Wärmeversorgung aus Oberflächengewässern

Das Forschungs- und Demonstrationsprojekt AQVA-HEAT III untersucht die Wärmeversorgung durch thermische Nutzung von Oberflächengewässern über das ganze Jahr. Das Fraunhofer IEG verantwortet dabei die Integration und Optimierung der Wärmepumpe im Gesamtsystem. Anfang November ist in Aarhus die Werksabnahme der Wärmepumpe erfolgt. Die Einbindung in die Gesamtanlage plant das Projektteam für das erste Halbjahr 2026. Anschließend soll das Gesamtsystem ein Jahr lang saisonal erprobt werden. Das Fraunhofer IEG übernimmt in dieser Phase das Monitoring und die Optimierung der Wärmepumpe sowie die Analyse der Gesamtsystemeffizienz.

Systemansatz für die Oberlausitz und Einspeisung ins Fernwärmenetz

AQVA-HEAT III zielt darauf ab, am Beispiel einer regionalen Versorgungsinfrastruktur in der Oberlausitz eine ganzjährige Wärmeversorgung aus Oberflächengewässern zu realisieren. Dazu wurde ein integriertes System entwickelt, das Gewässer als Wärmequelle nutzt. Das je nach Jahreszeit bis zu 0 Grad Celsius kalte Wasser wird über Direktverdampfung in einem Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger (VFE) genutzt, um einen ganzjährigen Betrieb zu ermöglichen. Nach dem VFE liegt die resultierende Temperatur konstant bei mindestens 12 Grad Celsius. Eine klassische zweistufige Wärmepumpe hebt das Temperaturniveau anschließend auf bis zu 90 Grad Celsius, um die Wärme in das Fernwärmenetz der Stadtwerke Zittau einzuspeisen.

Wasser als Kältemittel und Skalierbarkeit der Technologie

Ein Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz von Wasser als Kältemittel, das als natürlich, ungiftig, nicht brennbar und preiswert beschrieben wird. Aufgrund der hohen Energiedichte sollen damit auch kleinere Gewässer als Wärmequelle erschließbar sein als bei derzeit am Markt verfügbaren Wärmepumpenanlagen. Die Form der Wärmequellenerschließung wird mit Potenzialen für Planbarkeit, Versorgungssicherheit und Netzintegration verbunden und soll von rund 100 kW (thermisch) bis in Megawattbereiche skalierbar sein, bei vergleichsweise geringer Flusswasser- und Strommenge.

Spezielle Auslegung der Wärmepumpe und Sicherheitsanforderungen

Die Wärmepumpe wurde speziell für AQVA-HEAT II und III konzipiert. Genannt werden eine zweistufige Auslegung mit hohem Temperaturhub von 12 Grad Celsius auf 90 Grad Celsius sowie der Einsatz eines natürlichen Kältemittels, hier Ammoniak. Zusätzlich wurden Brandschutz- und Sicherheitsanforderungen berücksichtigt, da die Wärmepumpe in einer Halle der Stadtwerke Zittau aufgestellt wird.

Projektverbund, ökologische Untersuchungen und Förderung

Im Rahmen der Demonstration untersucht das Gesamtprojektteam auch die gewässerökologischen Folgen der Nutzung von Oberflächengewässern. Dafür werden verschiedene Varianten der Wasserentnahme und -rückführung simulativ und experimentell überprüft. Übergeordnet soll ein robustes Forschungs- und Entwicklungskonzept zum Thema Wasser als Kältemittel etabliert werden, das die Zusammenarbeit von Wissenschaft, Kommunen, Versorgern und Industrie stärkt und regionale Kompetenzen in der Oberlausitz nachhaltig verankert. AQVA-HEAT III wird als Verbundprojekt unter Leitung der Hochschule Zittau/Görlitz (IPM) mit dem Fraunhofer IEG und dem ILK Dresden durchgeführt. Kommunale Partner sind die Stadtwerke Zittau GmbH, die Stadtwerke Weißwasser GmbH und der Landkreis Görlitz. Fördermittelgeber ist die SAB (Sächsische Aufbaubank) im Rahmen der Energie- und Klima-Förderrichtlinie des Landes Sachsen mit insgesamt 3,7 Mio. Euro. Das Projekt läuft seit März 2024 und soll bis Ende 2027 abgeschlossen sein.