Der östliche Teil der Hafencity in Hamburg wird schon seit Ende 2018 fast vollständig mit industrieller Abwärme versorgt. Die Enercity-Tochter Enercity Contracting und der Metallkonzern Aurubis hatten sich in dem Projekt zusammengetan und gemeinsam 55 Millionen Euro investiert. Die Abwärme entsteht bei einem Nebenprozess der Kupfererzeugung im Aurubis-Werk, das sich südlich der Hafencity befindet.
Wasser wird damit auf 90 Grad Celsius erhitzt und über eine 3,7 Kilometer lange Trasse in Richtung Hafencity Ost transportiert. Eine vorgeschaltete Energiezentrale des Energiedienstleisters vergleichmäßigt die stark schwankende Industriewärme. Die Wärmeauskopplung betrug zunächst einmal bis zu 160 Gigawattstunden pro Jahr bei 18 Megawatt Leistung, ausreichend für etwa 8000 Vier-Personen-Haushalte. Jedoch sind die Wärmeleitungen über die Elbe zur Hafencity auf eine Kapazität von über 60 Megawatt ausgelegt – für eine noch deutlich größere Abwärmenutzung.
Hausanschluss für beides
Die Verteilinfrastruktur steht also, somit musste Enercity bei seinem neuesten Projekt keine neuen Leitungen legen. Im Kern geht es hier um die erweiterte Nutzung der Industrieabwärme: Sie dient nicht mehr nur allein zum Heizen, sondern auch zum Kühlen. Das Gebäude, in dem das stattfindet, ist der "PREVIER"-Neubau in der Hafencity Ost, den zwei Hamburger Berufsgenossenschaften errichten. Dort gibt es einen Hausanschluss für beides, für Beheizung und Kühlung.
Jedoch befindet sich vor der eigentlichen Fernwärmeüberträgerstation im Gebäude eine Abzweigung, die einen Teil des 90 Grad Celsius heißen Wassers aus dem Fernwärmenetz direkt zu einer Absorptionskältemaschine führt. "Solch ein Absorber braucht die hohen Temperaturen für die effiziente Umwandlung der Wärme in Kälte", erklärt Sascha Brandt, Leiter Vertrieb Nord bei Enercity Contracting.
Der Absorber ist auf die Grundlast ausgelegt; er erzeugt also die Grundkälte zur Kühlung des Gebäudes. Was jedoch für die Bedarfsspitzen bei Sommerhitze nicht ausreicht – dann springt eine zweite, ebenfalls im Gebäude installierte Maschine an: eine klassische elektrisch betriebene Kompressionskälteanlage. Beide, Absorber und Kompressor, teilen sich die Arbeit.
80 Prozent des Kältebedarfs deckt der Absorber zusammen mit einer freien Kühlung über die Umgebungsluft ab. Die freie Kühlung ist vor allem in den Übergangszeiten im Frühjahr und Herbst nutzbar. Die restlichen 20 Prozent übernimmt die Kompressionsanlage. "Wäre der Absorber so gebaut worden, dass er den gesamten Kältebedarf deckt, wäre er sehr groß geworden. Solche Maschinen nehmen viel Platz weg."
Abwärme im Überfluss
Die Kombination Absorber-Umgebungsluft-Kompressor führt zu ordentlichen Stromeinsparungen, sagt Brandt. Der Verbrauch ist um mehr als 50 Prozent niedriger, als wenn ausschließlich ein Kompressor genutzt würde, der zur Kälteerzeugung Strom verbraucht. Was daran liegt, dass der Absorber bei den speziellen Rahmenbedingungen dieses Projektes seine Stärken ausspielen kann.
"Im Sommer steht die industrielle Abwärme aus dem Aurubis-Werk im Überfluss zur Verfügung. Dadurch haben wir keinen Primärenergieaufwand für die Kühlung mittels Absorber; die Energie ist ohnehin da." Dass die Stromersparnis "nur" 50 Prozent beträgt, hat damit zu tun, dass im Gebäude weitere, von der eigentlichen Kälteerzeugung unabhängige Stromverbraucher laufen, etwa Ventilatoren und Pumpen.
Die Technologie ist robust, die technischen Risiken überschaubar, stellt Brandt fest. Er sieht in solchen Wärme-Kälte-Projekten einen Wachstumsmarkt, da im Zuge der Klimaerwärmung immer mehr Gebäude aktiv gekühlt werden, Pflegeheime zum Beispiel schon allein aus Gesundheitsgründen. Der Energiebedarf für die Kühlung nehme also immer weiter zu.
Wie Versorger darauf reagieren sollten?
Unter bestimmten Bedingungen ist es wirtschaftlich und finanziell sinnvoll, erneuerbare Wärme und erneuerbare Kälte zusammenzubringen, rät Brandt. Und zwar konkret bei Fernwärmeversorgungsgebieten, die mithilfe von industrieller Abwärme schon dekarbonisiert worden sind. Da ergibt sich folgende Situation: Die Abwärme ist im Winter zwar gut zu gebrauchen, im Sommer aber nicht so sehr, weil dann nicht geheizt wird.
"Deshalb sollten Versorger Wärmekunden, die schon ans Netz angeschlossen sind, auch als Kältekunden zu gewinnen versuchen. So erschließen sie eine zusätzliche Nutzungsmöglichkeit für die Abwärme – und damit auch eine zusätzliche Erlösquelle." Brandt sieht erneuerbare Kälte durchaus als neues Geschäftsmodell für Energieversorger. Sie könnten dafür die bereits bestehende Infrastruktur für Fernwärmeversorgung nutzen. Das mache Abwärmeprojekte noch wirtschaftlicher, da das Abwärmepotenzial noch besser ausgeschöpft werde.
Prädestiniert für den Neubau
Wobei die Kombination Wärme-Kälte auch Grenzen hat. Zum einen ist die Technik sehr teuer, zum anderen eignet sie sich nicht für kleinere Liegenschaften. Es braucht für die Wirtschaftlichkeit große Gebäude mit hohen Kältelasten. Oder gleich einen Gebäudeverbund, der mit Kälte beliefert wird. Zudem ist das Konzept für Bestandsbauten nur begrenzt geeignet. So benötigt ein Absorber mit dem dazugehörigen Rückkühlwerk auf dem Dach allein schon viel Platz.
Kommt dann noch eine Kompressionskälteanlage für die Bedarfsspitzen dazu, wird es im Bestand schnell zu eng. "Hinzu kommt, dass die Möglichkeiten zur ganzheitlichen Optimierung der Kälteversorgung und des Einsatzes eines Absorbers in Bestandsbauten aufgrund bereits vorgegebener Betriebsparameter, wie den Kaltwassertemperaturen, teilweise beschränkt sind", erläutert Brandt. Für ihn ist der Neubau prädestiniert für die Kombination erneuerbare Wärme und Kälte.
