Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | 10/2021 - 09/2025 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) |
| Kooperationspartner: | Johnson Controls Systems & Service GmbH (JCI), Stadtwerke Cottbus GmbH (SWC), GESMEX Exchangers GmbH, AGFW-Projektgesellschaft für Rationalisierung, Information und Standardisierung mbH, Fraunhofer IEG |
| Projektfokus: |       |
Verbundvorhaben: FernWP
Fern- und Prozesswärmeversorgung durch Wärmepumpen als Ersatz der Kohleverbrennung; Teilvorhaben: Planung, Bau und Betrieb einer GWP-Versuchsanlage
Prototyp einer Butan-Hochtemperaturwärmepumpe.
Mit dem Ausstieg aus der Kohleverstromung fallen nicht nur große Mengen an Stromerzeugungskapazitäten weg, sondern auch Gigawatt an thermischer Leistung in Fernwärmenetzen die durch CO2-arme Alternativen ersetzt werden müssen.
Großwärmepumpen an den ehemaligen Kraftwerksstandorten die Wärme in die existierenden Fern- oder Nahwärmenetze einspeisen sind eine vielversprechende Alternative zu dezentralen Lösungen insbesondere im dichtbebauten urbanen Raum.
Im Rahmen des Projekts »FernWP« sollen die Hemmnisse zur zeitnahen Integration von Großwärmepumpen in Fernwärmesysteme sowohl auf technischer als auch auf ökonomischer Seite reduziert werden.
Um die Möglichkeiten von Großwärmepumpen an Fernwärmenetzen besser zu verstehen und die optimalen Einsatzbedingungen zu verstehen werden sowohl technische Randbedingungen wie beispielsweise Verfügbarkeit von Wärmequellen als auch ökonomische und regulatorische Randbedingungen untersucht und ein Wärmepumpen Prototyp entwickelt und erprobt.
In AP 1 werden ökonomisch tragfähige Rahmenbedingungen beschrieben, die für die erfolgreiche Verwertung der in diesem Projekt erzielten, technologischen Entwicklungen benötigt werden. In AP 2 werden an Kraftwerksstandorten verfügbare Niedertemperaturquellen untersucht. Dabei liegt der Fokus auf Oberflächengewässern sowie auf Weiternutzungsmöglichkeiten vorhandener Infrastruktur. Die Grundlagen zu den theoretisch möglichen Kreisprozessen sowie die Spezifizierung der vorausgewählten Kältemittel werden in AP 3 Thermodynamische Zyklen bearbeitet. In AP 4 ist die Mitarbeit im IEA Annex 58 Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTHP) vorgesehen. Die Wirkungsgrade der in AP3 identifizierten thermodynamischen Zyklen und der entsprechenden möglichen Verschaltungen und Komponenten werden in AP 5 COP Optimierung durch eine Analyse an einem Laborteststand am Fraunhofer ISE untersucht. In AP 6 erfolgen die Maßstabsvergrößerung der in AP 5 auf Basis von AP 3 erprobten Laboranlage, die Entwicklung einer Versuchsanlage und Untersuchungen zur Marktintegration aus Systemperspektive.
Das AP 7 stellt eine Austauschplattform zur Verfügung, die sich mit der Herausforderung beschäftigt, dass bei Planern und Investoren zum Teil Unwissenheit zu bestehenden technischen Möglichkeiten und damit Einsatzgebieten besteht und versucht durch Wissensvermittlung und gezielten Kontakt der relevanten Stakeholder, diese Barriere abzubauen.
In AP 8 Pilotierung und Monitoring wird eine Forschungs-Großwärmepumpe gebaut, betrieben und überwacht, die Tests verschiedener Hardwarekomponenten ermöglicht und die den Betrieb des in AP 6 entwickelten Hybridkonzepts simulativ zulässt. In den Testzyklen dieser Versuchsanlage werden wertvolle Messdaten gewonnen, die zum einen an JCI und ans ISE zurückgespielt werden und zum anderen zu einem besseren Verständnis des dynamischen Verhaltens im Realbetrieb beitragen sowie zur Überprüfung der Auslegungsparameter dienen.
Das Potential von industriellen HTWP für die Bereitstellung von Prozesswärme wird in AP 9 erarbeitet sowie die technische Weiterentwicklung benötigter Komponenten vorangetrieben.