Ein Angebot der

Wasserkraft und Wärmepumpe

Wärmepumpen lassen sich perfekt mit Strom aus Wasserkraftanlagen betreiben. Wie das geht? Hier gibt es die Antworten!

Wasserkraft und Wärmepumpe

Technologie, Kombination, Wirtschaftlichkeit

Um unabhängiger von Energieversorgern und fossilen Brennstoffen zu werden, machen sich immer mehr Menschen die Energie zunutze, die das eigene Grundstück bereitstellen kann. Umgebungsluft, Erdreich und Grundwasser liefern selbst im tiefsten Winter genug Wärmeenergie, um ein Gebäude zu beheizen. Nutzbar wird diese Energie durch eine Wärmepumpe. Sie entzieht der Umwelt mit Hilfe elektrischer Energie Wärme und „pumpt“ sie auf ein höheres Temperaturniveau. Und ein Teil der elektrischen Energie kann wiederum auf dem eigenen Grundstück erzeugt werden: in Ihrem Fall mit Hilfe der vorhandenen Wasserkraftanlage. Aber Sie können noch einen Schritt weiter gehen, indem Sie nicht nur den Strom für die Wärmepumpe mittels Wasserkraft erzeugen, sondern das Wasser selbst als Energiequelle nutzbar machen.

Die regenerative Eigenstromerzeugung zum Betrieb einer Wärmepumpe wird oftmals mit einer Photovoltaikanlage realisiert. Aber auch die Wasserkraftanlage eignet sich hervorragend als Stromlieferant. Durch die Versorgung einer Wärmepumpe mit Strom aus der eigenen Wasserkraftanlage kann der Eigenstromverbrauch noch weiter ausgebaut werden. In Zeiten hoher Strombezugskosten bringt ein hoher Eigenverbrauch einen wirtschaftlichen Vorteil mit sich. Die von der Wärmepumpe mit Hilfe von Strom erzeugte Wärme, steht für die Beheizung Ihrer Gebäude zur Verfügung. Somit kann auf den Betrieb einer konventionellen Öl- oder Gasheizung verzichtet werden und Heizkosten können eingespart werden.

Der große Vorteil der Wasserkraft als Stromlieferant im Vergleich zur Photovoltaik: die Wasserkraft ist auch nachts verfügbar. Zudem ist sie weitestgehend unabhängig von Jahreszeiten. Somit kann die Wärmepumpe auch im Winter mit regenerativem Strom versorgt werden.

Die Wärmepumpe selbst benötigt für ihren Betrieb nur ganz geringe Temperaturen. Zwar liegen bei den möglichen Wärmequellen Luft, Erdreich und Wasser jahreszeitlich bedingt unterschiedliche Temperaturniveaus vor. Diese reichen aber aus, um auch im Winter zuverlässig die Beheizung Ihrer Gebäude zu übernehmen. Durch die Kombination einer Wasserkraftanlage und einer Wärmepumpe erzeugen Sie nicht nur Ihren Strom, sondern auch Ihre Wärme aus einer regenerativen Energiequelle!

Das Büro für Wasserkraft und die Experten vom Wärmepumpen-Marktplatz NRW haben gemeinsam diesen Leitfaden entwickelt. Wir möchten Sie auf diesem Wege weitreichender über die Möglichkeiten und Vorteile einer Anlagenkombination informieren.

Verknüpfung von Wasserkraft und Wärmepumpe

Die Kombination von Wasserkraft und Wärmepumpe kann unterschiedlich umgesetzt werden.

Wird für den Betrieb der Wärmepumpe Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt, dann arbeitet die Anlage besonders umwelt- und klimafreundlich. Ideal dafür ist die Kombination mit einer Wasserkraftanlage. Aufgrund der besonderen Standortvoraussetzungen wird diese Möglichkeit nicht so breit kommuniziert wie beispielsweise die Kombination einer Wärmepumpe mit einer hauseigenen Photovoltaikanlage.

Alle oben genannten Ausführungsvarianten von Wärmepumpen benötigen Strom, um die Umweltwärme auf ein höheres Temperaturniveau zu „pumpen“. Daher ist die Kombination einer Wärmepumpe und einer Wasserkraftanlage in jedem Fall möglich und sinnvoll.

Beispiel: Ermittlung der notwendigen Wärmepumpenanschlussleistung

Der ermittelte Energiebedarf zum Betrieb der strombetriebenen Wärmepumpe im EFH beträgt 3.488 kWh/a. Ausgehend von maximal 2.000 Heizstunden pro Jahr zeigt sich, dass eine Wärmepumpenanschlussleistung von 2.000 Watt ausreichend ist, um die Wärmeversorgung zu gewährleisten.

(3.488 kWh/a)/(2.000 h/a)=1,74 kW

In der Regel weisen Wasserkraftanlagen größere Leistungen auf, sodass die Wärmepumpe mit einem hohen Anteil eigenerzeugtem Strom versorgt werden kann. Da die Wasserkraft im Vergleich zu Photovoltaik-Anlagen auch nachts und im Winter zur Verfügung steht, ist die Versorgung ganzjährig möglich. Im Hochsommer kann es vorkommen, dass die Wasserkraftanlage bei Niedrigwasser stillsteht. Dies stellt aber kein Problem dar, da im Sommer ohnehin kein oder nur ein minimaler Wärmebedarf vorliegt.

Sollte die aktuelle Leistung der Wasserkraft einmal nicht ausreichend sein, wird zusätzlich Strom aus dem Netz zum Betrieb der Wärmepumpe bezogen. Natürlich kann der Reststrom auch von einer anderen erneuerbaren Energiequelle erzeugt werden, wie z.B. einer Photovoltaik-Anlage.

Die Besonderheit an Wasserkraftstandorten ist aber nicht allein die ganzjährige Verfügbarkeit der Antriebsenergie. Der Vorteil an bestehenden Wasserkraftanlagen ist, dass Wasser bereits in ausreichender Menge an der Oberfläche bzw. oberflächennah verfügbar ist und thermisch genutzt werden kann.

Kombination von Wasserkraft und Wasser/Wasser-Wärmepumpe

Die Wasser/Wasser-Wärmepumpe kann Wasser direkt aus dem Fluss entnehmen und zur Wärmepumpenanlage führen. Das abgekühlte Wasser wird dem Fluss anschließend wieder zugeführt. Zur Entnahme eignen sich künstlich angelegte Bereiche wie zum Beispiel das Einlaufbauwerk. Das kostenintensive Bohren von Schluck- und Saugbrunnen entfällt.

Kombination von Wasserkraft und Sole/Wasser-Wärmepumpe

Eine weitere Möglichkeit zur Verknüpfung von Wasserkraft und Wärmepumpe ist die direkte Installation des Wärmetauschers im Flusswasser. Auch hierfür eignet sich das Einlaufbauwerk besonders gut. Dieses wird oftmals durch Rechen vor Treibgut geschützt, sodass hier keine Gefahr für die Wärmepumpenanlage besteht. Die Installation des Wärmetauschers im Auslass der Wasserkraftanlage hält das Oberwasser frei von jeglicher zusätzlichen Beeinflussung.

Je nach Standortgegebenheiten bieten sich verschiedene Montagemöglichkeiten an. Wichtig ist lediglich, dass große Wassermengen vorhanden sind und ein guter Austausch des Wassers möglich ist. Kunststoffrohe lassen sich beispielsweise am Boden verlegen. Die darin zirkulierende Flüssigkeit nimmt die im Wasser gespeicherte Wärme auf und transportiert sie zur Wärmepumpe. Der Wärmetauscher lässt sich auch direkt hinter dem Rechen anbringen.

Aus Wasserschutzgründen wird als Wärmeträgermedium keine Sole sondern beispielsweise Wasser verwendet. Da es sich aber weiterhin um ein geschlossenes System handelt, spricht man hier dennoch von einer Sole/Wasser-Wärmepumpe.

Während Grundwasser nur sehr langsam fließt (~1m/Tag) strömt Wasser in einem Fluss wesentlich schneller. Durch die Nutzung dieses Oberflächenwassers, findet so gut wie keine Abkühlung statt. Mit Gefrieren des Wärmeträgermediums Wassers ist nicht zu rechnen.

Das über das Jahr hinweg – vor allem im Vergleich zur Außenlust – relativ hohe Temperaturniveau von Grundwasser und Oberflächengewässern, resultiert in einer besseren JAZ der Wärmepumpe. Unter diesem Gesichtspunkt ergibt sich daher auch eine höhere Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen.

Sofern Sie also über den Einsatz einer Wärmepumpe nachdenken, empfiehlt sich zunächst die Überprüfung inwiefern das Oberflächenwasser nutzbar gemacht werden kann und vorhandene Infrastruktur wie beispielsweise Einlaufbauwerke genutzt werden können. Dadurch werden Eingriffe in das Gewässer sowie in die Natur und Landschaft minimiert.

Sollte diese Möglichkeit ausgeschlossen werden, kann der Wasserkraft-Strom immer noch für den Antrieb einer Luft/Wasser-Wärmepumpe verwendet werden.

Welche Heizleistung kann ich mit meiner Wasserkraftanlage erzielen?

Sie selbst können ganz einfach herausfinden, welche Heizleistung Sie durch eine mit Wasserkraft-Strom betriebene Wärmepumpe erzeugen können.

Multiplizieren Sie einfach die Leistung Ihrer Kleinwasserkraftanlage mit dem COP einer Wärmepumpe.

Beispiel:

7 kW (el.) x 3 = 21 kW Heizleistung (Luft)

7 kW (el.) x 4 = 28 kW Heizleistung (Sole)

7 kW (el.) x 5 = 35 kW Heizleistung (Wasser)

Die Leistung der Wasserkraft bleibt unverändert. Je nach Wahl des Systems ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen COP eine andere Heizleistung.

Wenn Sie die Heizleistung zudem mit den Jahresvolllaststunden der Wasserkraftanlage multiplizieren, erhalten Sie die über ein Jahr zu erzeugende Wärmemenge. Vergleichen Sie das Ergebnis mit Ihrem Heizenergiebedarf.