Marktübersicht

In skandinavischen Ländern werden Großwärmepumpen schon seit Jahrzenten eingesetzt, im Vergleich zu den kleineren Hauswärmepumpen befindet sich der Markt in Deutschland jedoch noch in einem früheren Entwicklungsstadium. Dennoch sind bereits zahlreiche Technologien verfügbar. Die Datenbank führt mehr als 60 Hersteller auf, die kommerziell verfügbare Großwärmepumpen mit einer Heizleistung von über 0,5 MW anbieten. Darüber hinaus gibt es Unternehmen, die als Anlagenbauer maßgeschneiderte Lösungen für Großwärmepumpen entwickeln. Es lassen sich sowohl etablierte Hersteller als auch große Unternehmen, die aus den Bereichen Klima- und Kältetechnik, Prozesstechnik oder Kraftwerkstechnik in den Markt hineinwachsen, sowie eine Reihe von innovativen Start-ups identifizieren.

Die Abbildung zeigt eine Marktübersicht und die Einsatzbereiche von Großwärmepumpen in Abhängigkeit von der Kreislaufart und dem TRL (Technologiereifegrad). Bis zu einer Senkentemperatur von etwa 120 °C gibt es eine Vielzahl von verfügbaren Produkten auf dem Markt. Bei höheren Temperaturen liegt der TRL häufig noch unter 9, was auf eine unvollständige Marktreife hinweist. Da im Hochtemperaturbereich häufig Prozessdampf benötigt wird, kommen hier in der Regel offene Systeme oder eine Kombination aus geschlossener Großwärmepumpe und MVR (Mechanische Dampfrekompression) zum Einsatz.
Marktübersicht und Einsatzbereiche von Großwärmepumpen abhängig der Kreislaufart und des TRL, © Fraunhofer IEG 2024

Großwärmepumpen mit einer Heizleistung bis 1 MW sind meist in standardisierten Produktserien erhältlich. Für Leistungen ab 10 MW hingegen dominieren maßgeschneiderte, hochgradig kundenspezifische Lösungen. Im mittleren Leistungsbereich setzen viele Hersteller ebenfalls auf individuelle Anpassungen, wobei hier erhebliches Potenzial für weitere Standardisierungen besteht.

Die größten Wärmepumpen erreichen aktuell Heizleistungen von bis zu 70 MW. Durch den modularen Parallelbetrieb werden jedoch auch noch höhere Heizleistungen erzielt. Bereits heute sind Großwärmepumpen für Fernwärmeanwendungen mit Vorlauftemperaturen bis 120 °C bereits weit verbreitet und etabliert. Bei Temperaturen über 140 °C ist der Markt noch nicht vollständig erschlossen und oft auf Produkte mit einem TRL von unter 9 beschränkt. Dies verdeutlicht insbesondere im industriellen Sektor den Bedarf an Weiterentwicklungen der Wärmepumpentechnologien.

Etablierte Hersteller, neue Unternehmen und Firmen, die in den Großwärmepumpen-Markt eintreten, entwickeln daher neue Produkte für diesen Temperaturbereich. Der IEA HPT Annex 58 bietet einen Überblick über Technologien, die bereits auf dem Markt verfügbar sind (TRL = 9), sowie über Hochtemperatur-Wärmepumpen, die sich in der Entwicklungsphase oder kurz vor der Marktreife befinden (TRL < 9). Der Fokus liegt dabei auf der Optimierung von Komponenten wie Verdichtern und Wärmeübertragern, innovativen Kreislaufschaltungen, verbesserten Regelungs- und Betriebsstrategien sowie Anpassung an alternative Kältemittel. Zudem werden neuartige Wärmepumpentechnologien mit innovativen Kreisprozessen (z. B. Rotationsverdichtung, Stirling-Kreisprozess oder hybride Wärmepumpen) entwickelt.

Im Hochtemperaturbereich, in dem vor allem Prozesswärme in Form von Prozessdampf bereitgestellt werden muss, werden zunehmend offene Systeme oder Wärmepumpenkaskaden angeboten, die eine geschlossene und eine offene Stufe kombinieren.