Die Stadt Bergheim, Kreisstadt des Rhein-Erft-Kreises, liegt westlich von Köln, mitten im rheinischen Braunkohle-Tagebaurevier. Seit 150 Jahren lebt sie von und mit der Braunkohlegewinnung und der Energieerzeugung. Neuerdings nutzt die Stadt Wärmeenergie aus Sümpfungswasser des nahe gelegenen Tagebaus Hambach, um damit öffentliche Gebäude zu beheizen. Eine umweltfreundliche und kostengünstige Lösung. Das bis zu 26 °C warme Tagebau-Grundwasser dient als Wärmequelle für eine CO2-Hochtemperaturwärmepumpe. Sie bildet zusammen mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) das Herzstück der Wärmeversorgung. Verglichen mit der früheren, konventionellen Heizanlage spart die Nutzung der Sümpfungswasser-Wärme ein Viertel der Brennstoffkosten und rund ein Drittel der CO2-Emissionen. Das sind jährlich etwa 740 Tonnen.
Schon seit Längerem liefern die Stadtwerke Bergheim über ein kommunales Nahwärmenetz Heizwärme für etwa zehn öffentliche Gebäude wie Schulen, Sportstätten und das Kreishaus des Rhein-Erft-Kreises. Als die veralteten Erdgaskessel in der Heizzentrale erneuert werden sollten, standen Klimaschutz und eine möglichst hohe CO2-Einsparung im Vordergrund. Die RWE Power AG als Projektinitiator überzeugte die Stadt von der Idee, den Energiegehalt des Sümpfungswassers zu nutzen. Es handelt sich dabei um ein Abfallprodukt des Braunkohletagebaus, das auch nach dessen Stilllegung anfällt. Um den Grundwasserspiegel künstlich abzusenken, muss das Sümpfungswasser dauerhaft abgepumpt werden.
Kombination von BHKW und Großwärmepumpe
„Die Sümpfungswasserleitung der RWE Power AG führt quer durch die Stadt“, sagt Alexander Horn, Projektleiter der Stadtwerke Bergheim. „Da das Wasser ohnehin anfällt, lag es nahe, sein Wärmepotenzial für unsere Zwecke zu nutzen.“ Beim Anlagenkonzept entschied man sich für eine Großwärmepumpe in Verbindung mit einem Gasmotor-BHKW. Das BHKW liefert die Antriebsenergie für die Wärmepumpe und deckt die Heizgrundlast der angeschlossenen Gebäude. Von den Abnehmern nicht benötigte Wärme kann in zwei Pufferspeichernmit je 12.600 Litern Inhalt gespeichert werden. Überschüssiger Strom wird größtenteils in der Heizzentrale oder in den umliegenden Gebäuden verbraucht, der Rest ins öffentliche Netz eingespeist. Einer der vorhandenen Erdgaskessel blieb als Spitzenlastkessel erhalten.
An einer Pumpstation wird das lauwarme Tagebau-Grundwasser entnommen. 1.800 Kubikmeter mit mindestens 18 °C stehen pro Stunde zur Verfügung. Ein Wärmetauscher entzieht dem Wasser sechs bis zehn Grad. Die ausgekoppelte Wärmeenergie gelangt über einen Zwischenkreislauf in die Heizzentrale mit der thermeco2 CO2-Wärmepumpe von Dürr thermea. Die ist – anders als herkömmliche Maschinen – in der Lage, das niedrige Temperaturniveau auf die benötigten 80 bis 90 °C zu heben. Die Großwärmepumpe arbeitet mit dem natürlichen Kältemittel CO2, das mit einem Global Warming Potential (GWP) von 1,0 nicht zum Treibhauseffekt beiträgt.
Eisen im Sümpfungswasser machte Spezial-Wärmetauscher notwendig
Neben der Anpassung an die bestehende Anlage stand das Projektteam vor einer weiteren Herausforderung: Sümpfungswasser ist insbesondere wegen des hohen Eisenanteils schwierig zu handhaben. Es können sich Ablagerungen bilden, die Rohre und Wärmeübertrager zusetzen. Um das zu verhindern, sind die Wärmetauschermit automatischer Fließrichtungsumkehr ausgestattet. Die Anlage ging Ende 2014 in Betrieb. Seither hat sich gezeigt, dass die Technik trotz des verschmutzten Wassers sehr gut funktioniert. „Eine Reinigung ist nur alle zwei Monate erforderlich“, erklärt der Projektleiter. „Nun geht es darum, das Zusammenspiel der Komponenten zu optimieren, vor allem die Energieeffizienz aufseiten der Abnehmer zu verbessern.“
