Studie: Großwärmepumpen können grüne Wärmequellen für Gemeinden und Industrie erschließen
Noch immer decken Hausherren und Industrieunternehmen rund 80 Prozent
ihres Wärmebedarfs durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe.
Großwärmepumpen in Wärmenetzen könnten nachhaltige Alternativen wie
Geothermie, Seethermie, Abwärme und Solarthermie samt Speicher effizient
erschließen und so helfen, die deutschen Klimaziele bis 2045 zu erreichen.
Deutschland könnte so seinen gesamten Wärmebedarf für Temperaturen bis 200
°C aus Kohlendioxid-freien Quellen decken und Fernwärme und
Industrieprozesse betreiben. Die aktuelle Studie »Rollout von
Großwärmepumpen in Deutschland« des Fraunhofer IEG im Auftrag von Agora
Energiewende analysiert umfassend den aktuellen Marktstatus von
Großwärmepumpen.
Wärmenetze können eine flexible und kosteneffiziente klimaneutrale Lösung
für die Wärmeversorgung von Kommunen oder Stadtquartieren sein: So steht
es in der Erklärung der Bundesministerien für Wirtschaft und Klimaschutz
(BMWK) und für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen (BMWSB) anlässlich
des Fernwärmegipfels Anfang Juni 2023. »Unter den nachhaltigen
Wärmetechnologien ist die Großwärmepumpe sicherlich der schlafende Riese,«
unterstreicht Fabian Ahrendts vom Fraunhofer IEG und Erstautor der Studie.
»Mit dem nächsten Entwicklungsschub erreicht die Technologie Temperaturen
bis 200 Grad und damit die Arbeitstemperatur nicht nur der bestehenden
Fernwärmenetze, sondern auch vieler Verarbeitungs- und Trocknungsprozesse
in den Branchen Papier, Nahrungsmittel, Chemie und Lacke.«
Für die Studie befragte das Fraunhofer IEG viele Hersteller und konnte
Entwicklungspotenziale (beispielsweise erreichbare Temperaturen,
Wirkungsgrade und Flexibilität) sowie Fragen zum Aufbau weiterer
Produktionskapazitäten klären. Zudem erbrachte die Recherche einen groben
Marktüberblick: Anfang 2023 waren in Deutschland mindestens 30
Wärmepumpenanlagen mit jeweils einer thermischen Leistung über 500 kW in
Betrieb, die zusammen eine Gesamtleistung von ca. 60 MW aufweisen.
Überdies waren mindestens 30 weitere Großwärmepumpenprojekte mit einer
Gesamtleistung von rund 600 MW bereits im Bau oder in Planung.
Theoretisches Angebot übersteigt praktischen Bedarf
Die Studie zeigt zudem: Das verfügbare Angebot von Umwelt- und Abwärme in
Deutschland, das über Wärmepumpen bereitgestellt werden kann, übersteigt
bei weitem den Wärmebedarf für Gebäude und industrielle Prozesswärme bis
200 °C. In Summe beläuft sich die potenzielle Wärmeleistung, die
Wärmepumpen aus CO₂-freien Quellen auch ohne Nutzung von Umgebungsluft zur
Verfügung stellen können, auf rund 1.500 Terawattstunden. Wärmepotenziale
bieten demnach die oberflächennahe und tiefe Geothermie, See- und
Flusswasser, industrielle Abwärme, Abwasser, Kohlengruben sowie
Rechenzentren. Demgegenüber steht ein jährlicher Wärmebedarf für
Temperaturen bis 200 °C von insgesamt etwas über 1.000 Terawattstunden.
Mit Großwärmepumpen werden diese Wärmequellen großflächig für die
Fernwärmeversorgung und in der Industrie nutzbar.
Bis 2045 können Großwärmepumpen über 70 Prozent der Fernwärme in
Deutschland bereitstellen und dort Erdgas weitestgehend ersetzen – wie aus
den Langfristszenarien im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums
hervorgeht. Dafür braucht es einen durchschnittlichen Zubau von jährlich
vier Gigawatt neuer Großwärmepumpenleistung bis 2045. Die Studie nennt
drei Voraussetzungen für einen schnellen Hochlauf von Großwärmepumpen: Es
braucht einen klaren Ausbaupfad basierend auf einer verbindlichen
kommunalen Wärmeplanung, den Abbau von Preisnachteilen gegenüber fossilen
Energieträgern sowie eine strategische Ausweitung des Wärmepumpen-Angebots
etwa durch die Standardisierung von Produktionsprozessen.
Deutschland hängt noch hinterher
In den skandinavischen Ländern sind Großwärmepumpen längst auf dem
Vormarsch und versorgten Wohngebiete großflächig mit klimaneutraler Wärme.
In Deutschland sind Großwärmepumpen noch ein Nischenprodukt. Neben den
beiden Vorreitern - Norwegen mit einem Anteil an Großwärmepumpen an der
Fernwärmeversorgung von rund 13 Prozent und Schweden mit einem Anteil von
über 8 Prozent - liegen auch Finnland, Dänemark und Frankreich über dem
europäischen Durchschnitt von 1,2 Prozent. Bis 2045 sollen in Deutschland
mehr als ein Viertel der Wohnungen mit grüner Fernwärme heizen können. Das
setzt voraus, dass wir in den Kommunen die Wärmewende vorausschauend
planen und dass der regulatorische Rahmen für die Fernwärme ein
attraktives und günstiges Angebot für Kundinnen und Kunden sicherstellt.
Darüber hinaus müssen Großwärmepumpenprojekte für Fernwärmebetreiber
gegenüber fossilen Lösungen attraktiver werden. Aktuell bestehen bei der
Förderung noch Nachteile von strombetriebenen Großwärmepumpen gegenüber
fossil befeuerten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen. Mit einer Reform des
Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetzes und einer Aufstockung des Förderprogramms
für Wärmenetze lässt sich diese Schieflage beheben und die Wärmewende
beschleunigen. Und das ist dringend nötig, denn die Wärmeerzeugung bis 200
°C für Gebäude und Industrie macht aktuell noch über drei Viertel des
deutschen Erdgasverbrauchs aus und ist für über ein Viertel der deutschen
Treibhausgasemissionen verantwortlich.
Den Markt entwickeln
Entscheidend für die Umstellung sei ein klares Zielbild, damit Kunden und
Hersteller Planungssicherheit bekommen. Mit einer gesicherten Nachfrage
kann das Angebot von Großwärmepumpen sich weiterentwickeln: Weg von
Einzelanfertigungen, hin zu einer industriellen Standardproduktion. Das
sei auch zentral für die Wettbewerbsfähigkeit der Branche: Mit einem klug
abgestimmten Instrumentenmix kann Deutschland sich als führender Produzent
von Großwärmepumpen aufstellen und die europäischen Herstellerkapazitäten
für klimafreundliche Technologien stärken.
Die Studie „Rollout von Großwärmepumpen in Deutschland: Strategien für den
Markthochlauf in Wärmenetzen und Industrie“ hat Fraunhofer IEG im Auftrag
von Agora Energiewende erstellt. Die 140-seitige Studie analysiert
umfassend den aktuellen Marktstatus und Entwicklungspotenziale von
Großwärmepumpen mit besonderem Fokus auf den Hochlauf von Wärmenetzen. Die
Publikation steht zum kostenlosen Download unter www.agora-energiewende.de
zur Verfügung.
Mit der aktuellen Studie ergänzt das Fraunhofer IEG seine Roadmaps zur
Oberflächennahen Geothermie und zur Tiefen Geothermie. Es bildet damit
eine weitere neue Technologie des Wärmemarktes mit ihren Chancen und
Herausforderungen umfassend ab.
Weiterführende Links
Die Studie „Rollout von Großwärmepumpen in Deutschland: Strategien für den
Markthochlauf in Wärmenetzen und Industrie“ zum Download:
https://www.ieg.fraunhofer.de/
Die Roadmap Oberflächennahe Geothermie:
https://www.ieg.fraunhofer.de/
Die Roadmap Tiefe Geothermie:
https://www.ieg.fraunhofer.de/
Gemeinsame Pressemeldung und Absichtserklärung der Bundesministerien »Mehr
Tempo bei der Transformation der Wärmeversorgung: Wir brauchen schneller
mehr Wärmepumpen«:
https://www.bmwk.de/Redaktion/
und-umbau-waermenetze-2.html
