Wie heizen wir in Zukunft? Großwärmepumpen könnten ganz Deutschland warmhalten

Im Gebäudesektor hinken wir den Notwendigkeiten des Klimawandels weit hinterher. Insbesondere im Heizungsbereich läuft die Dekarbonisierung nur schleppend. Etwa 80 Prozent der Energie, die für das Heizen und die Warmwasseraufbereitung benötigt wird, stammen derzeit von fossilen Brennstoffen. Augenblicklich ist das jedoch im Rückgang, was vor allem am Trend zum Einbau kleiner, luftbasierter Wärmepumpen liegt. Sinnvoller wäre es jedoch, bei der Wärmeversorgung auf Fernwärme aus Großwärmepumpen. Das Potential wäre da. Allerdings fehlt es noch an drei wichtigen Voraussetzungen für den Aufbau.

Viel Potenzial in Deutschland

In Studien stellte sich heraus, dass vor allem die oberflächennahe und tiefe Geothermie sowie Grundwasser-Aquifere und auch Grubenwasser sowie die Abwärme von Industrieanlagen sowie Rechenzentrum für Großwärmepumpen nutzbar wären. Ein Team rund um Fabian Ahrendts von der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG für Agora Energiewende unterscuht. Dabei konzentrierten sie sich auf Deutschlands Bedarf für Wärme sowie Warmwasser bis 200 Grad und wollten wissen, ob dieser durch Großwärmepumpen gedeckt werden kann. Also durch Wärmepumpen ab einer Heizleistung von 500 Kilowatt pro Einheit.

Großwärmepumpen statt Insellösungen

Als erstes gingen die Forscher:innen der Frage nach, wie viele Großwärmepumpen derzeit in Deutschland im Einsatz sind und welche Leistung diese bringen. Dann ermittelten sie die Entwicklungspotenziale bei erreichbaren Temperaturen, Wirkungsgraden sowie der Flexibilität und das Potenzial der verfügbaren Wärmequellen.

Dabei kamen sie zu dem Ergebnis, dass Deutschland seinen kompletten Wärmebedarf für Temperaturen hoch bis 200 grad aus nachhaltigen Quellen wie etwa Geothermie oder der Abwärme von Industrieanlagen decken. Das Team berechnete, dass das Potenzial für Wärme aus Großwärmepumpen bei etwa 1.500 Terawattstunden liegt. Derzeit liegt der Bedarf für Temperaturen bis 200 Grad in Deutschland bei etwa 1.000 Terawattstunden.

„Deutschland verfügt über mehr Umwelt- und Abwärmequellen als wir brauchen, um den gesamten Wärmebedarf für Temperaturen bis 200 Grad zu decken. Mit Großwärmepumpen werden diese Wärmequellen großflächig für die Fernwärmeversorgung und in der Industrie nutzbar„, so Simon Müller von Agora Energiewende.

Wärmepumpen in der Größe müssen nicht immer Wärme produzieren

Ein Vorteil dieser Großwärmepumpen ist, dass sie in der Lage sind, nur dann zu laufen, wenn auch genügend Strom verfügbar ist. Überschüssige Wärme kann in Großwärmespeichern zwischengespeichert und dann wieder freigegeben werden, wenn kein Strom aus erneuerbaren Energien für die Erzeugung der Wärme zur Verfügung steht. Die Anlagen sind so in der Lage. die maximale Wärmelast 15 bis 21 Stunden zu decken. „Dieser flexible, grünstromgeführte Wärmepumpeneinsatz entlastet durch die Kopplung mit dem Wärmesektor die Stromnetze, vermeidet unnötige Drosselungen der erneuerbaren Stromproduktion und verbessert zudem die CO₂-Bilanz der Wärmeerzeugung„, schreiben die Forscher:innen.

Allerdings liegt das meiste Potenzial für Großwärmepumen in Deutschland derzeit brach. Anfang 2023 gab es in Deutschland nur 30 solcher Großwärmepumpen, die es auf eine Gesamtleistung von 60 Megawatt bringen. In Norwegen oder Schweden ist man da weiter: Hier liegt der Anteil der Großwärmepumpen an der Wärmeversorgung bei 13 bzw. acht Prozent.

Allerdings sind derzeit bereits 30 weitere Großwärmeprojekte geplant, die es insgesamt auf eine Leistung von etwa 600 Megawatt bringen sollen. Wenn bis 2045 70 Grad der Fernwärme in Deutschland von solchen Anlagen kommen soll, müssten wir Jahr für Jahr etwa 4 Gigawatt Leistung aufbauen. Das entspricht etwa 340 bis 410 Großwärmepumpen pro Jahr.

Der Weg muss geebnet werden

Um dies zu realisieren, müssen drei Voraussetzungen erfüllt sein:

Die erste Voraussetzung ist eine kommunale Wärmeplanug, damit die Hersteller Sicherheit bekommen und auf Basis einer gesicherten Nachfrage produzieren können.

Außerdem wäre eine strategische Ausweitung des Wärmepumpenangebots sowie eine größere Effizienz der Produktion nötig. Großwärmpumpen werden bisher noch nicht in Serie produziert. Dies zu ändern würde in einem schnelleren Hochlauf der Produktion resultieren.

Zu guter letzt müssen noch die Preisnachteile zu den fossilen Energieträgern ausgemerzt werden. dafür bräuchte es ide Einführung von zeitvariablen Netzentgelten sowie eine Entschlackung der nötigen Bürokratie.

„ Mit einer Reform des Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetzes und einer Aufstockung des Förderprogramms für Wärmenetze lässt sich diese Schieflage beheben und die Wärmewende beschleunigen. Es bleiben noch gut 20 Jahre bis zur Klimaneutralität. Deshalb brauchen wir dringend Anreize für grüne Wärmelösungen, statt den Hochlauf durch unabgestimmte Fördersysteme zu blockieren„, so Müller.

via Agora Energiewende