iKWK Heidelberg – ENERKO plant innovative Großwärmepumpen

Mit dem Ziel , ihren Kunden bis 2030 weitestgehend klimaneutrale Fernwärme zu liefern, haben sich die Stadtwerke Heidelberg an den letzten iKWK-Ausschreibungen beteiligt und Zuschläge für drei baugleiche Systeme erhalten. Innerhalb dieser iKWK-Systeme soll die Umweltwärme jeweils aus Luft-Wasser-Wärmepumpen bereitgestellt und in das Fernwärmenetz der Stadtwerke Heidelberg eingespeist werden. Für die Realisierung dieses Vorhabens wurde Enerko von dem kommunalen Energieversorger mit der Planung der drei iKWK-Anlagen beauftragt, die jeweils aus einem BHKW, einem Elektrokessel und einer Großwärmepumpe bestehen werden.

Gebäude der iKWK-Anlage (Visualisierung: Weber Engineering Service)

Einleitend zur Planung wurde von Enerko zunächst eine Einsatzplanung der Luftwärmepumpen im Verbund der Fernwärmeerzeugung durchgeführt. Hierbei standen möglichst optimale Einsatzzeiten in der Kombination von Verfügbarkeit der Umweltwärme, Bedarf im Fernwärmenetz und den bereits bestehenden CO2-freien Erzeuger im Fokus.

Als besondere Herausforderung stellte sich die Planung der drei Luft-Wasser-Wärmepumpen mit je rd. 1400 kW Nennleistung heraus. Jede der Wärmepumpen muss im laufenden Betrieb mit rd. 500.000 m³/h warmer Luft versorgt werden. Problematisch zeigt sich dabei vor allem der sichere Abtransport der ausgekühlten Luft. Diese sinkt nach der Auskühlung aufgrund der höheren Dichte ab und kann sich so rund um die Anlage ansammeln. Die geografische Lage sowie die urbane Umgebung des Aufstellungsorts erschweren zusätzlich die Aufgabe, da hier Verwirbelungen um Gebäude oder Kaltluftseen bei Windstille entstehen.
Wird die ausgekühlte Luft wieder angesaugt, würde die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpen stark einschränkt. Nach umfangreicher Marktrecherche zeigte sich, dass für diese Anlage neue technische Lösungen entwickelt werden mussten.

Für diese Aufgabe wurde das auf Lüftungstechnik spezialisierte Planungsbüro Hans Simon Ingenieurgesellschaft mbH in die Planung einbezogen, das ein innovatives Konzept für die Luftkühlung entwickelte. Um Planungssicherheit für diesen erstmaligen Aufbau zu erreichen, sollte das Konzept zusätzlich wissenschaftlich validiert werden. Am I.F.I. Institut für Industrieaerodynamik der FH Aachen wurde dazu ein Modell der Anlage im 3D-Druck hergestellt und das umgebende Stadtgebiet maßstäblich nachgebaut. Das Modell wurde anschließend im Windkanal getestet, indem die Luftbewegung der ausgekühlten Luft verfolgt und unter variablen Windrichtungen und -stärken vermessen wurde. Die Neuentwicklung bestand die Windkanaltests erfolgreich und konnte weiter in Detail geplant werden.

Modell der iKWK-Anlage mit umgebender Bebauung im Windkanal des I.F.I. Institut für Industrieaerodynamik (Foto: ENERKO)

Das Projekt hat nun einen entscheidenden Schritt in die Realisierung gemacht. Die Ausschreibung der iKWK-Anlage ist angelaufen und ENERKO wird das Projekt weiter durch das Vergabefahren und in der Bauüberwachung begleiten.