Studie untersucht Effizienz von Wärmepumpen in Fernwärmenetzen

​Der Einsatz von Wärmepumpen in Fernwärmenetzen kann die Wärmebereitstellung flexibilisieren, den Strommarkt stabilisieren und gleichzeitig zu mehr Effizienz und Emissionsminderung führen. Die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes dieser Sektorkopplungstechnologie wurde nun von einer Studie der TU Wien untersucht. Mit regenerativer Wärme aus Biomasseheiz(kraft)werken, Tiefen – und Oberflächengeothermie oder industrieller Abwärme können Wärmepumpen perspektivisch wirtschaftlich eingesetzt werden. Neben Wärmepumpen stehen noch weitere Erzeugungstechnologien für Wärmenetze zur Verfügung, deren Potenziale teilweise noch nicht ausgeschöpft sind.

​Die stetige Zunahme erneuerbarer Energieanlagen im deutschen Strommarkt führt zu prägnanten Einspeise-Fluktuationen und Differenzen von Erzeugungs- und Lastprofilen. Zum Ausgleich dieser Schwankungen und zur Nutzung von Überschussstrom bieten Technologien der Sektorenkopplung, besonders auch vor dem Hintergrund des derzeit mangelhaften Anteils regenerativer Energien im Wärmemarkt, eine wertvolle Lösung. Sektorenkopplung in Form von Power-to-Heat ist besonders mittels Wärmepumpen auch als Großanwendung in Wärmenetzen sinnvoll. Bisher existieren in Deutschland nur wenige Hersteller von Großwärmepumpen, doch wurde in dieser Branche ein wachsendes Potenzial erkannt. In der Studie „P2H-Pot” der Technischen Universität Wien von 2017 wurden österreichische Fernwärmenetze analysiert, typologisiert und unter Aspekten der sich ändernden Wärmenachfrage, des Netzausbaus, Brennstoffkosten und vielen weiteren Gegebenheiten, angepasste Modellsimulationen erstellt. Mithilfe dieser Modelle wurden die Netze hinsichtlich eines hohen Anteils erneuerbarer Energien und möglichst niedrigen CO₂-Emissionen in mehreren Szenarien optimiert. Ergebnis der Studie ist unter anderem, dass Großwärmepumpen in Wärmenetzen einen wirtschaftlich realistischen Marktanteil von – in Abhängigkeit des Szenarios – 10 bis zu 30 Prozent bis 2050 erreichen können. Ein Einsatz dieser PtH Technologie in Fernwärmenetzen ist bereits im 2030 Szenario wirtschaftlich umsetzbar. Als Wärmequellen legt die Studie vor allem Rauchgaskondensation in Biomasse – KWK oder – HKW Anlagen, Niedertemperatur-Abwärme und Geothermie zugrunde. Limitierend für den weitläufigen Einsatz von Wärmepumpen wirkt die Konkurrenz zu anderen Wärmeerzeugern und die Verfügbarkeit von für Wärmepumpen relevanten Wärmequellen.

Während aktuell eingesetzte Technologien wie Elektrokessel aufgrund von Steuern und Netzentgelten laut der „P2H Pot” - Studie bis 2050 nicht wirtschaftlich sind, können Wärmepumpen von September bis April als Grundlast gefahren werden und in den Sommermonaten den Strommarkt flexibilisieren.

Insgesamt tragen Wärmepumpen zu mehr Energieeffizienz, geringerem Brennstoffeinsatz und somit zu einer Minderung von CO₂ Emissionen bei.

Mit der Vision der Dekarbonisierung des Wärmemarktes sieht sich der Einsatz regenerativer Energien zur Wärmeversorgung im Aufschwung. Nicht nur Wärmepumpen sind hier wichtige Träger einer nachhaltigen Wärmeversorgung, auch Solarthermie, industrielle Abwärme, Tiefengeothermie, Biomasse und die Reststoffverwertung sollen in ihren Einsatzmöglichkeiten ausgeschöpft werden. Viele Netzbetreiber sind sich bedeutender Potenziale im Sinne von Verfügbarkeit, wirtschaftlicher Projektumsetzung, Integrationsmöglichkeiten in bestehende Wärmenetze sowie rechtlichen Rahmenbedingungen nicht vollends bewusst.