Wärmepumpen – die Temperatur der KWK-Abwärme anheben

Eine Wärmepumpe erzeugt Wärme nicht aus dem Nichts. Sie nimmt vorhandene Wärme aus Kühlwasser, Rückläufen oder anderen Niedertemperaturquellen auf und hebt ihre Temperatur mithilfe eines Verdichters an. Besonders interessant ist das, wenn ausreichend Wärme vorhanden ist, diese aber nicht die benötigte Temperatur erreicht.

Ein typischer Fall in einer Biogasanlage

Eine KWK-Anlage hat einen Warmwasserstrom, der nach Deckung des eigenen Heizbedarfs nicht weiter genutzt wird. Ein nahe gelegener Industriebetrieb benötigt höhere Temperaturen zum Waschen, Trocknen, Verdampfen oder zur Dampferzeugung. Statt die KWK-Wärme abzuführen, wird sie zur Wärmequelle der Wärmepumpe. Der elektrisch angetriebene Verdichter hebt die Temperatur auf das für den Prozess erforderliche Niveau.

Was bestimmt den Stromverbrauch?

Je kleiner der Unterschied zwischen Quell- und benötigter Vorlauftemperatur, desto günstiger arbeitet die Wärmepumpe in der Regel. Deshalb sollten zunächst die wärmste verfügbare Quelle und die tatsächlich niedrigste erforderliche Prozesstemperatur ermittelt werden. Manchmal lohnt es sich, zuerst den Prozessbedarf zu senken und erst danach die Wärmepumpe auszulegen.

Der gesamte Kessel muss nicht ersetzt werden

Häufig ist eine Hybridlösung sinnvoller: Die Wärmepumpe deckt die Grundlast, der vorhandene Kessel bleibt für Lastspitzen, das Anfahren der Produktion oder als Reserve erhalten. So kann die Maschine für viele Betriebsstunden statt für eine selten auftretende Höchstleistung ausgelegt werden.

Beispiele aktueller Technik

• GEA entwickelt industrielle Hochtemperatur-Wärmepumpen; das Projekt Tiense Suiker zeigt die Nutzung industrieller Abwärme für Temperaturen von etwa 135–160 °C.
• MAN Energy Solutions bietet große industrielle Wärmepumpen für Prozesswärme und Fernwärme an und setzt sie ein, um Niedertemperatur-Abwärme in Heißwasser oder Dampf umzuwandeln.
• Turboden entwickelt neben ORC auch große Wärmepumpensysteme für Industrie- und Fernwärme.

Was ist am Standort zu prüfen?

• Quellentemperatur und Volumenstrom über das ganze Jahr
• benötigte Prozesstemperatur und Rücklauftemperatur
• Strompreis und Stromverfügbarkeit
• jährliche Betriebsstunden und Lastschwankungen
• Möglichkeit, die Kälteseite gleichzeitig zu nutzen
• Platz, Lärm und Einbindung in vorhandene Kessel

Wird am Standort gleichzeitig Kälte benötigt, kann bei manchen Projekten ein zusätzlicher Nutzen entstehen: Dieselbe Wärmepumpe stellt zugleich eine nutzbare kalte und eine warme Seite bereit.