Liebe Leserinnen und Leser,
Wir wünschen Ihnen allen ein frohes neues Jahr. Möge das Jahr 2025 neue Möglichkeiten, Gesundheit und viel Freude bringen. In der 51. Ausgabe unseres heatbeat Research Newsletter werfen wir einen Blick auf zwei kürzlich veröffentlichte Forschungsarbeiten.
Der Titel des ersten Dokuments lautet "Achieving climate neutrality in district heating: The impact of system temperature levels on the supply mix of EU-27 in 2050" von Kök et al. , in dem die Auswirkungen einer Senkung der Fernwärmenetztemperaturen auf EU-Ebene untersucht werden. Die zweite wissenschaftliche Arbeit "Design, construction, and commissioning of a 500 kW high-temperature heat pump plant for the district heating network of Bochum, Germany" von Passamonti et al. erläutert den gesamten Entwurfs-, Planungs- und Bauprozess einer mittelgroßen bis großen Hochtemperaturwärmepumpe für ein Fernwärmenetz.
Die erste Arbeit untersucht die Auswirkungen der Systemtemperaturen auf Fernwärmesysteme in der EU-27 und konzentriert sich auf deren Dekarbonisierungspotenzial bis 2050. Durch die Nutzung des Hotmaps DH Gen Modells vergleicht die Studie zwei Szenarien: Hochtemperatursysteme (3. Generation DH) und Niedertemperatursysteme (4. Generation DH). Diese Szenarien bewerten ihren jeweiligen Versorgungsmix, die Wärmegestehungskosten (LCOHG) und die Integration erneuerbarer Energien.
Die Ergebnisse zeigen, dass Niedertemperatursysteme die LCOHG aufgrund der höheren Effizienz und der Integration von erneuerbaren und überschüssigen Wärmequellen deutlich senken - um bis zu 20 %. Technologien wie Großwärmepumpen und Geothermie erweisen sich als entscheidende Beiträge zur Umsetzung von Niedertemperatursystemen, während Hochtemperatursysteme stärker auf Abwasserwärmepumpen und Biomasse angewiesen sind. Die Studie hebt das Potenzial der Geothermie in Niedrigtemperaturszenarien hervor, obwohl ihre Einführung aufgrund der hohen Anfangsinvestitionskosten auf Hindernisse stößt.
Sensitivitätsanalysen zeigen, dass Biomasse und Wasserstoff eine Rolle spielen, die von Preisschwankungen beeinflusst wird, wobei Biomasse bei niedrigeren Preisen wettbewerbsfähig wird. Die Kohlenstoffdioxid Bepreisung von Müllverbrennungsanlagen führt ebenfalls zu einer Verschiebung des Versorgungsmixes, was die Müllverbrennung behindert.
Die Studie betont die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile der Umstellung auf Niedertemperatur-Wärmepumpen-Systeme und befürwortet gezielte Investitionen in geothermische und Wärmepumpen-Technologien. Sie unterstreicht, wie wichtig es ist, die Aufrüstung von Warmwassersystemen mit den EU-Klimaneutralitätszielen in Einklang zu bringen und gleichzeitig Herausforderungen wie Infrastrukturkosten, politische Unterstützung und die Optimierung verschiedener erneuerbarer Ressourcen anzugehen. Künftige Forschungsarbeiten sollten detailliertere räumliche Daten einbeziehen und neue Technologien wie Power-to-X und Kohlenstoffabscheidung berücksichtigen.
Der zweite Beitrag stellt die Planung, den Bau und die Inbetriebnahme einer 500-kW-Hochtemperatur-Wärmepumpen-Pilotanlage vor, die in das Fernwärmenetz von Bochum, Deutschland, integriert ist. Das System nutzt einen Hochtemperatur-Minenwärmespeicher (HT-MTES) und Solarthermie als Wärmequellen und stellt einen innovativen Ansatz zur Reduzierung von CO2-Emissionen in dicht besiedelten städtischen Gebieten mit bestehenden Fernwärmenetzen dar.
Das HTHP-System ist eine zweistufige Konfiguration, die Ammoniak und Butan als Kältemittel verwendet und eine Vorlauftemperatur von bis zu 120 °C erreichen kann. Dieses System ist mit einem bergbaubasierten thermischen Energiespeicher gekoppelt, in dem solarthermische Energie genutzt wird, um im Sommer Wasser zu erwärmen und in stillgelegten, gefluteten Kohlebergwerken zu speichern. Im Winter wird diese Energie entnommen und auf Temperatur gebracht, um den Heizbedarf zu decken. Das Projekt hat erfolgreich die Machbarkeit der Integration von HTHPs mit saisonalen Speichersystemen demonstriert und spart jährlich bis zu 4800 Tonnen CO2-Emissionen ein, indem es die Wärmeerzeugung mit fossilen Brennstoffen ersetzt.
Die Studie hebt die Fähigkeit der Anlage hervor, unter dynamischen Bedingungen effizient zu arbeiten, wobei die modularen Komponenten für eine zukünftige Erweiterung ausgelegt sind. Während technische Herausforderungen wie begrenzte Grubenwassermengen und thermische Einschränkungen mit innovativen Lösungen wie Puffertanks und anpassungsfähigen Systemkonfigurationen angegangen wurden, zeigt die Anlage ein erhebliches Potenzial für die Replikation in anderen städtischen Gebieten, insbesondere in Regionen mit stillgelegten Bergbauanlagen.
Künftige Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Skalierung des Systems, die Integration zusätzlicher Wärmequellen wie Geothermie oder Abwärme sowie die Verbesserung der Betriebseffizienz für industrielle Anwendungen und die weitere Dekarbonisierung von Fernwärmenetzen.
Wie immer empfehlen wir, die Artikel vollständig zu lesen. Außerdem möchten wir einen kleinen Hinweis in eigener Sache teilen: Neben diesem Research Newsletter und verschiedenen Blog-Einträgen haben wir im Dezember unser Blog um ein monatliches Feature-Update erweitert, das wichtige Entwicklungen und neue Features in unserem heatbeat Digital Twin zusammenfasst. Den ersten Eintrag dazu finden Sie unter "https://heatbeat.de/de/blog/60/ ."
Die nächste Ausgabe unseres Newsletters wird am 5. Februar 2025 erscheinen. Das Jahr 2024 war für uns ein Jahr des Wachstums und der Meilensteine und wir danken Ihnen allen für Ihre Unterstützung. Gemeinsam haben wir bemerkenswerte Dinge erreicht und wir freuen uns auf noch mehr im Jahr 2025.
