IW³ – Integrierte WärmeWende Wilhelmsburg

Privathaushalte verwenden mehr als drei Viertel ihres Gesamtenergieverbrauchs allein für die Wärmeversorgung, die zumeist noch aus fossilen Quellen stammt. Hier steckt also sehr großes Klimaschutz-Potenzial und wir wollen mit unserem Projekt dazu beitragen, nicht nur die Strom-, sondern auch die Wärmeversorgung klimafreundlich zu gestalten.

Eine nahezu CO2-freie dezentrale Wärmeversorgung etablieren, die ohne fossile Energieträger auskommt. Dies ist das Ziel des Projektes IW3 – Integrierte WärmeWende Wilhelmsburg, das ein Konsortium um den städtischen Ökostromversorger HAMBURG ENERGIE bis 2024 umsetzen möchte.

Für die Umsetzung konnten sich die Projektpartner Fördergelder aus dem Programm „Reallabore der Energiewende“ des Bundeswirtschaftsministeriums sichern. Die Reallabore sind Teil des 7. Energieforschungsprogramms, mit dem die Bundesregierung Forschung und Entwicklung im Bereich zukunftsweisender Energietechnologien unterstützt.

 

Zentraler Bestandteil des Projektes IW3 – Integrierte WärmeWende Wilhelmsburg ist die regenerative Wärmeversorgung. Neben bereits vorhandenen Erzeugern wie Windkraft oder Solarthermie bildet die Nutzung von Erdwärme eine Basis der Erzeugung. So sieht das Konzept die Errichtung einer Geothermieanlage sowie eines angeschlossenen Wärmenetzes vor.

Mittels zusätzlicher Einbindung sektorenübergreifender Technologien wie Wärmepumpen und Power-to-Heat-Anlagen sowie der Verwendung selbst erzeugten erneuerbaren Stroms, ist perspektivisch eine CO2-neutrale Versorgung möglich. Um Wärmeüberschüsse des Sommers im Winter nutzen zu können, ist die Errichtung eines saisonalen Speichers, eines sogenannten Aquifer-Wärmespeichers vorgesehen. So können schwankende Energiebedarfe mit unterschiedlichen Energieverfügbarkeiten effizient miteinander in Einklang gebracht werden. Ein digitaler Wärme-Marktplatz bündelt alle lokalen Energieerzeuger und Verbraucher und ermöglicht so eine kosteneffiziente wie klimafreundliche Versorgung von Gebäuden. 

Drei Kernelemente

Geothermie

Um für Wilhelmsburg eine klimafreundliche dezentrale Wärmeversorgung zu etablieren, die ohne fossile Energieträger auskommt, spielt die natürliche Energie aus der Tiefe eine große Rolle: Erdwärme. Zusammen mit dem Tochterunternehmen GTW Geothermie Wilhelmsburg GmbH plant HAMBURG ENERGIE Erdwärme als natürliche Energiequelle nutzbar zu machen und dazu die Errichtung einer Geothermie-Anlage ab 2021.

Dabei wird heißes Thermalwasser aus dem Untergrund, aus etwa 3.500 Metern Tiefe, nach oben geholt. Über Wärmetauscher wird die Energie dem Wasser entzogen und in das Wärmenetz eingespeist, das wir errichten werden Das abgekühlte Wasser wird zurück in die Erdschicht geleitet, aus der es kam und erwärmt sich erneut. So zirkuliert das Wasser zur Gewinnung von Erdwärme in einem Kreislauf und unabhängig davon zirkuliert Wasser im Wärmenetz, das mittels des Wassers die Wärme in die Haushalte verteilt.

Der vorgesehene Standort der Geothermie-Anlage befindet sich an der Alten Schleuse/Schlengendeich, in einem Gewerbegebiet zwischen Veringkanal und Reiherstieg im Bereich des Hamburger Hafens auf der Elbinsel Wilhelmsburg.

Aquifer-Wärmespeicher

Da in den Sommermonaten nicht das gesamte Wärmeangebot benötigt wird, es aber nicht ungenutzt verpuffen soll, ist in 200 bis 400 Metern Tiefe die Errichtung eines unterirdischen saisonalen Speichers, des Aquifer-Wärmespeichers vorgesehen. Er verbindet Angebot und Bedarf miteinander, indem hier die im Sommer anfallende Wärme zwischengespeichert wird, bis sie in den kälteren Monaten wieder gebraucht wird.

Der vorgesehen Aquifer-Wärmespeicher besteht aus einer Brunnendublette und einem oberirdischen Anlagenteil mit einem Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme in bzw. aus einem separaten Wärmekreislauf. In der Einspeicherphase wird kaltes Grundwasser aus einem Hilfsbrunnen gefördert, auf Temperaturen von bis zu 85 °C aufgeheizt und über den Produktionsbrunnen in den gleichen Grundwasserleiter gegeben.

Die Wärme wird im Grundwasser und im Feststoffgerüst des Grundwasserleiters gespeichert. Nach der Speicherung wird das heiße Grundwasser zurückgefördert, die Wärme übertägig entzogen und das abgekühlte Wasser wieder in den Hilfsbrunnen gegeben. Das für die Wärmespeicherung genutzte Grundwasser wird somit in einem Kreislauf geführt.

Digitaler Wärmemarktplatz

Auf dem digitalen Wärme-Marktplatz werden lokale Wärmemengen verschiedener Qualitäten angeboten. Hieraus können Kunden wie Wohnungsbaugesellschaften oder Gewerbebetriebe wählen und festlegen, aus welchen Quellen die Energie stammen soll.

Um Energiemengen mit transparenten Informationen zu Herkunft und Historie zu versehen, basiert das Konzept des Wärmemarktplatzes auf der Blockchain-Technologie. Sie sorgt dafür, dass sich anlagenscharf nachverfolgen lässt, welche Energiemengen aus welchen Quellen stammen.

Ziel dieses Konzeptes ist es, ein vollständiges digitales Abbild der energetischen Netzprozesse zu zeigen. Dadurch wird transparent und nachvollziehbar aus welchen Energieträgern die Wärme entstanden ist und wie sich die Qualität durch evtl. Speicherung und Vermischung verändert.

Reallabor der Energiewende

Innovationen in die Anwendung bringen – dieses Ziel verfolgt des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit der Förderung von sogenannten Reallaboren. Die „Reallabore der Energiewende“ sollen dabei innovative Technologien und deren Zusammenspiel erproben, und das ganz konkret, im industriellen Maßstab und unter realen Bedingungen. Dies kann sich auf ein Quartier beziehen oder, wie im Falle von IW³, auf einen ganzen Stadtteil. Die in den Reallaboren gesammelten Erfahrungswerte sollen dann genutzt werden, um den Umbau des Energiesystems in Deutschland voranzubringen. So ist es das Ziel des Projektes IW³, als Blaupause für eine nachhaltige und umweltfreundliche Wärmeversorgung dienen, die von weiteren Städten und Gemeinden in Norddeutschland für die eigene Wärmewende genutzt werden kann.

Starke Partner

Wir freuen uns, Teil eines starken Partnernetzwerks zu sein, das gemeinsam dieses richtungsweisende Projekt umsetzen wird.

Als städtischer Ökostromversorger sind wir stolzer Konsortialführer und koordinieren das Gesamtprojekt IW3. Wir werden den Aquiferspeicher errichten und betreiben sowie einen digitalen Wärmemarktplatz entwickeln.

Die Geothermie Wilhelmsburg GmbH plant die Umsetzung und den Betrieb der geothermischen Dublettenbohrung zur Förderung des Thermalwassers, dessen Energie in das Nahwärmenetz zur nachhaltigen Versorgung von Quartieren in Wilhelmsburg übertragen werden soll. Bei entsprechender Fündigkeit ist der Bau und Betrieb einer ORC-Anlage mit zusätzlicher Stromproduktion vorgesehen.

CONSULAQUA übernimmt im Projekt IW³ die Realisierung und Inbetriebnahme sowie betriebliche Erprobung des Hochtemperatur-Aquiferwärmespeichers (H-ATES). Dadurch wird die Grundlage für einen regulatorischen Rahmen zur Nutzung der H-ATES-Technologie im Rahmen der Wärmewende geschaffen.

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Das private Forschungsunternehmen entwickelt einen Rahmen für den Vertrieb von grünen Fernwärme-Produkten. Mit einem neuen Herkunftsnachweisregister soll künftig – ähnlich wie beim Ökostrom – grüne Fernwärme rechtssicher vermarktet werden können. Erlöse hieraus erleichtern die Refinanzierung neuer Projekte zur Erzeugung erneuerbarer Fernwärme.

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Die CAU hat in den letzten Jahren systematisch vier dynamische Forschungsschwerpunkte entwickelt, die auf der interdisziplinären Wechselwirkung unterschiedlicher Disziplinen basieren: Meereswissenschaften, Lebenswissenschaften, Gesellschaft, Umwelt und Kultur im Wandel sowie Nanowissenschaften und Oberflächenforschung.

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Die HAW Hamburg wird in IW³ die Einführung von Marktprinzipien in Wärmenetzen untersuchen. Dies umfasst sowohl die simulationsgestützte Entwicklung von Markplatzkonzepten als auch deren Umsetzung im Realbetrieb unter technischen Randbedingungen.

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