Ansonsten funktioniert das System wieder ähnlich: Das erwärmte Wasser fließt dann in die eigentliche Wärmepumpe, wo sich ein gasförmiges Kältemittel befindet, das von einem Kompressor verdichtet wird. Die Hitze wird dann ins Fernwärmenetz eingespeist.

Ein solches Pumpensystem gibt es in Wien bereits bei der Kläranlage Simmering: 56.000 Haushalte bekommen Fernwärme von der 56-MW-Anlage, die aus 3 einzelnen Großwärmepumpen besteht. Damit ist sie aber noch nicht fertig: im Vollausbau soll sie 110 MW Leistung haben. 

In der deutschen Stadt Hamburg soll noch heuer eine Großwärmepumpe in Betrieb gehen, die 39.000 Haushalte mit einer 60-MW-Anlage mit Fernwärme versorgen soll. Das System besteht aus 4 einzelnen Pumpen. 

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Auch wenn sich Großwärmepumpen im Detail voneinander unterscheiden können, funktionieren sie nach demselben Prinzip der Wärmeübertragung von einem Stoff zum anderen. Was zusätzlich gemacht wird, ist unterschiedlich. Fest steht, dass es eine sehr wirkungsvolle und klimaschonende Wärmegewinnung darstellt. 

Wichtigste Wiener Wärme

Für die Stadt Wien stellt die Nutzung solcher Großwärmepumpen einen Schlüssel für die Zukunft dar. Bis 2040 sollen solche Systeme neben der direkten Müllverbrennung, der Tiefengeothermie und grünen Kraftwerken der wichtigste Baustein für die städtische Wärmeerzeugung sein. Großwärmepumpen sollen mit 31 Prozent den größten Anteil an der städtischen Wärmeerzeugung haben, gefolgt von der Tiefengeothermie (22 Prozent). Danach kommen erneuerbare Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen und Heizkessel (22 Prozent) und direkte Wärme aus der Müllverbrennung (21 Prozent). 

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„Wien soll bis 2040 klimaneutral sein. Dafür drehen wir an den großen Schrauben“, sagt Joe Taucher, Vorsitzender des Unterausschusses Wiener Stadtwerke und SPÖ-Energiesprecher. „Der Ausstieg aus Öl und Gas sowie der Ausbau erneuerbarer Energien sind wichtige Hebel, um sowohl unsere Klimaziele zu erreichen als auch eine unabhängige, leistbare Energieversorgung für die Wiener*innen sicherzustellen. Wien ist First Mover  – bei der Dekarbonisierung, der Nutzung von Schlüsseltechnologien und in Sachen Lebensqualität.“

Dieser Artikel entstand im Rahmen einer Kooperation zwischen Wien Energie und der futurezone.