Meerwasser - Wärmepumpe

Stand: 06.01.2025

In Dänemark ist die weltweit größte Wärmepumpe in Betrieb gegangen, die Meerwasser nutzt.
Die Anlage zieht pro Sekunde 4.000 Liter Wasser aus der Nordsee und entzieht dem Wasser gut drei Grad Wärme mittels eines Wärmetauschers. Damit wird die Wasserwärme auf das Kältemittel Kohlendioxid übertragen - das Kohlendioxid verdampft, wird also gasförmig. Das Gas wird anschließend auf einen Druck von 120 Bar komprimiert und so entsprechend erhitzt.

Selbst im Winter, "auch bei niedrigsten Temperaturen, wenn die Nordsee vier Grad oder weniger hat, können wir immer noch Energie aus der Nordsee ziehen und weit über 90 Grad warmes Wasser der Stadt und den Einwohnern zur Verfügung stellen", berichtet Tobias Hirsch vom Anlagenbauer MAN Energy Solutions in Zürich.

Rosenheim hat als wohl erste deutsche Stadt Flusswasser-Wärmepumpen installiert und nutzt die Abwärme des dortigen Mühlbachs. Die Groß-Wärmepumpe ist Teil eines Kraft-Wärme-Koppelungssystems, zu der auch Elektrokessel und Gasmotoren gehören.Durch die Kombination, so Götz Brühl von den Stadtwerken Rosenheim, könne man flexibel und schnell auf Änderungen des Stromangebotes und des Preises reagieren, weil die Wärmepumpen schnell hoch und runtergefahren werden können: "Wenn zu wenig Strom produziert wird, können wir mit der Kraft-Wärme-Kopplung zusätzlichen Strom produzieren und wenn Strom im Überfluss da ist, können wir die Wärmepumpe nehmen, um daraus Wärme zu gewinnen."
 
Mannheim beispielsweise hat eine Flusswasser-Wärmepumpe für 15 Millionen Euro gebaut, die rechnerisch 3.500 Haushalte versorgt. Und MAN, die die Anlage in Dänemark errichtet haben, bekamen jetzt den Zuschlag der RheinEnergie, für Köln eine 150 Megawatt-Anlage zu bauen. Sie soll ab 2027 rund 50.000 Kölner Haushalte versorgen, gespeist mit Wärme des Wassers aus dem Rhein 

www.tagesschau.de/wissen/technologie/wae...-meerwasser-100.html

Flusswasser Wärmepumpen haben ja auch in Summe nur eine beschränkte Kapazität - man kann die Flüsse nicht beliebig abkühlen.

Meerwasser Wärmepumpen könnten dagegen fast unbeschränkt Energie liefern. Selbst wenn man damit das Meer geringfügig abkühlen würde, würde das wohl die Erwärmung durch den Klimawandel nicht annähernd kompensieren.

Ein großer Vorteil gegenüber Windkraftwerken wäre die konstante Verfügbarkeit - ok Sturmfluten vielleicht ausgenommen.

Die Frage ist daher, kann man das in den Multi-Gigawatt Bereich skalieren? Wenn ja, hätte man unsere Energieprobleme weitgehend gelöst. Man bräuchte dann nur noch entsprechende Stromleitungen von den Küsten ins Landesinnere.

Clauss schrieb:

man kann die Flüsse nicht beliebig abkühlen

Das Problem der Flüsse ist eher, dass sie durch Abwärme per Kühlwasser zu warm sind.
Klüger wäre es natürlich, die Abwärme der Kühlung bereits am Entstehungsort mittels Wärmepumpen zurückzugewinnen.

Clauss schrieb:

Ein großer Vorteil gegenüber Windkraftwerken wäre die konstante Verfügbarkeit - ok Sturmfluten vielleicht ausgenommen.

Die Frage ist daher, kann man das in den Multi-Gigawatt Bereich skalieren? Wenn ja, hätte man unsere Energieprobleme weitgehend gelöst. Man bräuchte dann nur
noch entsprechende Stromleitungen von den Küsten ins Landesinnere.

 

Nach meinem Verständnis erwärmen Wärmepumpen Wasser in einem Sekundärkreislauf, das dann in den belieferten Gebäuden zur Beheizung dient. Um ihren Job machen zu können, brauchen Wärmepumpen elektrischen Strom. Der wiederum kann aus erneuerbaren Quellen kommen und/oder in einem konventionellen Verbrenner-Kraftwerrk erzeugt werden. In deutschen Binnenstädten tippe ich insbesondere in der Winterzeit eher auf letztere Variante, Solaratrom zum Betrieb dieser Großanlagen wird man dort wohl nur im Sommer zur Verfügung haben., 

Komplett klimaneutral sind solche Anagen dann nicht wirklich.

Claus' Beitrag lese ich so, als wären Wärmepumpen in der Lage, elektrischen Strom zu erzeugen. Entweder habe ich seinen Beitrag deutlich falsch verstanden oder es gibt eine Technologie, von der ich bislang noch nichts gehört habe.

Bei den beschriebenen Fernwärmeanlagen muss man den Transport des durch die Groß-Wärmepumpe erzeugten warmen Wassers zum Endverbraucher berücksichtigen.Ab irgendwelchen Leitungslängen wird man die Rohre nicht mehr so richtig gut isolieren können und die Verluste werden zu hoch. Das dürfte "Mega"-Anlagen limitieren.   

In Deutschland soll es wohl rechtlich möglich sein, Gebäudebesitzer, deren Gebäude im Einzugsbereich einer Fernwärmeanlage steht, zu einem Anschluss an das Fernwärmesystme zu zwingen, auch gegen deren Willen. Kann man verstehen, denn was nutzt die Anlage, wenn nicht genügend Abnehmer zur Abnahme der Wärme bereit sind.           

               



 

Martin schrieb:

Bei den beschriebenen Fernwärmeanlagen muss man den Transport des durch die Groß-Wärmepumpe erzeugten warmen Wassers zum Endverbraucher berücksichtigen.Ab irgendwelchen Leitungslängen wird man die Rohre nicht mehr so richtig gut isolieren können und die Verluste werden zu hoch. Das dürfte "Mega"-Anlagen limitieren.   



               




 

Da wäre es ggf. günstiger , das noch kühle Wasser parallel zum Abwasser  (auch als Wärmerückgewinnung ) zu verlegen und die Wärmepumpe vor Ort zu betreiben.

Martin schrieb:

Claus' Beitrag lese ich so, als wären Wärmepumpen in der Lage, elektrischen Strom zu erzeugen. Entweder habe ich seinen Beitrag deutlich falsch verstanden oder es gibt eine Technologie, von der ich bislang noch nichts gehört habe.
 

Da hast völlig recht, da hatte ich zu wenig nachgedacht, sorry. Wir benötigen ja immer noch eine umweltfreundliche Energieversorgung, die zuverlässig rund um die Uhr verfügbar und billig ist. Dann könnten wir in Europa dem Rest der Welt zeigen, wie wir klimaschonend eine für Industrie und Haushalte billige Energieversorgung aufbauen konnten.

Als ich daher Rainers Artikel gelesen hatte, hatte ich mich über die Möglichkeit gefreut, aber nicht nach Einschränkungen gesucht.

Martin schrieb:

Claus' Beitrag lese ich so, als wären Wärmepumpen in der Lage, elektrischen Strom zu erzeugen

Das können sie im Prinzip. Es ist nur günstiger, das warme Wasser gleich für Wärmezwecke zu gebrauchen.
Aber warmes Wasser kann man immer verstromen. Dazu benötigt man dann zusätzlich einen Zylinder und einen Generator. Und das Wasser müsste für einen besseren Wirkungsgrad noch stärker erhitzt werden.

Die Umsetzung von Wärmeenergie in Bewegungsenergie funktioniert nach dem oszillierenden Prinzip. In einem beweglichen Zylinder befinden sich zwei Löcher und ein Kolben. Durch die Löcher wird der Dampf ein-, bzw. abgelassen.Steht der Zylinder leicht nach oben geneigt, so öffnet sich der Dampfeinlass und der Kolben wird nach vorne gedrückt – er bewegt dabei eine Schwungscheibe. Nun kippt der Zylinder aber gleichzeitig in die Waagrechte. Das System ist nun am sogenannten „vorderen Totpunkt“ und die Dampflöcher sind in der Waagrechten geschlossen.Der Schwung des Schwungrades kippt den Zylinder nun schräg nach unten, der Dampfauslass öffnet sich. Gleichzeitig beweg sich der Kolben wieder zurück und das System erreicht den „unteren Totpunkt“ – auch hier sind beide Dampflöcher wieder geschlossen. Das Schwungrad bewegt den Zylinder wieder – und immer so fort, wiederholt sich dieser Vorgang.

Siehe mein Link im ersten Post:

Durch die Kombination, so Götz Brühl von den Stadtwerken Rosenheim, könne man flexibel und schnell auf Änderungen des Stromangebotes und des Preises reagieren, weil die Wärmepumpen schnell hoch und runtergefahren werden können: "Wenn zu wenig Strom produziert wird, können wir mit der Kraft-Wärme-Kopplung zusätzlichen Strom produzieren und wenn Strom im Überfluss da ist, können wir die Wärmepumpe nehmen, um daraus Wärme zu gewinnen."

Sinnvoller scheint es hingegen zu sein, überschüssige Wärme zu speichern

Die Anlage in Dänemark hat für den Fall überschüssigen Stroms sogar einen Wärmespeicher installiert. Dieser Speicher kann laut Anlagenbauer Hirsch beladen werden, wenn der Bedarf der Wärme niedriger ist.

zu Rainers vorangehendem Beitrag:

(1) Zitat: "Das können sie im Prinzip" 

Ich habe noch von keiner Wärmepumpe gehört, die man in der Praxis dazu einsetzt, elektrischen Strom zu erzeugen. Zunächst verbraucht sie elektrischen Strom, um über den Kühlmittelkreislauf einen Wasserkreislauf zu erhitzen. Aus diesem warmen Wasser dann durch weitere Erhitzung wieder Strom zu erzeugen, das zu verstehen fehlt mir die Phantasie. 

Das ist dann eher der Job einer klassischen Dampfmaschine, wie ich sie als kleiner Bub mit einem Würfel Esbit betreiben durfte. Am Ende der Kette leuchete dann ein kleines Fahrrad-Birnchen. 

(2) Zitat: "Siehe mein Link im ersten Post" 

Die Anlage der Stadtwerke Rosenheim erzeugt Fernwärme und Strom, Quelle ist das Müllheizkraftwerk. Cirka ein Drittel der Rosenheimer Haushalte ist an das Netz angeschlossen.

90% der Fernwärme wird durch die Verbrennung im Müllheizkraftwerk erzeugt, 10% steuert die Wärmepumpe durch Wasserentnahme aus dem Mühlbach bei. Die wird dann hochgefahren und zugeschaltet, wenn der für ihren Betrieb unverzichtbare elektrische Strom billig zu haben ist. Ansonsten bleibt sie nach meinem Verständnis wohl aus.

Martin schrieb:

Ich habe noch von keiner Wärmepumpe gehört, die man in der Praxis dazu einsetzt, elektrischen Strom zu erzeugen. Zunächst verbraucht sie elektrischen Strom, um über den Kühlmittelkreislauf einen Wasserkreislauf zu erhitzen. Aus diesem warmen Wasser dann durch weitere Erhitzung wieder Strom zu erzeugen, das zu verstehen fehlt mir die Phantasie. 

Man sollte unterscheiden zwischen Möglichkeit und Sinnhaftigkeit. Um den über eine Wärmepumpe erreichten Temperaturunterschied zur Stromerzeugung zu nutzen, macht nur Sinn, wenn man hinten mehr herausbekommt, als man vorne hereingesteckt hat. Und dies würde ich in dem Fall bezweifeln.

Clauss schrieb:

Martin schrieb:

Ich habe noch von keiner Wärmepumpe gehört, die man in der Praxis dazu einsetzt, elektrischen Strom zu erzeugen. Zunächst verbraucht sie elektrischen Strom, um über den Kühlmittelkreislauf einen Wasserkreislauf zu erhitzen. Aus diesem warmen Wasser dann durch weitere Erhitzung wieder Strom zu erzeugen, das zu verstehen fehlt mir die Phantasie. 

Man sollte unterscheiden zwischen Möglichkeit und Sinnhaftigkeit. Um den über eine Wärmepumpe erreichten Temperaturunterschied zur Stromerzeugung zu nutzen, macht nur Sinn, wenn man hinten mehr herausbekommt, als man vorne hereingesteckt hat. Und dies würde ich in dem Fall bezweifeln.
 

Schon Altkanzler Kohl wies darauf hin, dass entscheidend sei, was hinten rauskommt. Aber im Ernst: aus einer Wärmepumpe hinten mehr elektrische Energie herausbekommen als man vorne hineingesteckt hat, das würde alle bekannten physikalischen  Grenzen sprengen. Ein Perpetuum Mobile. 

Aber nochmal: mir ist kein Projekt bekannt, bei dem man so etwas  ernsthaft versuchen würde. Aber ich bereit dazuzulernen.

Martin schrieb:

das zu verstehen fehlt mir die Phantasie. 

Das ist doch ganz einfacch:

Mit der Wärmepumpe bekommst Du mit derselben Energie 5 x soviel 60°C heißes Wasser wie mit einem Feuerchen oder elektr.Heizer.

Ob Du mit diesem heißen Wasser nun die Gebäude erwärmst, oder Strom erzeugst, hat doch mit der Wärmepumpe gar nichts mehr zu tun.

Ob man das Wasser dafür noch weiter verdichten/erhitzen muss oder nicht, ist ebenfalls völlig irrelevant. Die Erwärmung auf 60°C wurde jedenfalls höchst effizient durchgeführt.

Martin schrieb:

aus einer Wärmepumpe hinten mehr elektrische Energie herausbekommen als man vorne hineingesteckt hat, das würde alle bekannten physikalischen  Grenzen sprengen. Ein Perpetuum Mobile.

Da hast Du ein grundlegendes Verständnisproblem mit der Energieerhaltung, sie hat rein gar nichts mit der Energieform zu tun. Wie verstehst Du denn die Formel c²m=E. Diese verletzt Deine Auffassung der Energieerhaltung gleich zweimal, einmal die Energie der Masse wird "vernichtet" und zum zweiten "entsteht" dann anderweitige Energie aus dem "Nichts".

Rainer Raisch schrieb:

Martin schrieb:

das zu verstehen fehlt mir die Phantasie. 

Das ist doch ganz einfacch:

Mit der Wärmepumpe bekommst Du mit derselben Energie 5 x soviel 60°C heißes Wasser wie mit einem Feuerchen oder elektr.Heizer.

Ob Du mit diesem heißen Wasser nun die Gebäude erwärmst, oder Strom erzeugst, hat doch mit der Wärmepumpe gar nichts mehr zu tun.

Ob man das Wasser dafür noch weiter verdichten/erhitzen muss oder nicht, ist ebenfalls völlig irrelevant. Die Erwärmung auf 60°C wurde jedenfalls höchst effizient durchgeführt.

Martin schrieb:

aus einer Wärmepumpe hinten mehr elektrische Energie herausbekommen als man vorne hineingesteckt hat, das würde alle bekannten physikalischen  Grenzen sprengen. Ein Perpetuum Mobile.

Da hast Du ein grundlegendes Verständnisproblem mit der Energieerhaltung, sie hat rein gar nichts mit der Energieform zu tun. Wie verstehst Du denn die Formel c²m=E. Diese verletzt Deine Auffassung der Energieerhaltung gleich zweimal, einmal die Energie der Masse wird "vernichtet" und zum zweiten "entsteht" dann anderweitige Energie aus dem "Nichts".
 

Für mich klingt das weiterhin nach der wundersamen Brotvermehrung. Ich betriebe eine Wärmepumpe, spendiere ihr einen Teil elektrischen Strom, und am Ende der gesamten Wandlerkette ernte ich 5 Teile elektrischen Strom. Mit diesen 5 Teilen elektrischen Stroms betreibe ich 5 weitere baugleiche Anlagen, aus denen ich dann 25 Teile elektrischen  Stroms gewinne ...    

Super, warum stehen solchen Anlagen nicht bereits überall auf der Welt, also in Dänemark, Rosenheim, ...

Rainer Raisch schrieb:

Martin schrieb:

aus einer Wärmepumpe hinten mehr elektrische Energie herausbekommen als man vorne hineingesteckt hat, das würde alle bekannten physikalischen  Grenzen sprengen. Ein Perpetuum Mobile.

Da hast Du ein grundlegendes Verständnisproblem mit der Energieerhaltung, sie hat rein gar nichts mit der Energieform zu tun. Wie verstehst Du denn die Formel c²m=E. Diese verletzt Deine Auffassung der Energieerhaltung gleich zweimal, einmal die Energie der Masse wird "vernichtet" und zum zweiten "entsteht" dann anderweitige Energie aus dem "Nichts".

 

Schaut euch mal den carnotschen wirkungsgrad an   de.wikipedia.org/wiki/Carnot-Wirkungsgrad .   Das ist der höchste theoretisch mögliche Wirkungsgrad    bei 60° wassertemperatur ist der wirkungsgrad so klein ( ca 18% ) dass er gerademal reicht die Reibung zu überwinden. Natürlich wird Wärme-Energie nicht verbraucht, aber durch Entropiezunahme unbrauchbar gemacht. Die Verwertbarkeit hat also sehr viel mit der Energieform zu tun.

gwandt schrieb:

bei 60° wassertemperatur ist der wirkungsgrad so klein ( ca 18% )

Damit würde gerade die Verfünffachung verbraucht, die die Wärmpumpe vorgelegt hat. Das lohnt sich also noch nicht. Man müsste schon noch zuheizen, wie ich bereits sagte, um in den Bereich eines höheren Wirkungsgrades zu kommen. Für 30% muss man schon über 100% C erhitzen.

Flüsse, in die Kühlwasser geleitet wird, sind da wohl besser geeignet, weil sie sowieso zu warm sind und mit der Wärmepumpe wohl auch zu einer höheren Erhitzung als 60°C führen.

Martin schrieb:

Super, warum stehen solchen Anlagen nicht bereits überall auf der Welt, also in Dänemark, Rosenheim, ...

Eine Wärmepumpe ist verhältnismäßig teuer, und sie ist in der Regel keine Großanlage. Daher wird sie am besten dafür verwendet, die Wärme direkt zu nutzen, anstatt diese nochmals aufwendig zu verstromen. 

Dennoch ist es dann, wenn man Wärmeüberschuss hat und vor allem Strommangel, zumindest möglich, die Wärme zu verstromen, und zwar besser als in einem reinen Heizkraftwerk. Noch besser aber ebenfalls aufwendig ist die Wärmespeicherung. Es bleibt letztlich eine Notlösung für überschüssige Wärme aus der Wärmepumpe.

gwandt schrieb:

Die Verwertbarkeit hat also sehr viel mit der Energieform zu tun.

Das ist allgemein bekannt, bei Martin ging es jedoch um Energieerhaltung.

Martin schrieb:

Super, warum stehen solchen Anlagen nicht bereits überall auf der Welt, also in Dänemark, Rosenheim, ...

www.swro.de/de/blog/ikwk3-eroeffnung
Das dritte der innovativen Kraft-Wärme-Kopplungssysteme nimmt seinen Betrieb auf

• Stabilisierung des Stromnetzes durch Optimierung des Anlagenbetriebs bei geringen oder negativen Strompreisen (Wärmepumpen, Elektrokessel) 

Ein modernes Strom-Wärme-System bzw. die iKWK besteht aus drei Einzelkomponenten:
eine übliche Anlage zur Kraft-Wärme-Koppelung (KWK), zum Beispiel ein Blockheizkraftwerk (BHKW), ein elektrischer Wärmeerzeuger und eine Erneuerbare-Energie-Wärmequelle.

In Rosenheim besteht das iKWK-System aus den Komponenten Gasmotor (4,5 MWel / 3.500 Vbh), Elektrokessel (1,8 MWth / 500 Vbh) und Wärmepumpe (1,5 MWth / 4.500 Vbh).

Rainer Raisch schrieb:

Dennoch ist es dann, wenn man Wärmeüberschuss hat und vor allem Strommangel, zumindest möglich, die Wärme zu verstromen, und zwar besser als in einem reinen Heizkraftwerk. Noch besser aber ebenfalls aufwendig ist die Wärmespeicherung. Es bleibt letztlich eine Notlösung für überschüssige Wärme aus der Wärmepumpe.
 

Überschüssige Wärme aus einer Wärmepumpe kann man vermeiden, indem man die Wärmepumpe schlichtweg abstellt. Das weiß selbst der kleine Häuslebauer.     
Die Wärmepumpe benötigt - Achtung! - im Betrieb elektrischen Strom, um am Ende warmes Wasser zu erzeugen.

Ein Anlagenbetreiber,  der  bei Wärmeberschuss und gleichzeitigem Strommangel seine stromfressende Wärmepumpe weiterbetreibt, um aus der von dieser Wärmepumpe erzeugten überschüssigen Wärme wieder Strom zu erzeugen, der dürfte es schwer haben, seine Strategie plausibel zu erklären.  

Martin schrieb:

Ein Anlagenbetreiber,  der  bei Wärmeberschuss und gleichzeitigem Strommangel seine stromfressende Wärmepumpe weiterbetreibt, um aus der von dieser Wärmepumpe erzeugten überschüssigen Wärme wieder Strom zu erzeugen, der dürfte es schwer haben, seine Strategie plausibel zu erklären.

In Rosenheim scheint das jedoch so zu funktionieren.

Wenn es dabei einen Stromüberschuss ergibt, dann rentiert sich der Aufwand jedenfalls nur bei hohem Strompreis. Bei negativem Strompreis wegen Stromüberschuss wäre es hingegen sogar sinnvoll, dies sehr ineffizient zu tun, um Strom zu vernichten.

Martin schrieb:

Super, warum stehen solchen Anlagen nicht bereits überall auf der Welt, also in Dänemark, Rosenheim, ...

Im Falle marginaler Effizienz mag zB die Abnutzung dem Überschuss entgegenstehen. Die Investition lohnt sich ja schon kaum für die Wärmenutzung (solange es Konkurrenz mit konventionellen Heizkraftwerken, Gasheizung etc gibt).