Contracting-Projekt der Thüringer Wärme Service in Weida

Die Energiewende stellt alle Kommunen und Wohnungsbaugesellschaften vor die gleichen Herausforderungen. Die Aufgabe besteht darin, die Energie- und Wärmeversorgung mittelfristig CO2-neutral zu realisieren. Um dabei Fördermittel aus dem iKWK-Förderprogramm in Anspruch nehmen zu können, muss ein Anteil von mindestens 35% aus regenerativen Energiequellen stammen.

Diese Herausforderung kann eine Kommune oder eine Immobiliengesellschaft mit eher gebremstem Tempo und konventionellen Technologien angehen. Sie kann aber auch schnell sein, technisches Neuland beschreiten und das Ziel verfolgen, eine Benchmark-Lösung zu schaffen.

So hat die Thüringer Wärme Service GmbH als Projektierer und Contractor in Weida/Thüringen ein innovatives Wärme- und Stromversorgungskonzept auf Quartiersebene in die Praxis umgesetzt. Damit versorgt wird die Allgemeine Wohnungsbaugenossenschaft eG (AWG) Weida, die dort ein Quartier mit rund 1.100 Wohneinheiten verwaltet.

Um sowohl die Energiekosten als auch den CO₂-Fußabdruck dauerhaft zu senken, sollten die vorhandenen Heizungsanlagen durch eine Fernwärmeversorgung mit einem Anteil von mindestens 35% aus regenerativen Energiequellen ausgetauscht werden.

Die Grundidee: BHKW plus erneuerbare Energiequelle als „iKWK“

Das Konzept besteht aus drei Kernkomponenten: ein BHKW (Blockheizkraftwerk), eine Power-to-Heat-Anlage und eine Wärmepumpe, die je nach Witterung Luft oder Erdwärme für das Bereitstellen der Heizwärme nutzt. Dabei kommt eine anwendungsspezifisch projektierte Carrier Wärmepumpe mit einer Leistung von 1.100 kW zum Einsatz. Auch die anspruchsvolle Regelungstechnik für die Einbindung der Wärmepumpe in das Gesamtkonzept kommt von Carrier.

Die Grundversorgung des Quartiers übernimmt ein BHKW mit einer Leistung von 1,6 MWel und 500 kWth (Elektrokessel), das mit hoher Effizienz Wärme und Strom erzeugt. Ergänzt wird die Energieerzeugung durch eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 1,1 MWth, die je nach Jahreszeit bzw. Außentemperatur zwei verschiedene Primärquellen für die Wärmeerzeugung nutzt. Im Sommer dient Luft als Wärmequelle, im Winter Erdwärme. Dafür wurden 48 Erdsonden in einer Tiefe von 180 Metern verlegt.

Ein zusätzlicher elektrischer Wärmeerzeuger (Power-to-Heat) wandelt bei Bedarf den aus regenerativen Quellen erzeugten Strom in Wärme um und dient somit ebenfalls zur Wärmeerzeugung. Eine Pufferung mit 2 x 85 m3 Speicher und Gaskessel (2 x 2 MWth) runden das Projekt ab, das damit mindestens 35% Anteil an regenerativen Energiequellen erreicht und entsprechend iKWK-förderfähig ist.

Anwendungsspezifisch angepasste Großwärmepumpe

Bei der Auslegung der Wärmepumpe – TWS entschied sich in Abstimmung mit Carrier für zwei Pumpen vom Typ 61XWH-ZE-05 – hat TWS erst die Hydraulik geplant und berechnet, dann die Luft- und Erdwärmeversorgung und daraufhin den Regelbaum erstellt, aus dem sich die Auslegungsparameter ableiten ließen Dabei kam auch eine Simulations-Software zum Einsatz. Tim Hirth, Projektleiter bei der TWS und bei diesem Projekt verantwortlich für die Hydraulik und Regelungstechnik: „Mit einem ´virtuellen Kraftwerk´ haben wir die Wärme- und Energieströme optimiert. Dieses CAx-Tool haben wir auch für die Auslegung der Wärmepumpe genutzt.“

Dabei war eine intensive Zusammenarbeit zwischen TWS und Carrier erforderlich: „Carrier hat uns nicht nur die Daten bereitgestellt, die wir zum Beispiel für die Berechnungen von COP- und anderen Werten benötigten, sondern uns auch mit Know-how bei der Integration von Wärmepumpen unterstützt.“

Hilfreich war dabei auch das von Carrier entwickelte Regelungs- und Visualisierungs-Tool i-VU, das eigentlich aus der Gebäudeautomation stammt und zahlreiche intelligente Regelungsfunktionen bietet.

Perspektive: Auf dem Transformationspfad

Aus Sicht der AWG ist das iKWK-Projekt der erste Schritt auf dem Transformationspfad Richtung Wärmewende. Während der aktuelle Anteil an regenerativen Energiequellen bei rund 40% liegt, könnten es künftig bis zu 80% sein. Um das zu erreichen, sind mehrere Optionen möglich: Das BHKW wird mit Biogas und/ oder Wasserstoff befeuert, oder die TWS integriert eine zusätzliche Wärmepumpe in die Wärme- und Stromversorgung des Quartiers. Die umgesetzte Lösung ist sogar so erweiterbar, dass eine vollständige Klimaneutralität erreicht werden kann.