Zur Dekarbonisierung ihrer Energie- und Wärmeversorgung haben die Stadtwerke Norderstedt eine Zukunftsstrategie entwickelt, die in einem Rechenzentrum anfallende Abwärme über Wärmepumpen auf ein höheres Temperaturniveau hebt und in das kommunale Fernwärmenetz einspeist.
Norderstedt, viertgrößte Stadt Schleswig-Holsteins mit 84.000 Einwohnern, hat bereits in den 1980er-Jahren den Grundstein für sein Fernwärmenetz gelegt. Bis 2040 soll die Wärmeversorgung der Stadt vollständig klimaneutral erfolgen. Dazu muss sie neben dem Ausbau erneuerbarer Energien und dem Zukauf von grünem Strom aus schleswig-holsteinischen Windkraftanlagen auch bisher ungenutzte Energiequellen durch intelligente Sektorenkopplung erschließen.
Die Stadtwerke Norderstedt sind nicht nur Anbieter des kommunalen Fernwärmenetzes, sondern auch Betreiber eines Rechenzentrums auf dem Gelände der Stadtwerke und quasi direkt über dem Fernwärmenetz. Da lag es nahe, diese bisher ungenutzte Abwärme für die Wärmeversorgung der Stadt zu nutzen. Die Idee der Stadt Norderstedt war es, die zur Kühlung der Server benötigte Kühlleistung künftig mit Wärmepumpen zu erzeugen, die gleichzeitig das Temperaturniveau der Abwärme so weit anheben, dass sich diese für das Fernwärmenetz nutzen lässt.
Die Herausforderung lag in der großen Temperaturdifferenz von 68 K zwischen der Kälteleistung (13 °C) für das Rechenzentrum und der benötigten Wärme (81 °C) für das Fernwärmenetz. Wenn das Rechenzentrum seine Serverkapazitäten voll ausschöpft, ist eine maximale Kälteleistung von 1.200 kW zu bewältigen.
Doppelrolle für die Wärmepumpen
Bei der Umsetzung dieses innovativen Abwärme-Konzepts setzen die beteiligten Projektpartner FC-Planung GmbH und Kraftanlagen Energies & Services SE für die Stadtwerke Norderstedt auf Produkte von Carrier Klimatechnik. Zwei Wärmepumpen von Carrier übernehmen die Mittlerfunktion zwischen den beiden Sektoren – der Kühlung des Rechenzentrums und der kommunalen Fernwärmeversorgung. Anfang 2024 wurden zwei Hochtemperatur-Wasser/Wasser-Wärmepumpen für industrielle und gewerbliche Heizanwendungen des Typs AquaForce 61XWH-ZE10 installiert. Sie arbeiten mit dem Low-GWP-Kältemittel R-1234ze mit einem Treibhauspotenzial nahe Null (GWP 1,37) und sind für eine Vielzahl erneuerbarer Energiequellen wie Abwärme aus Rechenzentren und industriellen Prozessen ausgelegt.
Nach einem Probelauf nahmen die Stadtwerke Norderstedt sie Ende April 2024 in Betrieb. Bei einer Leistungsaufnahme von 652 kW stellen sie bei voller Serverauslastung jeweils eine maximale Kälteleistung von rund 1.200 kW und eine maximale Heizleistung von über 1.800 kW bereit.
Umluftkühler in der neuen Energiezentrale sorgen für eine konstante Raumtemperatur von etwa 30 Grad und erhöhen zusätzlich die nutzbare Abwärme durch eine direkte Anbindung an den Kältemittelkreislauf. Die Wärmepumpe führt die Abwärme aus der Kühlung dem Fernwärmenetz zu und entlastet damit die bisher ausschließlich mit Erdgas betriebene Fernwärmeversorgung. Langfristig kann so aus der Abwärme des Rechenzentrums eine maximale Leistung von 1,8 MW gewonnen werden.
Projekt mit Vorbildcharakter
Seit der Sektorenkopplung des Rechenzentrums mit dem Fernwärmenetz und der Inbetriebnahme der Wärmepumpen hat die Anlage bereits 6,8 Millionen kWh Wärme in das Fernwärmenetz eingespeist. Die Wärmepumpen von Carrier unterstützen die Grundlastversorgung der Stadt mit Wärme. Als frei verfügbare und emissionsfreie Wärmequelle trägt die Abwärme zur Dekarbonisierung der Fernwärmeversorgung bei. Jährlich können durch das Projekt mindestens 3.800 Tonnen CO₂ eingespart werden.
Die Einsparung an Energiekosten ist so groß, dass sich die Investition in die Wärmepumpentechnik in vergleichsweise kurzer Zeit in Abhängigkeit der Energiepreise, der Anlagenauslastung und betrieblichen Effizienz amortisiert. Da bis zu 8 Prozent des bisher verbrauchten Gases eingespart werden, sinkt auch der CO₂-Ausstoß deutlich.
In Norderstedt ist die Abwärmenutzung eines weiteren Rechenzentrums in Planung. An mittlerweile vier BHKW-Standorten des Fernwärmenetzes Norderstedt sind jeweils zwei Wärmepumpen installiert, die verschiedene Wärmequellen nutzen. Zum einen die Außenluft und zum anderen Abgas (Abgaswärmetauscher) und Niedertemperaturquellen innerhalb der BHKW-Anlagentechnik. Aktuell ist die Aufrüstung zweier weiterer Anlagen nach diesem Schema konkret geplant.