Projekt 16727/01

Demonstration einer innovativen Energieversorgung auf Basis einer neuartigen CO2-Wärmepumpe und eines Blockheizkraftwerkes (BHKW)

Projektträger

Ludwig-Windthorst-Haus e. V. Katholisch-Soziale Akademie
Gerhard-Kues-Str. 16
49808 Lingen
Telefon: 0591 - 6102122

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der zunehmende Klimawandel und seine Auswirkungen auf Umwelt und Menschen werden immer deutlicher. Experten sind sich inzwischen einig, dass der Einsatz fossiler Energieträger maßgeblich zur Veränderung des Klimas beiträgt. Erneuerbare Energien werden bereits heute in einem Ausmaß genutzt, das noch vor wenigen Jahren undenkbar war. Das noch erschöpfbare Potential und die bereits heute zur Verfügung stehenden Techniken bilden einen wesentliche Grundlage einer nachhaltigen, zukunftsfähigen Energieversorgung. Dennoch leben wir hier und heute. Wir sind auf Lösungen angewiesen, die uns neben Wunsch einer gänzlich nachhaltigen Energieversorgung das notwendige Maß an Sicherheit und Verfügbarkeit bieten. Somit stellen Technologien zum effizienten Einsatz konventioneller Energieträger eine wichtige Säule des Klimaschutzes dar. Neben Verkehr und Industrie werden große Mengen Primärenergie zur Beheizung von Wohngebäuden und Warmwasserbereitung eingesetzt. Das hier vorliegende Projekt hat die Entwicklung und Demonstration einer Technik zum Ziel, mit der eine effiziente, umweltfreundliche und kosteneinsparende Energieversorgung einer Bildungsstätte ermöglicht wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Neugestaltung der Energieversorgung des Ludwig-Windthorst-Haus ist in die Projektphasen I: Entwicklung und Erprobung der CO2 Wärmepumpenanlage und Projektphase II: Aufbau der neuen Wärme- und Stromversorgung unterteilt. Für die Entwicklung und Erprobung der Wärmepumpenanlage wur-de mit Unterstützung durch die AgRo-Energie GmbH & Co. KG vom LWH eine Kooperation mit dem In-stitut für Angewandte Thermodynamik und Klimatechnik geschlossen. Innerhalb dieser Kooperation wur-de die Wärmepumpenanlage hinsichtlich des Einsatzes von CO2 als Kältemittel entwickelt und im Labor getestet. Für diese Projektphase wurde ein eigener Abschlussbericht mit dem Titel Entwicklung und Untersuchung einer CO2-Wärmepumpenanlage für den Einsatz in einer Heißwasser-Heizanlage erstellt /9/. Die Umsetzung der zweiten Projektphase erfolgte über einen Generalunternehmervertrag mit der AgRo-Energie GmbH & Co. KG. Dabei wurde die entwickelte Technik im LWH eingebaut. In diesem Zusammenhang wurden weitere Maßnahmen zur Neugestaltung der Energieversorgung durchgeführt. Dazu gehören Anbindung an die Abwasserleitung einer Erdölraffinerie, Erneuerung der Wärmeverteilungszentrale und Verlegen eines Nahwärmenetzes an die zugehörigen Nebengebäude, Aufstellen von zwei Blockheizkraftwerken sowie Einrichtung einer SPS-basierten Steuerung mit optimierter Prozessleittechnik und Prozessvisualisierung. Die Arbeiten wurden Ende Oktober 2006 abgeschlossen.


Ergebnisse und Diskussion

Nach der Inbetriebnahme der Energieversorgung wurde die Anlage über einen Zeitraum von ca. zwei Jahren messtechnisch begleitet und zunehmend optimiert.
In dieser Zeit wurden Korrekturen an einigen Parametern der neu installierten Steuerung der gesamten Anlage vorgenommen, um so einen optimalen Betrieb der Anlage sicher zu stellen.

Es bestätigten sich bei der Auswertung der beobachteten und aufgezeichneten Leistungsdaten die Aussagen des Abschlussberichtes aus Projektphase I. Dazu gehörten u. a., dass die Führung eines transkritischen Prozesses im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpenanlage maßgeblich die Effizienz des Betriebes bestimmt. Insbesondere sind Faktoren wie CO2 Fülldruck, Vor- und Rücklauftemperaturen der Heizkreise und die Wärmequellentemperatur von Bedeutung. Werden die notwendigen Parameter eingehalten, so stellt die Technik eine effiziente und zuverlässige Wärmeversorgung dar. Insbesondere die Fä-higkeit zur Bereitstellung höherer Vorlauftemperaturen von bis zu 80°C unter Beibehaltung von Leistungszahlen um 3 zeichnet die CO2-Wärmepumpentechnik aus. Sie ermöglicht ihren Einsatz in beste-hende Versorgungsstrukturen, bei denen üblicherweise Temperaturen auf diesem Niveau erforderlich sind. Auch die weiteren Techniken des Projektes wie Nahwärmenetz, Blockheizkraftwerke und Steuerung arbeiteten nach Abschluss des Probebetriebes einwandfrei und zuverlässig. Berechtigterweise können diese Techniken als Stand der Technik angesehen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das innovative und von der DBU geförderte Projekt zur Neugestaltung der Energieversorgung des LWH wird der Öffentlichkeit unter Einbeziehung der multimedialen Technik zugänglich gemacht. Das Resultat der neu gestalteten Energieversorgung wird als Referenzprojekt auf der Homepage des Generalunternehmers AgRo-Energie vorgestellt. Neben der Veröffentlichung der Ergebnisse über die DBU wird auch jeder Besucher der Akademie LWH über das Projekt informiert. Hierzu wurde im Foyer des LWH ein Beamer installiert, der mit dem Steuerungsrechner verbunden ist. Hier wiederum ist ein Programm hinterlegt, dass bei mit automatischem, zeitgesteuertem Bildwechsel mit über 10 verschiedenen Darstellungen die Besucher über die Anlagenkomponenten, Anlagendaten und die Funktionsweise der installierten E-nergieerzeugung informiert. Allein auf diesem Wege kommen jährlich über 20.000 Besucher des LWH mit dem Vorhaben in Berührung. Weiterhin wurde in der regionalen Presse über die zum damaligen Zeit-punkt einmalige neu gestaltet Energieversorgung berichtet.
Auf Einladung von der Berliner Energieagentur wurde das Projekt auf den Berliner Energietagen 2006 unter dem Thema Energie aus Abwasser im Rahmen einer Präsentation einem interessierten internationalen Fachpublikum vorgestellt.


Fazit

Innerhalb dieses Projektes konnte die Entwicklung, die Erprobung und der spätere erfolgreiche Einsatz einer neu entwickelten CO2 -Wärmepumpenanlage aufgezeigt werden. Ebenso konnte durch die messtechnische Begleitung auch die gelungene Umrüstung der Energieversorgung des Ludwig-Windthorst-Haus mit seinen Nebengebäuden dokumentiert werden.
Der Betrieb der Energieversorgungsanlage zeigte zu Beginn der ersten Heizperiode noch Abstimmungsprobleme bei einigen voreingestellten Temperaturwerten innerhalb der Steuerung auf. Die Abstimmungsprobleme konnten durch die messtechnische Begleitung der Projekte frühzeitig erkannt und beseitigt wer-den.
Der Betrieb der CO2-Wärmepumpenanlage stellt hinsichtlich der Möglichkeiten des effektiven transkritischen Prozesses und der Standardisierung von Komponenten noch zahlreiche Optimierungsmöglichkeiten, insbesondere beim Einsatz in bestehende Versorgungsstrukturen zur Verfügung. Verbesserungsmöglichkeiten bestehen noch bei der Entwicklung einer kompakteren und standardisierten Bauweise, da hier sämtliche Komponenten nur als Prototypen eingesetzt werden konnten. Hierbei kann nun auf Erfah-rungswerte einer bestehenden Anlage zurückgegriffen werden.
Da zur Einhaltung einer ausreichenden Leistungszahl eine transkritische Prozessführung im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe notwendig ist, muss für den Betrieb der Anlage stets auf ausreichenden Betriebsdruck geachtet werden. Die Auswertung der Leistungsdaten und Energieverbräuche im Rahmen der messtechnischen Begleitung bestätigt, das durch die neue innovative Technik eine energiekosten-sparende und emissionsmindernde Lösung gefunden werden konnte.

Übersicht

Fördersumme

306.775,13 €

Förderzeitraum

30.03.2001 - 31.12.2006

Bundesland

Niedersachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik