MIT HOCHEFFIZIENTEN WÄRMEPUMPEN DAS BESTE AUS DER GEOTHERMIE HERAUSHOLEN

Projektname: Stadt Šal’a

Land: Slowakei

Siedlung: 44,96 km²

Einwohnerzahl: 25.000

Einwohner Hochbau: 2018

Heizleistung: 10-12 MW

Wärmequelle: Wasser/Wasser

Anwendung: Abwasserwärmerückgewinnung

Šal’a ist eine Stadt mit fast 25.000 Einwohnern. Sie liegt in der Region Nitra in der Slowakei, etwas mehr als 60 km von der Hauptstadt Bratislava entfernt. Die friedliche und charmante Stadt ist von wunderschöner Natur umgeben und wird von einem Fluss durchquert. Šal’a ist auch für seine historische Architektur bekannt, die auf das Jahr 1002 zurückgeht, als die Stadt zum ersten Mal offiziell erwähnt und aufgezeichnet wurde.

Aktualisierung des Fernwärmesystems:

Wie viele andere Städte beschloss auch Šal’a, sein Fernwärmesystem zu modernisieren, das eine Nennleistung von 22,5 MW hat und an das 15 000 Menschen angeschlossen sind. Da der Fluss die Stadt in zwei Uferbereiche teilt, besteht das Fernwärmesystem aus zwei getrennten Kreisläufen: Kreislauf CK 31 und CK 34. Der Kreislauf CK 31 hat eine Gesamtwärmeleistung von 13,7 MW aus Erdgasöfen und der Kreislauf CK 34 hat eine Gesamtwärmeleistung von 9,75 MW. In Zukunft möchte die Stadt die beiden Kreisläufe miteinander verbinden und ein einziges System schaffen.

 Bei einem Fernwärmesystem wird die Wärme an einer zentralen Wärmequelle erzeugt und über eine Wärmeverteilung an mehrere Wärmeabnehmer geliefert. Das Fernwärmesystem in Šala versorgt vor allem den Wohn- und Kommunalbereich sowie die örtliche Industrie. 

Eine außergewöhnliche natürliche Gabe:

Eine Stadt reich an geothermischer Energie Das bisherige Heizsystem der Stadt, das auf Kohle basierte, war veraltet, und Gas war der logische Nachfolger. Dies brachte neue Probleme wie die Energieabhängigkeit mit sich, und die Treibhausgasemissionen waren für moderne Richtlinien immer noch zu hoch. Die ideale und logischste Lösung bot sich also an. Die Region Nitra, in der sich Šal’a befindet, ist reich an geothermischer Energie, die für die Fernwärme genutzt werden kann. Aus diesem Grund rüstete die Stadt später das gasbefeuerte System auf ein geothermisches System um.

Allerdings hat die Stadt ihr Energieproblem trotz der Umstellung auf einen umweltfreundlicheren Energiemix nicht vollständig gelöst. Was war das Problem? Nicht jede Erdwärmenutzung ist notwendigerweise energieoptimiert, und das war das größte Problem mit dem System in Šal’a. Zwar wurde das geothermische Wasser, das eine Oberflächentemperatur von 65 °C hat, mit Hilfe von Wärmetauschern bis zu einer Temperatur von 47 °C genutzt (bei voller Auslastung der Bohrung bedeutete dies eine Wärmeleistung von 1,5 MW), aber dann wurde das Abwasser zu heiß in den Fluss eingeleitet. Das 47 °C warme Wasser am Ausgang des Wärmetauschers stellte ein großes ungenutztes Potenzial für erneuerbare Energien dar, verursachte jedoch ökologische Schäden am Fluss und erhebliche finanzielle Verluste. Die Šal’a befand sich in einem Konflikt mit sich selbst: Die gut gemeinten Bemühungen, eine kohlenstofffreie Stadt zu werden, hatten neue, unvorhergesehene Umweltschäden verursacht, die unnötige Kosten verursachten. Wenn es doch nur einen Weg gäbe, die von uns gewonnene geothermische Energie besser zu nutzen … Aber es gibt sie!

Wohin geht das Abwasser beim Heizen mit einer Wärmepumpe? Der umweltfreundlichste Weg ist es, das Abwasser wieder in den Boden zu injizieren. Da dies in Šal’a aufgrund der undurchlässigen Kiesböden, in die das Wasser nur schwer eindringen kann, nicht möglich ist, wird das Abwasser in den Fluss geleitet. Dabei ist gesetzlich vorgeschrieben, wie kalt das Abwasser sein muss, bevor es in den Fluss eingeleitet wird, um das aquatische Ökosystem nicht zu gefährden (in Slowenien zwischen 25 °C und 30 °C). Je mehr das Wasser verbraucht (abgekühlt) wird, desto geringer ist die Konzession, die das Unternehmen zu zahlen hat!

Problem der unvollständig genutzten geothermischen Energie in der Stadt Šal’a gelöst? Bei dem Projekt handelte es sich um einen CK 31-Kreislauf mit vier gasbefeuerten Kesseln, der 2010 mit einem System zur Nutzung der Wärme aus geothermischem Wasser, das aus einem 1800 m tiefen geothermischen Bohrloch gewonnen wird, aufgerüstet wurde. Wir haben eine Nachrüstung bzw. Aufrüstung des Systems mit einer geeigneten Wärmepumpentechnologie konzipiert, die die geothermische Energie besser nutzt, umweltfreundlicher ist, die Kosten deutlich senkt und weniger Gas zur Wärmeerzeugung benötigt.

Nutzung von Abwasserwärme:

Die Modernisierung des Systems wurde in zwei Phasen durchgeführt. In der ersten Phase wurden eine Studie und ein Projekt zur Integration von Wärmepumpen in das System mit maximaler Effizienz durchgeführt. In der zweiten Phase wurden spezielle Wärmepumpen für die hocheffiziente Nutzung von Abwasser in der Geothermie entwickelt, die in der Lage sind, Wasser auf der Sekundärseite über 80 °C zu erwärmen. Diese Technologie wurde 2017 bei Kronoterm zusammen mit einem Partner-Kompressorhersteller entwickelt.  Wir haben die Wärmepumpe so in das System integriert, dass sie die Abwärme der Geothermie auf der Primärseite nutzt. Das gesamte System kann über eine zentrale Steuerung geregelt werden.  

Das Ergebnis ist fantastisch. Die von unserer Firma Kronoterm konzipierte Aufrüstung der geothermischen Heizungsanlage hat die Effizienz der Erdwärmenutzung deutlich erhöht. Das Wasser hat jetzt eine Temperatur von weniger als 25 °C, also fast 50 % weniger als vor der Modernisierung, bevor es in den Fluss eingeleitet wird. Dies bedeutet eine 50 %ige Steigerung des Wirkungsgrads bei gleicher Eintrittstemperatur in das System.Dadurch konnte das Heizsystem der Stadt eine außergewöhnliche Effizienz der Wärmepumpen erreichen. Infolgedessen wurden alle anderen Probleme, die mit dem anfänglichen Problem eines suboptimal genutzten Systems verbunden waren, wie Dominosteine umgestoßen: Die Kosten wurden gesenkt, und Šal’a hat seine Umweltanforderungen auf vorbildliche Weise erfüllt und damit ein Beispiel für andere fortschrittliche Städte gesetzt. 

Für die größten Skeptiker unter uns, haben wir die bemerkenswerten Ergebnisse mit einigen Zahlen veranschaulicht: Der Probebetrieb hat gezeigt, dass die Kosten der Wärmeerzeugung mit Wärmepumpen mehr als die Hälfte der Kosten der Wärmeerzeugung mit Gas betragen und die Treibhausgasemissionen viermal niedriger sind! Die Kronoterm-Studie, die vor der Umrüstung der Anlage durchgeführt wurde, hat sich also in der Praxis bestätigt.  

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