Auch kleinere Gewässer können als Wärmequelle dienen, wenn Angebot und Nachfrage gut zusammenpassen. Entscheidend sind kurze Distanzen zum Wärmenetz, eine hohe Wärmeliniendichte und starke Ankerkunden mit hohem Wärmebedarf. Lesen Sie, welche technischen und regulatorischen Aspekte bei Flusswärmeprojekten besonders zu beachten sind.
Die Temperaturspreizung sagt aus, wie stark die Flusswassertemperatur durch die Wärmeentnahme sinkt. "Grundsätzlich bedeutet eine geringere Spreizung, dass für die gleiche Wärmebereitstellung ein höherer Volumenstrom aus dem Fluss entnommen werden muss", erklärt Felix Rippinger von der Forschungsstelle für Energiewirtschaft. "Die maximal erlaubte Temperaturabsenkung ist also am wirtschaftlichsten." Es gilt dabei aber immer, zwei Arten der Abkühlung zu unterscheiden: zum einen die Temperaturabsenkung des Entnahmevolumenstroms, also des Flusswassers, das durch den Wärmetauscher fließt, zum anderen die Abkühlung des Flussabschnittes im Einzugsbereich der Wärmpumpe. Beim großen Flusswärmeprojekt in Mannheim zum Beispiel betrage die Abkühlung im Wärmeübertrager 2 bis 5 °C. Die Abkühlung des Rheins ist dagegen gering, maximal 0,01 °C.
Ankerkunden mit hohem Wärmebedarf
Das Beispiel Mühlbach in Rosenheim zeigt: Auch kleinere Flüsse und Bäche haben ausreichend Potenzial. Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit ist, wie Angebots- und Nachfrageseite zusammengebracht werden. Fluss und Wärmenetz dürfen nicht zu weit voneinander entfernt sein. Es sollten auch keine größeren Hindernisse – Zuggleise, Autobahnen oder Bebauung – dazwischen liegen. Die Wärmenachfrage muss zudem in ihrer Struktur wärmenetzgeeignet sein. Hier sei eine hohe Wärmeliniendichte entscheidend.
Der Wert gibt an, wie viel Wärme potenziell pro Leitungslänge des Wärmenetzes abgenommen und somit von den Betreibern verkauft werden kann. "Ankerkunden mit hohem Wärmebedarf und eine hohe Anschlussquote minimieren die finanziellen Risiken." Zudem sollte die Abnehmerstruktur gut gemischt sein – private Haushalte, Industrie, Gewerbe. So lässt sich die geringere Wärmenachfrage bei den Haushalten im Sommer ausgleichen.
Ein weiterer laut Rippinger wichtiger Punkt: Sofern neue Wärmenetze gebaut werden, ist es sinnvoll, diese direkt mit niedrigen Vorlauftemperaturen zu planen, da sich daraus Effizienzsteigerungen ergeben. Zum einen reduzieren geringe Vorlauftemperaturen die Verluste im Wärmenetz. Zum anderen sinkt dadurch der Temperaturhub der Wärmepumpe – ein entscheidender Faktor für die Effizienz und somit für die Betriebskosten der Wärmepumpe. Der Großteil der Betriebskosten einer Wärmepumpe, egal welche Wärmequelle sie nutzt, entfällt auf den Strombezug; und dieser ist umso geringer, je höher die Effizienz der Wärmepumpe ist.
Auf die JAZ kommt es an
Rippinger erklärt, welche Werte bei Effizienzberechnungen wichtig sind. Die Leistungszahl COP (Coefficient of Performance), die abhängig vom Temperaturhub zwischen Wärmequelle und Wärmesenke (Wärmenetz) ist, stellt nur eine Momentaufnahme dar, unter bestimmten Bedingungen gemessen. Aussagekräftiger bei einer Flusswärmepumpe, die ja eine, starken Temperaturschwankungen unterliegenden Wärmequelle nutzt, ist die Jahresarbeitszahl (JAZ), also die gemittelte Leistungszahl über ein Jahr. Hinzu kommt als Berechnungsgrundlage der Carnot-Gütegrad, der sich am maximal erreichbaren Wirkungsgrad orientiert. Er beträgt meist zwischen 0,5 und 0,6. Mit diesen Variablen rechnet Rippinger vor, was Niedrigtemperaturnetze an Betriebkosten sparen:
Nimmt man als gemittelte und nach dem Wärmebedarf gewichtete Temperatur der Wärmequelle 10 °C und als Gütegrad der Wärmepumpe 0,5 an, so ergibt sich bei einer Vorlauftemperatur von 95 °C eine JAZ von 2,17, bei 65 °C eine JAZ von 3,07 und bei 35 °C eine JAZ von 6,16. Für die Bereitstellung der gleichen Wärmemenge reduziert sich somit der Strombezug bei einer Reduktion der Vorlauftemperatur von 95 °C auf 65 °C um 29 Prozent und bei einer Reduktion von 95 °C auf 35 °C um 65 Prozent. Die Vorlauftemperatur hat somit sehr großen Einfluss auf die Betriebskosten einer Wärmepumpe.
Dimensionen entscheiden über Wirtschaftlichkeit
Da diese sehr teuer in der Anschaffung sind, kann es ratsam sein, die Wärmepumpe etwas kleiner zu dimensionieren und durch einen vergleichsweise billigen Elektrokessel zu ergänzen, so Rippinger. Das spart Kosten, zudem kann der Kessel Regelreserve bereitstellen. Sinnvoll ist die Anschaffung des Kessels als Ergänzung auch dann, wenn die Flusswasser-Wärmepumpe den Wärmebedarf nicht ganzjährig decken kann, etwa wegen zu kalter Flusswassertemperaturen. In diesem Fall empfiehlt Rippinger auch einen Wärmespeicher als zweites ergänzendes Element. In Deutschland am meisten verbreitet sind Behälterspeicher, die die Wärme über Zeiträume von ein bis zwei Tagen speichern. Für die längere saisonale Speicherung bieten sich Erdbeckenspeicher als etablierteste Technologie an.
Der rechtliche Rahmen
Gemäß Leitfaden des Bayerischen Landesamtes für Umwelt ist eine Nutzung von Flusswärme im Freistaat "in der Regel möglich und das Antragsverfahren auch einfach", sofern die Spreizung durch den Wärmeentzug "nach vollständiger Durchmischung" unter 3 °C beziehungsweise 1,5 °C in ökologisch besonders sensiblen Salmonidengewässern bleibt. Bei einer höheren Temperaturspreizung müssen die Auswirkungen auf das Gewässer geprüft werden, die "Prüftiefe" hängt vom Einzelfall ab. Zwei weitere Grenzwerte: Die maximal erlaubte Temperaturänderung – die Abkühlung im Wärmeübertrager, nicht die Abkühlung des Flusses – liegt bei 10 °C. Und die Gewässertemperatur muss "nach vollständiger Durchmischung am Ort der Einleitung" mindestens noch 3 °C betragen.
