Das größte Grubenwasserprojekt in Großbritannien

Wärmeenergie aus der Kohlemine: Das „Gateshead Mine Water Scheme" ist das derzeit größte Projekt in Großbritannien zur Wärmerückgewinnung aus Grubenwasser. GEA (www.gea.com) lieferte als Projektpartner 2 x 3 MW-Hochleistungswärmepumpen. Die Wärmepumpen nutzen die Energie des natürlich erwärmten Grubenwassers, um den Wärmebedarf der an das Fernwärmenetz angeschlossenen Gebäude zu decken. Das bestehende städtische Wärmenetz, das bereits 18 öffentliche und private Gebäude sowie 350 Haushalte versorgt, wird damit um eine zusätzliche Wärmeleistung von 12 GWh pro Jahr erweitert.

Ein Pilotprojekt mit Vorbildcharakter

Gateshead befindet sich im Nordosten Englands in der Nähe von Newcastle. Sowohl der Stadtrat von Gateshead als auch das hundertprozentige Tochterunternehmen Gateshead Energy Company (GEC) als Betreiber des Gateshead District Energy Network (DEN) haben sich verpflichtet, bis 2030 den Status der Kohlenstofffreiheit zu erreichen. Das Grubenwasser-Wärmeauskopplungssystem ist Teil der kohlenstofffreien Wärmestrategie des Gateshead Council. Das erste Ziel bestand darin, allen Einwohnern des Bezirks billigere Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen. Das zweite Ziel bestand darin, eine Ergänzung zur ursprünglich installierten Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK) zu finden, die eine geringere Kohlenstoffbilanz aufweist.

Grubenwasser: nach „schwarzem Gold" jetzt „warmes Gold"

In der Vergangenheit haben die Bergleute in der Kohlemine von Gateshead die Kohle aus der Erde geholt, um Hochöfen zu befeuern, aber auch um Häuser zu heizen. Gateshead war einst der größte Kohlelieferant der Welt und lieferte im Jahr 1625 mehr als 400.000 Tonnen Kohle zur Beheizung von Häusern. Die letzten Kohleminen in der Region wurden jedoch in den 1960er Jahren geschlossen. Seitdem haben sich die Stollen mit Wasser gefüllt, das nun die Energiequelle für die Wärmepumpen darstellt. So liefert der Untergrund von Gateshead wieder einmal lebenswichtige Energie für die Beheizung der Häuser und der Industrie von Gateshead. Diesmal geschieht dies auf umweltfreundliche Weise und trägt zur Verringerung der CO₂- und NO_x-Emissionen bei.

So wird dem Grubenwasser Wärme entzogen

Das Wasser wird aus einer Tiefe von 150 Metern aus dem alten Bergwerk in den ebenerdigen Betriebsraum gepumpt, wo die 2 x 3-MW-Ammoniak-Wärmepumpen von GEA dem 15 Grad Celsius warmen Grubenwasser Energie entziehen. Die Wärmepumpen erhöhen die Temperatur der gewonnenen Energie und versorgen die Häuser und Gebäude in Gateshead mit Warmwasser (80 °C). Wenn die Wärmepumpen dem Grubenwasser die Wärme entzogen haben, wird das Wasser mit einer Temperatur von acht Grad in die Grube zurückgeführt.

GEA-Wärmepumpen stehen im Mittelpunkt des Gateshead Mine Water Scheme, des landesweit größten Systems zur Wärmerückgewinnung aus Grubenwasser
Bild: GEA

Um die Leistung des Wärmepumpensystems zu optimieren, wird ein zweistufiger Kompressionszyklus mit Schraubenkompressoren verwendet. Das Grundwasser wird gefiltert und durch Platten- und Rahmenwärmeübertrager aus Titan gepumpt. Für die Verdampferplatten wurde Titan gewählt, um der Qualität des Grundwassers zu entsprechen. Auf der Heizungsseite werden mehrere Wärmeübertrager in Reihe geschaltet, um die Effizienz der Wärmepumpenlösung zu optimieren.

Teil des Konzepts sind auch Solarparks, die dazu beitragen, einen Teil des Stroms für den Betrieb der Wärmepumpen bereitzustellen – diese wurden auf einem Feld neben den Minenwasserbohrungen und der Wärmepumpe neu errichtet. Für jede Einheit Strom, die von der Wärmepumpe verbraucht wird, werden drei Einheiten erneuerbare Wärme erzeugt. GEC wird für den Betrieb der Wärmepumpen Strom aus dem Netz importieren, das Jahr für Jahr kohlenstoffärmer wird und bis Mitte des nächsten Jahrzehnts kohlenstofffrei sein soll. An sonnigen Tagen, wenn GEC überschüssigen Strom aus den Solarparks hat, wird dieser grüne Energie für den Betrieb der Wärmepumpen liefern. Das bedeutet, dass GEC jetzt für bestimmte Zeiträume 100 % kohlenstofffreie Wärme produzieren kann.

Ammoniak-Wärmepumpen bieten optimale Leistung

Ammoniak wurde als natürliches Kältemittel für diese Anwendung ausgewählt. Es bietet die beste Effizienz und hat kein Erderwärmungspotenzial. Unter den gegebenen Bedingungen in Gateshead sind Ammoniak-Wärmepumpen 10 bis 20 % effizienter als F-Gas-Lösungen (HFC/HFO).