Solarthermie als grüne Fernwärme

Solarthermie als grüne Fernwärme: Studie fordert Aus- & Umbau der Wärmenetze

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Eine neue Studie des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) analysiert,  welche Maßnahmen Deutschland ergreifen und welche Herausforderungen Deutschland meistern muss, um seine Wärmeversorgung mit Erneuerbaren Energien wie Solarthermie als grüne Fernwärme klimaneutral zu machen. Dies gelänge nur mit grüner Fernwärme, so die Forscher des Hamburg Instituts (HI) und der Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft in München (FfE), die die Studie im AUftrag des BDEW durchführten. Das heißt, dass die deutschen Fernwärmenetze entsprechend grün aus- und umgebaut werden müssen.

Die Bedeutung grüner Fernwärme für die klimaneutrale Wärmeversorgung in urbanen Ballungsräumen werde bis zum Jahr 2050 stark wachsen, heißt es in der zugehörigen Pressemeldung des BDEW. Dies bestätige die aktuelle Kurzstudie “Grüne Fernwärme für Deutschland – Potenziale, Kosten, Umsetzung” des HI und der FfE im Auftrag des BDEW, die unter dem obigen Link kostenlos aus dem Internet heruntergalden werden kann. Die PDF-Datei umfasst 103 Seiten.

Demnach seien die Klimaziele im Wärme- und Gebäudesektor nur mithilfe eines Aus- und Umbaus der Fernwärmenetze auf Basis zunehmender Anteile von klimaneutraler Wärme aus

  • Großwärmepumpen,
  • Abwärme,
  • Power-to-Heat (PtH),
  • Solarthermie
  • und Geothermie

erreichbar.

Mit ihrer Studie, so schreibt der BDEW weiter, hätten die Forscher untersucht, welche Maßnahmen notwendig seien, um den für das Erreichen der Klimaziele 2050 benötigten Anteil von grüner Fernwärme zu realisieren. Im Mittelpunkt habe dabei die Transformation der Fernwärme-Versorgungstruktur gestanden. Diese zu transformieren, das heiße demnach,

  • klimaneutrale Wärme einzubinden,
  • die Netztemperaturen abzusenken
  • und Wärmespeicher zu integrieren.

Der Aus- und Umbau der Fernwärme hin zur Nutzung Erneuerbarer Energien erfordere verlässliche rechtliche Rahmenbedingungen und ein stabiles Finanzierungsinstrumentarium. Das sagt Kerstin Andreae, Vorsitzende der BDEW-Hauptgeschäftsführung. Die “Bundesförderung effiziente Wärmenetze” (BEW) bilde ihr zufolge das Kernstück dieses Wandlungsprozesses und müsse die Förderung aller relevanten Möglichkeiten zur Dekarbonisierung sowie der Netztransformationsmaßnahmen beinhalten, fordert Kerstin Andreae.

Hierfür sei aus Sicht des BDEW eine ausreichende und verlässliche Finanzierung der “Bundesförderung effiziente Wärmenetze” im Umfang von mindestens einer Milliarde Euro pro Jahr bis zum Jahr 2030 notwendig. Die BEW müsse nun endlich für die investitionswilligen Fernwärmeunternehmen nutzbar werden, nachdem das Förderprogramm bereits im Mai 2017 angekündigt worden war, fordert Kerstin Andreae weiter.

Die Studie empfehle zudem eine Anpassung der Wärmelieferverordnung, die in ihrer bisherigen Form den Umstieg von fossil befeuerten Heizkesseln auf grüne Fernwärme in Bestandsgebäuden verhindere. Die Verordnung sollte stattdessen zukünftige Entwicklungen mit der CO2-Bepreisung in den Blick nehmen. Außerdem sei das Brennstoffemissionshandelsgesetz (BEHG) dahingehend zu ändern, dass die Benachteiligung von Wärme aus kleineren KWK-Anlagen außerhalb des Europäischen Emissionshandels gegenüber anderen Heiztechnologien aufgehoben werde.

Weitere wichtige Forderungen der BDEW-Studie seien:

die Verbesserung der Förderbedingungen sowie der Absicherungsmechanismen für Tiefengeothermie- und Abwärmeprojekte

sowie die Weiterentwicklung des Erneuerbare-Energien-Paketes in der „Bundesförderung effiziente Gebäude“ (BEG) hinsichtlich eines Transformationsplans der Fernwärmeversorger bis 2030.

Auch das Etablieren einer praxisgerechten Wärmeplanung auf Bundes- und lokaler Ebene gewinne zunehmend an Bedeutung, damit der Aus- und Umbau der Wärmeversorgung mit einem hohen Maß an Planung, Absprache und Verlässlichkeit für die nötigen Investitionen tatsächlich erfolge.

Hintergrundwissen zum Potential von Fernwärme für die Wärmewende

Die Fernwärme biete laut BDEW ein großes Potenzial für andere Sektoren und damit allgemein für die Energiewende. Fernwärmetechnologien wie Großwärmepumpen und Power-to-Heat-Anlagen könnten demnach einen wichtigen Beitrag zur Sektorkopplung leisten und insbesondere in Kombination mit Wärmespeichern überschüssigen Erneuerbare-Energien-Strom (EE-Strom) aufnehmen und so die Abregelung von EE-Anlagen (wie Windanlagen und Photovoltaik-Anlagen) verhindern.

Zugleich ermögliche die systemdienliche Integration von KWK-Anlagen – zukünftig auf Basis klimaneutraler Gase – die Bereitstellung von regelbaren und möglichst effizienten Stromerzeugungskapazitäten, die mit hoher Flexibilität auf Schwankungen in der Verfügbarkeit von EE-Strom reagieren könnten. Die KWK-Anlagen würden somit einen wichtigen Beitrag für die Gewährleistung der Versorgungssicherheit von Strom und Wärme leisten, schreibt der BDEW. Gleichzeitig sorge ihre Flexibilität dafür, dass sie keine Anlagen zur Erzeugung von klimaneutraler Wärme durch hohe Betriebsstunden in der Grundlast verdrängen, sondern diese gezielt ergänzen.

Das sagt die Kurzstudie zur Solarthermie als grüne Fernwärme

Auf Seite 77 der Kurzstudie findet ihr ein Kapitel zur Solarthermie. Darin heißt es unter anderem, dass die Nutzung von Solarthermie ermögliche, solare Strahlung zur Trinkwarmwassererwärmung und Heizungsunterstützung einzusetzen. Somit erlaube die Solarthermie die Erzeugung von Gebäudewärme ohne direkte Treibhausgasemissionen. Zudem stelle die Solarwärme eine Wärmequelle mit geringen Betriebskosten dar, da nur ein Bedarf für Pumpstrom bestehe.

Das Potential von Solarthermie als grüne Fernwärme

Das nutzbare Solarthermie-Potenzial großer Anlagen werde langfristig

  • auf 47 Gigawatt (GW) beziehungsweise 27,8 Terrawattstunden pro Jahr (TWh/a) geschätzt, was gleichbedeutend mit fünf Prozent der netzgebundenen Wärme in Europa sei.
  • mit einem Einsatz in Deutschland von 0 und 60 TWh/a ausgewiesen.

Eingebunden werde solare Wärme demnach meist über verglaste Flachkollektoren (FK) oder Vakuumröhrenkollektoren (VRK). Das erreichbare Temperaturniveau betrage je Technologie:

  • etwa 20 bis 80 °C bei FK
  • etwa bis zu 120 °C bei VRK

Eine geringe Zieltemperatur sei für die effiziente Nutzung solarer Wärme zielführend, eine niedrige Rücklauftemperatur führe demnach zu einer höheren Aufheizspanne und erhöhe damit den Ertrag:

  • FK: Vorlauftemperaturen sollten 70 bis 80 °C, Rücklauftemperaturen 60 °C nicht über-schreiten.
  • VRK: Vorlauftemperaturen bis 100 °C und Rücklauftemperaturen bis 80 °C seien möglich.

Erforderliche Maßnahmen, um Solarthermie als grüne Fernwärme in Wärmenetze einzubinden

Das Einbinden der solaren Wärme erfolge meist über verglaste Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren. Der erforderliche Wärmetauscher zwischen Primär- und Sekundärkreis führe zu Temperaturverlusten von etwa 5 Kelvin (K). Eine geringe Zieltemperatur sei für die effiziente Nutzung solarer Wärme zielführend, eine niedrige Rücklauftemperatur führe zu einer höheren Aufheizspanne und erhöhe damit den Ertrag.

Die Verfügbarkeit von solarer Wärme liege schwerpunktmäßig in den Sommermonaten, sei fluktuierend und nur geringfügig regelbar.

Solarthemie als grüne Fernwärme: Die Herausforderungen bei der Umsetzung

Vor- und Rücklauftemperaturen dürften je nach Kollektor spezifische Temperaturen nicht überschreiten, heißt es in der Kurzstudie. In der Regel sei die Kombination mit einem weiteren Wärmeerzeuger notwendig.

Im Winterbetrieb seien die Anlagen wegen der Rahmenbedingungen höchster Vorlauf-temperaturen bei sinkendem Potenzial für die Wärmeerzeugung für den direkten Einsatz ungeeignet. Im Sommer könne die Konkurrenz mit den Grundlast-Technologien wie Abwärme, Biomasse, Geothermie und Müllverbrennung entstehen. Saisonale Speicher seien demzufolge also nötig, um die Wärmemengen im Winter nutzen zu können.

Ein geeigneter weiträumiger Standort zum Aufstellen großer Freiflächenanlagen und gegebenenfalls saisonaler Speicher sei zudem erforderlich, was zu Akzeptanzproblemen führen könne.

Der Leitungsbau zur Versorgung von Ballungsräumen basierend auf Anlagen außerhalb führe zu Kosten und Verlusten.

Möglichkeiten und Schritte zum Einbinden der Solarthermie in grüne Fernwärmenetze

Es bestehe die Möglichkeit zum Einbinden an eine zentrale Erzeugungsanlage. Dies geschehe entweder über die parallele Erwärmung eines Teilstroms oder in Reihe zur konventionellen Erzeugung, die als Nachheizung eingesetzt werden könne. Die Wärme könne laut BDEW

  • sowohl direkt in die Wärmeversorgung eingebunden werden (Sommerfall)
  • oder auch als Wärmequelle für eine Wärmepumpe dienen (kalte Übergangszeit / Winterfall).

Solarthermie-Anlagen könnten als extra Erzeuger in bestehende Netze auch räumlich getrennt vom zentralen Erzeuger eingebaut werden. Die Temperaturvorgaben der Heizkurve müssten dabei eingehalten werden, um eine Vorlaufabkühlung zu vermeiden.

Die Einbindung als ein „solares Sekundärnetz“ biete sich an, wenn in der Nähe eines bestehenden Netzes ein Neubaugebiet geplant werde. Die Gebäudetechnik des Neubaus könne dann an die geringeren Temperaturen angepasst werden und das Primärnetz zur Spitzenlastdeckung dienen.