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Neue Wärme braucht das Land

Ohne Wärmewende kann Deutschland seine Klimaziele nicht erreichen. Wie es gehen kann: Drei Beispiele aus der Praxis
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© Foto: shutterstock

Raumwärme, Warmwasser, Klimatisierung oder Prozesswärme machen über 50 Prozent des Endenergieverbrauchs in Deutschland aus. In privaten Haushalten verbrauchen Heizung und Warmwasser sogar 70 Prozent der Endenergie. 26 Prozent aller Treibhausgasemissionen in Deutschland werden durch den Wärmesektor verursacht.

"Im Wärmebereich sind die Emissionen in letzter Zeit kontinuierlich gefallen", erklärt Dr. Christoph Kost, Leiter der Gruppe Energiesysteme und Energiewirtschaft beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme. Ein Teil der Emissionsreduktion sei dabei durch den Ersatz von Kohle und Öl durch Gas erreicht worden.

Strom als Hauptenergieträger im Wärmemarkt? 

"Wir werden perspektivisch aber an einen Punkt kommen, wo wir auch das Gas als fossilen Energieträger durch Erneuerbare ersetzen müssen, um weitere Fortschritte zu machen", so Kost. Auf lange Sicht gebe es für die Energien der Zukunft nur begrenzte Möglichkeiten: "Photovoltaik und Wind werden die zentralen Techno­logien sein", ist Kost überzeugt.

Unsere Studie zeigt, dass Fernwärme weiter ein Thema sein sollte, aber 2050 sicher ganz anders betrieben wird als heute. Christoph Kast, Fraunhofer-Institut

Mit Strom als zukünftigem Hauptenergieträger im Wärmesektor sieht der Forscher für Einfamilienhäuser die Wärmepumpe als Standardlösung, gerade im dörflichen Umfeld. Im verdichteten städtischen Bereich bleibe aber Fernwärme relevant: "Unsere Studie zeigt, dass Fernwärme aufgrund ihrer Effizienz weiter ein Thema sein sollte, aber 2050 sicher ganz anders betrieben wird als heute", so Kost. Die Umwandlung von Strom in Wärme werde dabei eine wichtige Rolle spielen, genauso wie Wärmespeicher, um die Wärmenetze flexibler zu machen: "Solche Speicher, die negative Strompreise nutzen und ein Überangebot von Strom in Wärme umwandeln, sind ja eine recht einfache Technologie und können gerade zu Beginn des Kohleausstiegs relevant sein." 

Wärme von morgen

"Die Energiewende stockt gerade etwas", sagt Dr. Volker Breisig, Partner im Bereich Utilities & Regulation bei PricewaterhouseCoopers, "und das liegt an den Sektoren Wärme und Verkehr." Die Wirtschaftsprüfungsgesellschaft PricewaterhouseCoopers berät seit mehr als 20 Jahren Wärmeversorger. Breisig sieht drei Ansatzpunkte für die die Wärmewende: Zunächst müsse der Wärmebedarf weiter gesenkt werden, dafür müsse man bei der Sanierungsrate weiterkommen. Das Zweite sei die Energieeffizienz der Erzeuger, die es zu verbessern gilt. Und schließlich müsse man erneuerbare Energieträger in den Wärmemarkt bekommen: "Dafür eignet sich zum Beispiel die Wärmepumpe als Standardlösung sehr gut."


Stromwärme


Welche Rolle Wärmespeicher für die Wärmewende spielen, müsse sich zeigen: "Es wird in Zukunft eine Konkurrenz um die Nutzung des erneuerbaren Stroms geben, das deutet sich ja schon an und wird mit fortschreitendem Netzausbau zunehmen«, so Breisig. Ob Wärme, Wasserstoff oder andere Verwendungen: »Wenn es nicht mehr um Stromüberschüsse geht, spielt der Wirkungsgrad eine entscheidende Rolle. Da wird es zu einer Konkurrenz der Technologien kommen."

Beispiel 1: Ein Wasserspeicher in Neubrandenburg

 

Die Neubrandenburger Stadtwerke stellen gerade einen Kurzzeitwärmespeicher fertig. Der 36 Meter hohe Stahlkessel ist das zentrale Element der zukünftigen Wärmeversorgung und kann über die Anbindung einer Power-­to-Heat-Anlage die Energie von 30 Wind­anlagen zwischenspeichern. Die Stadtwerke versorgen 27.500 Haushalte in Neubrandenburg mit Fernwärme, über 20 Millionen Euro haben sie in den Umbau ihrer Fernwärmeversorgung investiert. Dabei profitieren sie von ihrer regionalen Lage: Neubrandenburg liegt im sogenannten Netzausbaugebiet, die Stadtwerke verfügen mit ihrem Wärmenetz über eine große Wärmesenke.

Zusammen mit dem Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz haben sie die Power-to-Heat-Anlage entwickelt, die gemeinsam mit dem eigenen Kurzzeitwärmespeicher überschüssige Windenergie als Wärme speichern kann. "So verringern wir den Einsatz von Erdgas", erklärt Ingo Meyer, Vorsitzender der Geschäftsführung der Neu­bran­denburger Stadtwerke. "Wir rechnen mit Einsparungen von etwa 20 Prozent mit dem Gesamtkonzept." Für Meyer ist diese Form der Sektorkopplung ein wichtiger Baustein für die nachhaltige Fernwärmeversorgung und ein wesentlicher Beitrag zur Energiewende.

Beispiel 2: Ein Steinspeicher in Hamburg-Altenwerder

 

Den weltweit ersten thermischen Speicher mit Steinen als Speichermedium betreibt Siemens Gamesa Renewable Energy zusammen mit der Technischen Universität Hamburg und HAMBURG ENERGIE. Das "Future Energy System", kurz FES, im Hamburger Hafen nutzt überschüssige Windenergie und erzeugt damit einen Heißluftstrom. Dieser heizt rund 1.000 Tonnen Vulkangestein auf bis zu 750 Grad auf. Die Steine speichern die Wärme bis zu einer Woche ohne merkliche Verluste. Die Energie kann direkt als Wärme ausgespeichert und genutzt werden, zum Beispiel als Prozesswärme für die Industrie. Oder sie wird über eine Dampfturbine rückverstromt.

Michael Prinz, Geschäftsführer von HAMBURG ENERGIE, sieht das Potenzial von Power-to-Heat-Anlagen vor allem in der Nutzung überschüssigen Stroms. "In Verbindung mit dem FES bietet dieser eine gute Möglichkeit, bestehende Kraftwerkskomponenten wie Turbinen und Genera­toren weiter zu nutzen", so Prinz. Das könne gerade auch für industriell weniger entwickelte Länder eine gute Lösung sein, die Energiewende mitzugestalten.

Beispiel 3: Ein Stahlspeicher in Berlin-Reinickendorf

 

Das Berliner Start-up Lumenion nutzt Metall als Speichermedium. Ein Stahlspeicher wird mit überschüssiger Energie auf bis zu 650 Grad Celsius erhitzt. So lässt sich verhältnismäßig viel Energie auf relativ kleinem Raum speichern. Mit einem Generator kann die Wärme sogar rückverstromt werden. "Wegen der aktuellen regulatorischen Rahmenbedingungen ist eine Rückverstromung aber noch nicht wirtschaftlich umsetzbar", erklärt Philip Hiersemenzel von Lumenion.

In einem Wohnquartier der Berliner Wohnungsbaugesellschaft Gewobag im Bezirk Reinickendorf erprobt Vattenfall Energy Solutions die neue Technologie bereits im realen Einsatz: Der Speicher mit einer Kapazität von 2,4 Megawattstunden ist an ein bestehendes gasbe­triebenes Blockheizkraftwerk gekoppelt und so in die Strom- und Nahwärmeversorgung des Wohnquartiers integriert. Temporär nicht benötigte Stromspitzen des Kraftwerks werden in Wärme umgewandelt, im Stahl gespeichert und später bei Bedarf wieder in die Wärme­versorgung des Quartiers eingespeist. Das Unternehmen will vor allem die Skalierung  der Technologie vorantreiben. Hiersemenzel: "Unsere Vision sind Speicher von bis zu fünf Gigawattstunden."

Text: Roman Scherer


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