Klimaneutrale Heizung für Herne: Wie KSB-Pumpen Fernwärme aus dem Chemiewerk ermöglichen

Mit seinen Schloten, den Gasspeichern und dem markanten Kühlturm bestimmt das Werk von INEOS Solvents das Stadtbild von Herne. Der Industriebetrieb stellt nicht nur Lösungsmittel wie Ethanol, Diethylether oder Isopropanol her, sondern liefert auch klimaneutrale Wärme für die Stadt.

Das Werk stellt industrielle Abwärme zur Nutzung als Fernwärme bereit. Für seine Produktionsprozesse benötigt der Betrieb Nassdampf, auch Brüden genannt. Bei der Kühlung und Kondensation des Dampfes fällt Abwärme an. Wärmetauscher übergeben diese an ein rund 5 Kilometer langes Fernwärmenetz, das mehr als 1000 Haushalte im Umfeld des Werks versorgt. Bis zu 4 Megawatt Wärmeenergie stellt das INEOS-Netz zur Verfügung. Da für diese Wärme keine zusätzlichen fossilen Energieträger verbrannt werden müssen, ist sie klimaneutral.

Lange Zeit standen die Betreiber des Fernwärmenetzes jedoch vor zwei Herausforderungen. Zum einen erzeugte der Industriebetrieb deutlich mehr überschüssige Wärme, als das bestehende Netz nutzen konnte. Unter optimalen Bedingungen bietet der Produktionsprozess ein Abwärme-Potenzial von über 8 Megawatt – deutlich mehr als die 4 Megawatt, die von den angeschlossenen Haushalten benötigt werden.

Zum anderen musste die Versorgung immer dann, wenn die Produktion bei INEOS stillstand, etwa wegen Wartungsarbeiten, auf eine teure Wärmeproduktion durch Dampf umgestellt werden.

Durch eine Zusammenarbeit mit KSB konnten die Stadtwerke Herne diese Limitierungen umgehen und die Nutzung von Prozessabwärme für ihre Fernwärmeversorgung ausbauen. Die Lösung bestand darin, das bestehende Netz mit einem weiteren Fernwärmenetz zu verbinden. Nur 500 Meter vom INEOS-Werk entfernt verläuft das Fernwärmenetz Mitte, das die Herner Innenstadt mit Wärme versorgt. Dieses wird vom Energieversorger Uniper mit fossiler Energie beheizt.

Über die Verbindung beider Netze kann das Fernwärmenetz Mitte die überschüssige Wärme aus dem INEOS-Netz aufnehmen und benötigt dadurch seinerseits weniger fossil erzeugte Energie. Umgekehrt ist auch das INEOS-Netz abgesichert, wenn dort zeitweise keine Abwärme zur Verfügung steht.

In der Praxis war diese Verbindung allerdings alles andere als einfach, denn die beiden Netze arbeiten nach technisch sehr unterschiedlichen Prinzipien.

An das INEOS-Netz sind Haushalte teilweise direkt angeschlossen, sodass das Heizwasser unmittelbar durch die Heizkörper fließt. Deshalb muss dieses System mit relativ niedrigen Temperaturen und geringem Druck betrieben werden. Die Systemtemperaturen sind auf unter 90 Grad Celsius begrenzt. Der Systemruhedruck liegt bei etwa 3 bar, der Maximaldruck im Vorlauf bei 4,5 bar.

An das Fernwärmenetz Mitte dagegen sind die Gebäude über Übergabestationen mit Wärmetauschern angebunden. Daher kann es mit höherem Druck und höheren Temperaturen betrieben werden: Es hat Systemtemperaturen von bis zu 130 Grad Celsius im Vorlauf und von 50 bis 80 Grad Celsius im Rücklauf. Der Systemruhedruck liegt bei etwa 12 bar.

Eine direkte Verbindung der beiden Netze war daher nicht möglich. Die Lösung: eine intelligente Wärmeübergabestation mit zwei leistungsstarken Plattenwärmetauschern, die jeweils 8 Megawatt Leistung haben. Sie trennt beide Systeme hydraulisch voneinander und ermöglicht dennoch den Austausch von Wärme. So wird aus zwei bislang getrennten Systemen ein flexibler Verbund.

Die eigentliche Herausforderung lag in der Steuerung, denn der Bedarf in einem Fernwärmenetz schwankt ständig. Er wird nicht nur von den Jahreszeiten beeinflusst, sondern auch von Tageszeit und Wetter. Auch die Höhe der industriellen Abwärme verändert sich, weil sie direkt vom Herstellungsprozess abhängt.

Die Aufgabe, den Betrieb der Wärmeübergabestation flexibel an den Bedarf anzupassen, übernimmt das KSB Engineered Pumpenregelsystem, das Herz der Anlage. Es regelt aufseiten des INEOS-Netzes vier Umwälzpumpen vom Typ Etanorm 200-150-250 mit Gehäusen aus Grauguss und Laufrädern aus Bronze. Als Antrieb dienen 4-polige Asynchronmaschinen mit 45 Kilowatt Leistung. Diese werden über das KSB-Engineered-Pumpenregelsystem von Frequenzumrichtern vom Typ KSB PumpDrive R bis 60 Hertz übersynchron angesteuert. Ebenso werden die beiden Rückspeisepumpen zur Einspeisung in das Fernwärmenetz Mitte von der gleichen Regelung per Frequenzumrichter auf die optimale Rückspeise-Durchflussmenge angepasst.

Die so gesteuerten Pumpen halten den Wasserkreislauf im INEOS-Netz in Bewegung, stabilisieren den Druck und verhindern, dass sicherheitsrelevante Zustände wie Überdruck, Übertemperatur, Unterdruck oder Trockenlauf entstehen. Dabei beobachtet die Steuerung gezielt besonders kritische Stellen, Schlechtpunkte genannt, an denen zum Beispiel als Erstes der Druck zu stark abfällt oder die Temperatur nicht mehr ausreicht.

Je nach Bedarf wechselt die Anlage zwischen mehreren Betriebsmodi hin und her. Im Normalfall versorgt die Prozessabwärme das Netz rund um das Werk. Reicht sie nicht aus, etwa während Wartungsarbeiten, übernimmt das Innenstadtnetz die Versorgung. Gibt es dagegen mehr Abwärme, als lokal gebraucht wird, wird die überschüssige Energie in das städtische Netz zurückgespeist. Besonders sensibel sind die Umschaltungen zwischen diesen Betriebsfällen. Wenn Pumpen zu abrupt hoch- oder herunterfahren, können Druckstöße entstehen. Solche Belastungen sind für Armaturen und Leitungen problematisch. Deshalb wurde die Anlage so programmiert, dass die Pumpen ihre Drehzahl mit sogenannten dynamischen An- und Abfahrrampen optimal an den Anlagenbedarf anpassen.

Im März 2025 wurde das Projekt abgeschlossen. Das Vorhaben zeigt, dass klimafreundliche Wärme nicht nur von neuen Energiequellen abhängt, sondern auch davon, vorhandene Potenziale technisch klug zu erschließen und in bestehende Systeme einzubinden. Herne macht damit vor, wie die Wärmewende ganz konkret Gestalt annehmen kann: technisch anspruchsvoll, im Alltag unsichtbar – und für die Klimaziele von morgen umso wichtiger.