Kriterien zur Wärmeleitplanung

Untersuchungen zur flächendeckenden Wärmeversorgung unter Berücksichtigung der Residuallast durch Kraftwerke und Blockheizkraftwerke

Beitrag von unserem Beirat M. Seelmann-Eggebert

Dem Projekt, in dessen Rahmen diese Studie entstand, lagen folgende Kernfragen zu Grunde

• Welche Vor-/Nachteile hat eine eher dezentralere Abdeckung der Residuallast und welche Synergien lassen sich im Rahmen einer Berücksichtigung bei kommunalen Akteuren heben?
• Welche Vor-/Nachteile haben demgegenüber große zentrale Residualkraftwerke auf der „grünen Wiese“?
• Welche politischen Rahmenbedingungen sind für dezentrale oder eher zentralere Lösungen notwendig?
• Wie kann eine sektor- und spartenübergreifende Energieleitplanung aus Praktikersicht aussehen?

Die hier vorgestellte Analyse betrachtet diese Kernfragen in erster Linie aus energetischer Sicht. Ziel war es, verschiedene treibhausgasneutrale Szenarien an Hand des erforderlichen Primärenergiebedarfs zu vergleichen und zu bewerten. Dabei wurden die einzelnen Teilaspekte, (wie z.B. Synergien von KWK und Wärmepumpe, saisonale Verfügbarkeit von Erneuerbarem Strom, Bedeutung von synthetischen Brennstoffen als Langzeitspeicher und deren Erzeugung, Notwendigkeit von Kurzzeitspeichern zum Ausgleich der im Tagesverlauf auftretenden Residuallasten) analysiert und quantitativ nachvollziehbar und transparent dargestellt. Die CO₂ Emissionen, die mit einem Versorgungsszenario und der Transformation zur Treibhausgasneutralität verbunden sind, ergeben sich direkt aus dem Primärenergiebedarf multipliziert mit dem Emissionsfaktor des verwendeten Energieträgers (Stundenwerte). In der Realität sind Primärenergiebedarf und Treibhausgasemissionen nur zwei von verschiedenen maßgeblichen Kriterien. Verfügbarkeit von Wärmequellen vor Ort, bereits existierende Infrastruktur wie z.B. vorhandene Wärmenetze, die Siedlungsstruktur und wirtschaftliche Faktoren wurden an verschiedenen Stellen qualitativ betrachtet, aber nicht quantitativ bewertet.
In der Studie wird grundsätzlich davon ausgegangen, dass die zukünftige Primärenergieversorgung in Deutschland ganz überwiegend auf Windkraft, Sonnenstrom und grünem Wasserstoff beruht. Die Studie beschränkt sich auf die Gebäudewärme und zeigt Lösungsmöglichkeiten für ihre treibhausgasneutrale Vollversorgung auf. Es wurden verschiedene Szenarien untersucht, wie eine treibhausgasneutrale Wärmeversorgung quartiersweit oder deutschlandweit realisiert werden kann.
Die Ergebnisse der Studie hierzu sind:

• Eine energetische Versorgung mit Sonnen- und Windstrom erfordert Residuallastkraftwerke, die den saisonalen Gang der Erneuerbaren ausgleichen können.
• Die elektrische Effizienz der Kraftwerke bestimmt die Menge an Abwärme und den Grad ihrer Nutzung.
• Die Anteile, die jeweils von KWK und Wärmepumpen bei regenerativer Vollversorgung, bereitzustellen sind, liegen (bei Minimierung des Primärenergieeinsatzes) weitgehend fest und hängen von dem angenommenen Verhältnis zwischen Wind und PV ab.
• Ab einem Mindestbedarf an Residuallastkraftwerken ist KWK energetisch lohnend und macht Kraftwerke auf der grünen Wiese ohne Abwärmenutzung zur primärenergetisch ineffizienteren Lösung.
• Energieimporte aus dem Ausland in Form von Wasserstoff oder anderen synthetischen Brennstoffen ist unter energetischen Aspekten unvorteilhaft und auch nicht erforderlich, denn eine regenerative Wärmevollversorgung ist innerhalb der Landesgrenzen möglich.
• Auch dicht besiedelte Kommunen in Ballungsgebieten können eine regenerative Vollversorgung ihres Gebäudebestands mit Wärme erreichen, indem Umweltwärme mit Wärmepumpen möglichst intensiv genutzt wird und gleichzeitig ein massiver Ausbau auf allen Dächern und verfügbaren innerstädtischen Flächen forciert wird.
• Zentrale und dezentrale Versorgung sind für die betrachteten Szenarien aus energetischer Sicht weitgehend gleichwertig, solange die Abwärme genutzt wird. Die jeweils bessere Lösung wird durch die Verfügbarkeit von Wärmequellen vor Ort vorgegeben.
• An praktischen Beispielen wurde aufgezeigt, wie eine regenerative Vollversorgung auf Gebäudeebene, Quartiersebene oder das ganze Land gelingen kann und Kriterien hierfür benannt.
• Grüner Wasserstoff (oder andere grüne Gase) oder daraus abgeleitete Brennstoffe sind vor allem für den Betrieb von Residuallastkraftwerken zum Ausgleich saisonaler Defizite erforderlich.
• Die elektrolytische Erzeugung von Wasserstoff vor Ort ist lohnend, da die entstehende Abwärme genutzt und somit die Abhängigkeit von Energieimporten reduziert werden kann.
• Kurzzeitspeicher sind ein essentielles Element der Energie- und Wärmewende und können den Primärenergiebedarf substantiell verringern.

Schlussfolgerungen und Empfehlungen

Zum raschen Gelingen der Wärmewende sollte der Einsatz von Wärmepumpen gefördert, aber mit einer Forderung nach entsprechendem Ausbau der erneuerbaren Stromversorgung vor Ort zur Deckung des Wärmepumpenstroms gekoppelt werden,

Die gesamte Analyse findet sich hier.