Wo früher das Kellogg’s Getreide-Silo stand, wird energietechnisch gesehen, heute das nachhaltigste Stadtquartier Deutschlands bzw. seine Energiezentrale feierlich eröffnet. Es handelt sich um das Projekt „Überseeinsel Bremen“. Das 15 Hektar große Stadtquartier macht nicht nur 1,5 Kilometer Weg an der Weser wieder für alle erlebbar, sondern nutzt die AQUATHERMIE des Flusses als Quelle der Wärme- und Kälteversorgung.

Das Quartier wird nahezu CO2-neutral mit Strom, Wärme und Kälte versorgt.

Genutzt werden nahe Windkraftanlagen, Sonnenenergie und das Wasser der Weser – die sogenannte Aqvathermie bzw. Hydrothermie.

Vorteile der Hydrothermie:

• Fluss- und Seewasser als Wärmequelle - ganzjährig
• Kaskade aus Direktverdampfer (Vakuumeis) und nachgeschalteter Wärmepumpe
• hohe Energiedichte
  (= geringer Pumpaufwand) beim Wärmetransport zwischen Gewässer
  und Eiserzeuger mit Flüssigeis
• ermöglicht größere Entfernung zum Gewässer

Möglich wird das innovative Energiekonzept der Überseeinsel, u.a. durch die Vakuum-Flüssigeis-Technologie des ILK Dresden.

Vorteile der Vakuumeis-/Direktverdampfungstechnologie:

• Konstante Temperatur der Wärmequelle
• Keine Einschränkung der Wärmeentzugsleistung durch niedrige Wassertemperaturen
• Höhere Wärmequellentemperatur als bei Luftwärmepumpen
• Dauerhaft konstante Entzugsleistung und höhere Effizienz gegenüber Systemen mit Eisansatz, da keine Vereisung von „Kollektoren“
• Vermeidung von Schallproblemen bei Luftwärmepumpen
• Geringere Investitionskosten gegenüber Erdwärme,
  keine Regenerierungsprobleme
• Akt. Leistungsbereich: 200…500 kW/ Modul

“Heizen mit Eis”- Wärme-Kälte-Kopplung sorgt für doppelte Nutzung von Energie

Darüber hinaus sorgt ein Eisspeicher warme Wohn- und Bürogebäude. Denn da nachhaltige Energie nicht immer exakt zu diesem Zeitpunkt erzeugt werden kann, in dem sie auch benötigt wird, braucht es moderne Speichertechnologien.

Die ILK Dresden-Technologie wird im Rahmen des Gesamtprojekts „Energiezentrale Überseeinsel“ zwei Aufgaben übernehmen:

1. Sommerbetrieb: Laden des Flüssigeisspeichers und Bereitstellung von Wärme für nachgeschaltete Wärmepumpen
2. Winterbetrieb: Wärmeentzug aus der Weser bei Wassertemperatur < 4 °C und Bereitstellung von Wärme für nachgeschaltete Wärmepumpen

Einen angenehmen Nebeneffekt hat der Eisspeicher obendrein: Im Winter versorgt er eine 600 Quadratmeter große Eisbahn, auf der die Menschen Schlittschuh laufen können. Die bei der Kälteproduktion für die Eislaufbahn entstehende Abwärme heizt wiederum die benachbarten Wohn- und Geschäftshäuser. Der Eisabrieb (immerhin bis zu 60 m³/Woche!) von der Eisaufbereitung wird in einem Eisbreispeicher unter der Eislaufbahn gesammelt, mit Abwärme aus naheliegenden Gebäuden geschmolzen und für die nächste Eisproduktion wiederverwendet. Im Sommer speichert der Eisbreispeicher überschüssige PV-Energie als Eisbrei, der zur Kälteversorgung im Quartier genutzt wird. Dann wird die Eisbahn als Sportfläche genutzt.

Herzstück ist das eigens entwickelte System, welches Angebot und Bedarf übereinbringt.

Es berechnet eine Prognose des Wärme- und Kältebedarfs im Quartier und stellt dieser eine Prognose für das Energie-Angebot aus PV-Strom im Quartier und dem Netz der öffentlichen Versorgung gegenüber. Die selbstlernende Regelung (KI) berechnet aus diesen Daten einen optimalen Fahrplan für die Großwärmepumpen: Sie verbrauchen möglichst genau dann Strom und produzieren Wärme, wenn der Wind weht und die Sonne scheint. Die Wärme wird in 17 Meter hohen Tanks gespeichert und bedarfsgerecht über das Nahwärmenetz an die Gebäude verteilt. So wird die Wärmeerzeugung vom Wärmeverbrauch entkoppelt.

Vakuum-Flüssigeis in der Hydrothermie

• …“ist ein Wärmeübertrager mit integrierter Temperaturerhöhung“
• Wärmeentzug aus dem Wasser durch
  Teilvereisung → pumpfähiges Flüssigeis
• Nutzt die Gefrierwärme!
• Funktioniert auch bei nullgrädigem Wasser
  also ganzjährig → spart Kosten für zusätzlichen
  Wärmeerzeuger
• Hohe Effizienz durch Direktverdampfung
• Nutzung der Gefrierwärme: 333 kJ/kg
  → Vergleich sensible Wärme
       bei Abkühlung um 6 Kelvin: 25 kJ/kg
  → Reduktion der Wassermenge)

Erzeugung von Vakuum-Flüssigeis (Tripelpunktsverfahren)

• Verdampfung und gleichzeitiges Gefrieren am Tripelpunkt
• Mechanische Verdichtung des Wasserdampfes (Turboverd.)
• Wärmeabgabe durch Direktkondensation auf leicht erhöhtem
  Temperaturniveau

KONTAKT: Dr. Mathias Safarik