Am Hamburger Klärwerk Dradenau entsteht als Teil des "Energieparks Hafen" die erste Abwasser-Großwärmepumpe Deutschlands (Bild: © HamburgWasser)

Hamburger Klärwerk baut größte Abwasser-Wärmepumpe Deutschlands

Das Klärwerk Hamburg bündelt sämtliche Abwasserströme der Stadt – und mit ihnen ein enormes Energiepotential. Die neue Großwärmepumpe befindet sich direkt am Ablauf des Klärwerks. Dort steht gereinigtes Abwasser mit Temperaturen von mindestens 12 Grad Celsius ganzjährig in großen Mengen zur Verfügung – deutlich wärmer als Luft im Winter.

Im Klärwerk Hamburg an der Dradenau in Hamburg-Waltershof wird zukünftig eine Abwasser-Wärmepumpe die Abwärme des Abwassers zurückgewinnen und so einen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Deshalb wird die erste Abwasser-Großwärmepumpe Deutschlands auch durch das Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWKG) gefördert.

Die 60 Megawatt Wärmepumpenanlage wandelt die Wärme aus dem Abwasser in 95 Grad Celsius heißes Wasser um. Das heiße Wasser wird anschließend zur benachbarten Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD) im Energiepark Hafen geleitet. Ein Wärmespeicher kann es dort zwischenspeichern. Die GuD-Anlage hebt die Temperatur der gewonnenen Wärme bei Bedarf weiter an, bevor sie als Fernwärme ins Stadtnetz der Hamburger Energiewerke eingespeist wird.

Am Hamburger Klärwerk Dradenau in Waltershof wird als Teil des „Energieparks Hafen“ die erste Abwasser-Großwärmepumpe der Republik entstehen. Eine Änderung im Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWKG) stellt Wärme aus dem gereinigten Abwasser von Kläranlagen künftig Umwelt-Wärmequellen, z.B. Gewässern, gleich. Damit wird die von der Wärme Hamburg geplante Abwasser-Wärmepumpe in Kombination mit einem modernen Erdgas-GuD-Kraftwerk als „innovatives KWK-System“ förderfähig.

Abwasserwärmepumpe: Pro Sekunde strömt eine Abwassermenge durch die Anlage, die 16 Badewannen entspricht

Das Klärwerk Hamburg bietet ideale Voraussetzungen für die neue Großwärmepumpe: Das gereinigte Abwasser steht direkt vor Ort als konstante Wärmequelle bereit, das benachbarte GuD-Kraftwerk der Hamburger Energiewerke mit seinem großen Heißwasserspeicher nimmt die gewonnene Wärme auf – und auch die benötigte Fläche von rund 4.000 Quadratmetern war auf dem Gelände bereits vorhanden.

Vier Wärmepumpenaggregate bilden das Gesamtsystem. Jedes einzelne kann 15 Megawatt Wärme erzeugen. Zusammengenommen beträgt die installierte Abgabeleistung der Wärmepumpen 60 Megawatt thermisch bei einer Zieltemperatur des Heizwassers von 95°C. Die Aggregate sind so ausgelegt, dass sie jederzeit die benötigte Leistung liefern und dank integrierter Redundanz bei Ausfällen einzelner Aggregate zuverlässig weiterlaufen. Die Stromversorgung erfolgt direkt per 110-Kilovolt-Leitung aus dem städtischen Stromverteilnetz.

Langes Ringen um Föderung von Abwasser-Wärme

Die Abwasserwärmepumpe auf der Dradenau gehört HAMBURG WASSER (Eigentümer). Die Hamburger Energiewerke finanzieren die Anlage mit gut 60 Millionen Euro und zahlen eine jährliche Instandhaltungspauschale (wirtschaftlicher Eigentümer). HAMBURG WASSER ist verantwortlich für Planung, Bau und Betrieb, während die Hamburger Energiewerke die Steuerung übernehmen und die erzeugte Wärme ins Fernwärmenetz einspeisen können.

Groß-Wärmepumpen an Klärwerken sind ökologisch sinnvoll, aber sie haben sich bisher kaum gerechnet, weil sie in der Förderung benachteiligt waren. Die Hamburger Umwelt- und Energiebehörde hat sich deshalb jahrelang intensiv für eine Gesetzesänderung eingesetzt, mit der auch die Technik von Abwasser-Wärmepumpen förderfähig und damit wirtschaftlich werden.

Bereits im November 2018 hatte sich der Bundesrat der Hamburger Forderung in seiner Stellungnahme zum „Energie-Sammelgesetz“ angeschlossen. Um das Bundeswirtschaftsministerium inhaltlich zu überzeugen hat es noch ein weiteres Jahr gebraucht. Seit sie im Februar 2020 ihren Entwurf für das Artikelgesetz zum Kohleausstieg den Ländern zur Stellungnahme vorgelegt hat, ist bekannt, dass Hamburgs Bemühungen zum Erfolg geführt haben.

Im Entwurf für das Artikel-„Gesetz zur Reduzierung und zur Beendigung der Kohleverstromung und zur Änderung weiterer Gesetze“, den die Bundesregierung dem Bundestag vorgelegt hat, ist die folgende Änderung des Kraft-Wärme-Kopplungsgesetzes enthalten: „In § 2 Nummer 9a werden hinter den Wörtern ‚aus erneuerbaren Energien‘ die Wörter ‚oder aus dem gereinigten Wasser von Kläranlagen‘ eingefügt.“

Dazu heißt es in der Gesetzesbegründung: „Mit der Änderung in § 2 Nummer 9a KWKG wird Abwasserenergie aus gereinigtem Abwasser aus Klärwerken als mögliche Energiequelle für innovative erneuerbare Wärme in innovativen KWK-Systemen aufgenommen. Da die Begriffsbestimmung der innovativen erneuerbaren Wärme in § 2 Nummer 12 KWK-Ausschreibungsverordnung gleichwohl nach wie vor eine Jahresarbeitszahl von mindestens 1,25 erfordert, wird damit Abwasserenergie aus gereinigtem Klärwasser zur Nutzung mittels Wärmepumpen im Rahmen des neuen Bonus für innovative erneuerbare Wärme sowie der bestehenden Ausschreibungen im Rahmen der KWKAusV förderfähig.

Bislang begrenzt das KWKG bei der Förderung innovativer KWK-Systeme den Einsatz von Wärmepumpen auf die Umweltwärme (z. B. Flüsse, Seen, Meer). Im Ablauf großer kommunaler Klärwerke könnten mit Wärmepumpen im Verbund mit KWK-Anlagen jedoch erhebliche Wärmepotenziale zu niedrigen Kosten meist ganzjährig gehoben werden. Da Klärwerke in nahezu allen größeren Kommunen vorhanden sind, gibt es große Potenziale zur Erzeugung CO₂-armer Fernwärme in Deutschland.

Modularer Erzeugerpark Energiepark Hafen

Die Freie und Hansestadt Hamburg will bis spätestens 2030 aus der Kohle aussteigen. Damit ändert sich die Hamburger Stadtwärmeerzeugung in den kommenden Jahren grundlegend. Einer der Meilensteine hierfür ist die Ablösung des Heizkraftwerks Wedel durch den Energiepark Hafen.

Dieser modulare Erzeugerpark bindet verschiedene klimaneutrale Wärmequellen wie Abwärme aus der thermischen Abfallverwertung, aus energieintensiven Industrien und aus Klärwerksprozessen ein. Mittelpunkt des Energieparks Hafen ist die neue Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD), die die klimaneutralen Wärmequellen für die Fernwärme aufbereitet und vorhält.

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