Forschungsprojekt AQVA-HEAT III: Fraunhofer IEG integriert Wärmepumpe

(WK-intern) – Das Forschungs- und Demonstrationsprojekt AQVA-HEAT III untersucht die ganzjährige Wärmeversorgung durch thermische Nutzung von Oberflächengewässern:

Durch den Einsatz von Wasser als Kältemittel könnten auch kleinere Gewässer als zukunftsfeste Wärmequelle genutzt werden.

Dabei verantwortet das Fraunhofer IEG die Integration und Optimierung der Wärmepumpe im Gesamtsystem. Das Projektteam hat nun einen ersten Meilenstein erreicht: Die Werksabnahme der Wärmepumpe ist Anfang November in Aarhus erfolgt. Die anschließende Einbindung in die Gesamtanlage will das Projektteam im ersten Halbjahr 2026 durchführen. Anschließend soll das Gesamtsystem ein Jahr lang in der saisonalen Erprobung laufen. Dem Fraunhofer IEG obliegt dabei das Monitoring und die Optimierung der Wärmepumpe sowie die Analyse der Gesamtsystemeffizienz.

AQVA-HEAT III zielt darauf ab, am Beispiel einer regionalen Versorgungsinfrastruktur der Oberlausitz eine ganzjährige Wärmeversorgung aus Oberflächengewässern zu realisieren. Dazu hat das Projektteam ein integriertes System entwickelt, das Gewässer als Wärmequelle nutzt. Durch die Direktverdampfung in einem Vakuum-Flüssigeis-Erzeuger (VFE) des je nach Jahreszeit bis zu 0° Celsius kalten Wassers, kann die Anlage ganzjährig betrieben werden. Weitere Vorteile sind das natürliche, ungiftige, nicht brennbare und preiswerte Kältemittel Wasser, welches durch seine hohe Energiedichte auch kleinere Gewässer erschließen kann als Wärmepumpenanlagen, die derzeit am Markt sind. Die resultierende Temperatur nach dem VFE liegt konstant bei mindestens 12° Celsius. Eine klassische zweistufige Wärmepumpe hebt das Temperaturniveau im Anschluss auf bis zu 90° Celsius, um die Wärme ins Fernwärmenetz der Stadtwerke Zittau einzuspeisen. Diese Form der Wärmequellenerschließung bietet Potenziale für Planbarkeit, Versorgungssicherheit und Netzintegration und lässt sich von rund 100 kW (thermisch) bis in Megawattbereiche skalieren, wobei die genutzte Flusswassermenge und die eingesetzte Strommenge vergleichsweise gering bleiben.

Wärmepumpe mit besonderen Herausforderungen

Die Wärmepumpe hat das Projektteam speziell für AQVA-HEAT II und III konzipiert. Zentrale Merkmale sind eine zweistufige Auslegung mit einem hohen Temperaturhub von 12 °C auf 90 °C sowie der Einsatz eines natürlichen Kältemittels (hier Ammoniak). Auch umfassende Brandschutz- und Sicherheitsanforderungen musste das Projekt-Team berücksichtigen, da die Wärmepumpe in einer Halle der Stadtwerke Zittau aufgestellt wird.

Zusammenarbeit von Wissenschaft, Kommunen, Versorgern und Industrie

Im Rahmen der Demonstration untersucht das Gesamtprojektteam auch die gewässerökologischen Folgen der Nutzung von Oberflächengewässern. Dazu überprüfen die Forschenden verschiedene Varianten der Wasserentnahme und -rückführung simulativ und experimentell. Übergeordnet zielt AQVA-HEAT III darauf, ein robustes Forschungs- und Entwicklungskonzept für das Thema „Wasser als Kältemittel“ zu etablieren, welches die Zusammenarbeit von Wissenschaft, Kommunen, Versorgern und Industrie stärkt und regionale Kompetenzen in der Oberlausitz nachhaltig verankert.

Robuste, skalierbare Lösung

Das Vorhaben wird als Verbundprojekt unter der Leitung der Hochschule Zittau/Görlitz (IPM) mit dem Fraunhofer IEG und dem ILK Dresden durchgeführt. Kommunale Partner sind die Stadtwerke Zittau GmbH, die Stadtwerke Weißwasser GmbH und der Landkreis Görlitz. Fördermittelgeber ist die SAB (Sächsische Aufbaubank) im Rahmen der Energie- und Klima-Förderrichtlinie des Landes Sachsen mit insgesamt 3,7 Mio. Euro. Das Projekt läuft seit März 2024 und soll bis Ende 2027 abgeschlossen sein. Dr. Clemens Schneider, Projektleiter am Fraunhofer IEG, betont: »Die Kernleistung von AQVA-HEAT III liegt in der nahtlosen Verknüpfung aus Auslegung, automatisierter Steuerung und Feldmessung – so wird eine robuste, skalierbare Lösung für die Wärmeversorgung aus Wasser möglich.« Er ergänzt: »Durch die enge Verzahnung aller Komponenten schaffen wir belastbare Grundlagen für eine breit nutzbare Nah- und Fernwärmeinfrastruktur – und liefern praxisnahe Erkenntnisse für Planer und Betreiber.«

PM: Fraunhofer IEG

PB: Illustration of the AQVA HEAT operating principle / ©: Fraunhofer IEG – theresa.hszg