Die „explodierende“ Nachfrage nach riesigen Wärmepumpen

In einem olympischen Schwimmbecken befinden sich 2,5 Millionen Liter Wasser.

Wenn Sie es aus irgendeinem Grund von angenehmen 20 °C auf den Siedepunkt bringen möchten, hat das deutsche Unternehmen MAN Energy Solutions (MAN ES) eine Wärmepumpe, die das schafft. Und es würde weniger Zeit in Anspruch nehmen als Kenneth Branaghs Verfilmung von Hamlet.

„Das schaffen wir in weniger als vier Stunden“, erklärt Raymond Decorvet, der bei MAN ES im Business Development arbeitet. „Oder wir könnten das Ganze in etwa 11 Stunden einfrieren.“

Ihre Wärmepumpenanlage gehört zu den größten der Welt. Wärmepumpen komprimieren sanft erwärmte Kältemittel, um die Temperatur dieser Flüssigkeiten zu erhöhen. Diese Wärme kann dann an Haushalte oder Industriemaschinen abgegeben werden.

Wärmepumpen benötigen zum Betrieb Strom, können aber für jede Kilowattstunde Strom, die sie verbrauchen, etwa drei bis vier Kilowattstunden Wärme erzeugen.

Wärmepumpen erfreuen sich bei manchen Hausbesitzern immer größerer Beliebtheit, doch Haushaltsgeräte sind relativ klein und haben meist eine Leistung von mehreren Kilowatt. Die größte Gewerbewärmepumpe von MAN ES ist tausendmal leistungsstärker – mit einer Gesamtheizleistung von 48 Megawatt (MW).

Es kann Temperaturen von bis zu 150 °C erzeugen und Tausende von Häusern heizen, nicht nur eines. Das Unternehmen hat kürzlich zwei dieser Maschinen in der Hafenstadt Esbjerg in Dänemark installiert.

Bei dieser Installation absorbiert das CO2-Kältemittel der Wärmepumpen eine kleine Menge Wärme aus dem Meerwasser. Kompressoren erhöhen die Temperatur des CO2 und das System kann diese Wärme dann übertragen und so Wasser mit einer Temperatur von bis zu 90 °C an ein Fernwärmesystem liefern, das 27.000 Haushalte versorgt.

„Die Nachfrage nach Fernwärme explodiert“, sagt Herr Decorvet. Die dringende Abkehr von fossilen Brennstoffen führt – insbesondere in Europa – zu einem Ansturm auf größere und leistungsfähigere Wärmepumpensysteme, die ganze Städte mit Strom versorgen können. Aber wer hat die größten Megawatt?

Es mag wie eine relativ einfache Frage erscheinen, aber es ist eigentlich ziemlich schwierig, sie definitiv zu beantworten. Nicht zuletzt, weil Wärmepumpen nicht immer mit maximaler Leistung arbeiten. In Esbjerg werden die Wärmepumpen von MAN ES beispielsweise mit etwa der Hälfte ihrer möglichen Leistung laufen.

Und der Versuch, die größten Wärmepumpensysteme der Welt zu vergleichen, ist schwierig, da sie oft aus mehreren kleineren, miteinander verketteten Wärmepumpen bestehen. Nehmen Sie das Fernwärmesystem in Stockholm, Schweden, das oft als die größte Wärmepumpenanlage der Welt bezeichnet wird.

Das stimmt wahrscheinlich, es hat eine maximale Leistung von 215 MW – aber diese Summe ist die Summe von sieben Wärmepumpen, zwei 40 MW- und fünf 27 MW-Geräten, erklärt ein Sprecher des Energieversorgers Stockholm Exergi.

Anderswo in Schweden verfügt Göteborg über ein 160-MW-Wärmepumpensystem, das aus vier Einheiten besteht. Zwei davon sind tatsächlich größer als die in Stockholm und haben eine Kapazität von jeweils 50 MW.

Sie sind seit 1986 in Betrieb und gelten wohl als die leistungsstärksten Einzelwärmepumpen, die derzeit im Einsatz sind. Allerdings stehen sie in deutlicher Konkurrenz zu neueren Geräten wie denen von MAN ES.

Letztes Jahr gaben das deutsche Chemieunternehmen BASF und MAN ES ihre Absicht bekannt, eine 120-MW-Wärmepumpe zu bauen, die Berichten zufolge die größte der Welt sein würde.

Es hätte Wärme für die industrielle Nutzung an einem Standort in Ludwigshafen bereitgestellt. Es sollte jedoch nicht sein. „BASF hat beschlossen, das Projekt nicht fortzusetzen“, sagte ein Sprecher der BBC. Das Unternehmen erkundet stattdessen andere potenzielle Wärmequellen, von denen es hofft, dass sie wirtschaftlich attraktiver sind.

Größe ist nicht unbedingt alles, bemerkt Dave Pearson, Group Sustainable Development Director bei Star Refrigeration. Effizienz ist wichtig und er argumentiert, dass Ammoniak – das Kältemittel seiner Firma – dazu beiträgt, Wärmepumpen besonders effizient zu machen.

Veronika Wilk vom Austrian Institute of Technology und Kollegen haben den Einsatz von Wärmepumpen für industrielle Anwendungen untersucht, beispielsweise zur Wärmebereitstellung in Pharma-, Lebensmittel- oder Papierfabriken.

Solange sie keine sehr hohen Temperaturen über 200 °C benötigen, greifen Unternehmen zunehmend auf Wärmepumpen zurück, argumentiert Dr. Wilk, weil sie dadurch auf Erdgas verzichten können, das nach der russischen Invasion in der Ukraine extrem teuer geworden ist.

Aber industrielle Wärmepumpen haben in der Regel nur eine Leistung von mehreren MW oder so. Es ist wahrscheinlicher, dass man in einem Fernwärmesystem wirklich riesige Wärmepumpen wie die oben genannten entdeckt, sagt Dr. Wilk.

„Das Schöne an der Fernwärme ist, dass man viele Haushalte auf einmal dekarbonisieren kann“, fügt sie hinzu.

Es gibt viele weitere Beispiele für die Entstehung wärmepumpenbetriebener Fernwärmesysteme. In Wien soll im Herbst eine 55-MW-Anlage mit drei Wärmepumpen in Betrieb gehen.

„Die Maschinen gewinnen etwa 6 °C warme Wärme aus aufbereitetem Abwasser“, erklärt Linda Kirchberger, Bereichsleiterin Anlagendekarbonisierung und neue Technologien bei Wien Energie.

Das aufbereitete Wasser wurde früher direkt in einen Fluss geleitet. „Jetzt macht es einen Umweg und wir führen es durch das Wärmepumpensystem“, sagt sie.

Das System wird die Temperaturen von 6 °C auf 90 °C erhöhen und die Wärme wird weiterhin 56.000 Haushalte versorgen. Im Jahr 2027 plant Wien Energie, die Leistung der Anlage durch drei weitere Wärmepumpen auf insgesamt 110 MW zu verdoppeln.

Diese einzelnen Einheiten sind zwar immer noch beeindruckend und wiegen jeweils mehr als 200 Tonnen, haben aber eine Kapazität von weniger als 20 MW. Der Hersteller Johnson Controls bestätigte gegenüber der BBC, dass seine größten Wärmepumpen eine maximale Leistung von 28 MW haben.

Mehr Geschäftstechnologie:

Eine ähnliche Anlage, die ebenfalls Wärme aus Abwasser nutzt, ist Berichten zufolge in Hamburg geplant. Es wird eine Kapazität von 60 MW haben, allerdings wird auch dies auf mehreren miteinander verbundenen Wärmepumpen basieren, sagt eine Sprecherin von Hamburg Wasser, dem an dem Projekt beteiligten Wasserunternehmen.

Aber behalten Sie die Zukunft im Auge. In der finnischen Hauptstadt Helsinki ist der Bau einer gigantischen Wärmepumpenanlage mit einer Gesamtleistung von 500 MW geplant.

Dies wird wahrscheinlich aus mehreren Einheiten bestehen, wie in Stockholm, Göteborg und Esbjerg, aber Helen, das Energieunternehmen hinter dem Projekt, hat noch nicht verraten, wie alles zusammenpassen wird.

MAN ES ist ein Unternehmen, das sich um den Auftrag beworben hat. Ein Sprecher lehnte es ab, genau zu erklären, welche Konfiguration von Wärmepumpen es dem Unternehmen ermöglichen würde, 500 MW Wärme bereitzustellen. Herr Decorvet sagt einfach: „Ich hoffe, wir werden gewinnen.“