Mehr Effi­zi­enz und weni­ger CO2, mit dem Ein­satz von Wär­me­pum­pen könnte Fern­wärme oft­mals noch umwelt­freund­li­cher wer­den, so eine aktu­elle Stu­die der TU Wien.

Wär­me­pum­pen­tech­nik für die Hei­zung zu Hause wird schon län­ger ein­ge­setzt, für große Fern­wär­me­netze gilt das jedoch nicht. Die Energy Eco­no­mics Group der TU Wien schloss nun das vom Klima- und Ener­gie­fonds geför­derte For­schungs­pro­jekt „P2H-Pot“ ab, wo das Poten­zial von Wär­me­pum­pen im Fern­wär­me­be­reich unter­sucht wurde. Dabei zeigt sich, dass die Wär­me­pum­pen­tech­nik in vie­len Fern­wär­me­net­zen eine wesent­li­che Effi­zi­enz­stei­ge­rung brin­gen könnte, CO2-Emis­sio­nen ver­rin­gert und zudem durch Nut­zen von über­schüs­si­gem Strom aus alter­na­ti­ven Quel­len das Strom­sys­tem sti­bi­li­siert wer­den könnte. 

Kalt und warm
Wenn man kalte und warme Objekte in Kon­takt bringt, glei­chen sie ihre Tem­pe­ra­tu­ren an. Eine Wär­me­pumpe hat gewis­ser­ma­ßen die Auf­gabe, das Gegen­teil zu errei­chen : Etwas Kal­tes, etwa ein küh­ler Luft­strom, wird noch wei­ter abge­kühlt und dabei wird Ener­gie frei um etwas War­mes noch wär­mer zu machen. Das kann nach den Geset­zen der Ther­mo­dy­na­mik frei­lich nie ganz von selbst gesche­hen, es ist nur mög­lich, wenn zusätz­li­che Ener­gie auf­ge­wen­det wird, etwa in Form von elek­tri­schem Strom. Wär­me­pum­pen lie­fern dabei eine rela­tiv große Wär­me­menge mit rela­tiv gerin­gem Auf­wand an elek­tri­scher Energie.
Für For­scher der TU-Wien war es nun nahe­lie­gend, ob man die­ses Grund­kon­zept nicht auch dort ein­set­zen könnte, wo gewal­tige Wär­me­men­gen für viele Haus­halte erzeugt wer­den müs­sen – näm­lich im Fern­wär­me­netz. „Es ist klar, dass die CO2-Emis­sio­nen im Ener­gie­sek­tor gesenkt wer­den müs­sen, und dazu kön­nen auch die Fern­wär­me­netze einen Bei­trag leis­ten“, sagt Ger­hard Tot­sch­nig von der Energy Eco­no­mics Group (Insti­tut für Ener­gie­sys­teme und Elek­tri­sche Antriebe) der TU Wien. Er lei­tete ein For­schungs­pro­jekt, in dem zwei­ein­halb Jahre lang ana­ly­siert wurde, ob der Ein­satz von Wär­me­pum­pen im Fern­wär­me­be­reich Vor­teile brin­gen kann.
„Wir haben unter­schied­li­che öster­rei­chi­sche Fern­wär­me­netze ana­ly­siert und nach­ge­rech­net, ob der Ein­satz von Groß­wär­me­pum­pen im Zeit­raum 2030 bis 2050 tech­nisch und öko­no­misch sinn­voll ist“, erläu­tert Tot­sch­nig. Zu berück­sich­ti­gen sind dabei nicht nur die stünd­lich auf­ge­löste Simu­la­tion der zu erwar­ten­den Effi­zi­en­zen von Strom zu Wärme, son­dern auch Steu­ern und Netz­ge­büh­ren und Pro­jek­tio­nen über künf­tige Kos­ten von Ener­gie­trä­gern und CO2 Emis­si­ons­zer­ti­fi­ka­ten. Ent­schei­dend ist zudem die Ver­füg­bar­keit von güns­ti­gen Nie­der­tem­pe­ra­tur­wär­me­quel­len (Rauch­gas, Abwär­me­quel­len, Geo­ther­mie) und die Kon­kur­renz zu ande­ren Wär­me­quel­len in der Region – etwa direkt nutz­ba­rer Hoch­tem­pe­ra­tur­ab­wärme aus Indus­trie­an­la­gen oder Müll­ver­bren­nungs-KWK-Anla­gen. „Aus die­sen Grün­den hängt die Wirt­schaft­lich­keit und das Poten­tial von Wär­me­pum­pen von den Gege­ben­hei­ten im Ein­zel­fall ab und muss genau durch­ge­rech­net wer­den“, erklärt Ger­hard Totschnig.

Posi­tive Ergebnisse
„Wenn wir Sze­na­rien eines zukünf­ti­gen Ener­gie­sys­tems ent­wi­ckeln, mit hohem Anteil erneu­er­ba­rer Ener­gie­trä­ger und nied­ri­gen CO2-Emis­sio­nen, dann sehen wir, dass Groß­wär­me­pum­pen in der Fern­wärme einen bedeu­ten­den Markt­an­teil errei­chen kön­nen“, ist Tot­sch­nig über­zeugt. In den meis­ten Fern­wär­me­net­zen, so erga­ben die Ana­ly­sen, wird ein Ein­satz von Wär­me­pum­pen bereits im Jahr 2030 wirt­schaft­lich sein. Wie stark sie ein­ge­setzt wer­den, hängt nicht zuletzt davon ab, wie sich die Brenn­stoff- und CO2 Preise ent­wi­ckeln, erklärt Tot­sch­nig : „Wenn man von einer star­ken Dekar­bo­ni­sie­rung des Ener­gie­sys­tems aus­geht, dann ist ein Anteil der Wär­me­pum­pen an der Fern­wär­me­er­zeu­gung groß­teils zwi­schen 10 und 30%, je nach Fern­wär­me­netz unter­schied­lich, im Jahr 2050 zu erwar­ten.“ Beson­ders bei grö­ße­ren Bio­masse-Heiz­wer­ken und Bio­masse-Kraft-Wärme-Kopp­lungs-Anla­gen sind Wär­me­pum­pen eine wirt­schaft­li­che Lösung – ganz spe­zi­ell in Kom­bi­na­tion mit Rauch­gas­kon­den­sa­tion, so die Forscher.
Ein Vor­teil des Ein­sat­zes von Wär­me­pum­pen wäre die Sta­bi­li­sie­rung des Strom­sys­tems : „Ins­be­son­dere in der Über­gangs­zeit und im Som­mer würde man Wär­me­pum­pen genau dann ein­set­zen, wenn bil­li­ger Strom zur Ver­fü­gung steht. So könn­ten etwa Über­schüsse genutzt wer­den, wenn Wind­kraft­werke gerade viel Ener­gie lie­fern“, erklärt Ger­hart Tot­sch­nig. So könnte man auch einen wich­ti­gen Bei­trag für ein fle­xi­ble­res, sta­bi­les Strom­netz mit einem hohen Anteil an erneu­er­ba­rer Ener­gie liefern.