Wie Großwärmepumpen klimaneutral Wärme liefern könnten

Blickt man aktuell auf die Fernwärmeversorgung, wird sie in zahlreichen Städten und Kommunen schon zum Teil aus industrieller Abwärme erzeugt. Sei es aus der Abwärme von Müllverbrennungs- oder Biomasseanlagen oder von Raffinerien. Allerdings sind es immer noch die Kohlekraftwerke, die derzeit einen Großteil der Fernwärme liefern. Sie sollen nun endlich durch nachhaltige Technologien ersetzt werden. Im Forschungsprojekt „FernWP – Fern- und Prozesswärmeversorgung durch Wärmepumpen als Ersatz der Kohleverbrennung“ der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien IEG wird untersucht, wie Großwärmepumpen als Energie der Zukunft natürliche und industrielle Wärmequellen für eine klimaneutrale Wärmeversorgung nutzbar machen können. Neben technischen Fragestellungen betrachteten die Forschenden auch wirtschaftliche Herausforderungen, um den Einsatz von Großwärmepumpen zu erleichtern. Die Ergebnisse zeigen, dass Großwärmepumpen als Energie der Zukunft eine zentrale Rolle bei der Dekarbonisierung der Fernwärme spielen können.

Wärmepumpen im Aufwind – trotz Rückgang in der Produktion

Bislang stammt die Fernwärme überwiegend von fossilen Kraftwerken, die gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen. Dabei handelt es sich um das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung, kurz KWK. Laut Bundesnetzagentur verfügten Anfang 2024 von 141 Kraftwerksblöcken 123 über eine solche Wärmeauskopplung. Mit dem geplanten Kohleausstieg, den Bundestag und Bundesrat bis spätestens 2038 beschlossen haben, steht die Fernwärmeversorgung vor einer doppelten Herausforderung: Auf der einen Seite muss sie grundsätzlich sichergestellt und auf der anderen Seite zugleich klimaneutral gestaltet werden. Großwärmepumpen als Energie der Zukunft bieten hier eine innovative Lösung, indem sie alternative Wärmequellen erschließen und so die Dekarbonisierung vorantreiben.

Großwärmepumpen als Energie der Zukunft: Standorte und Potenziale

Im Rahmen des Projekts „FernWP“ haben Forschende an acht Kraftwerksstandorten bestehende Wärmequellen geprüft. Im Fokus stand dabei die Frage, ob sie sich für den Einsatz von Großwärmepumpen überhaupt eignen. Zugleich analysierten die Forschenden im Detail die Verfügbarkeit von natürlichen Ressourcen wie Luft, Wasser oder Geothermie sowie die vorhandenen Temperaturniveaus. Auch netzspezifische Besonderheiten wurden berücksichtigt, um das Potenzial für eine klimaneutrale Fernwärmeversorgung realistisch bewerten zu können. Die Analyse zeigt, dass es in Deutschland zahlreiche Niedertemperatur-Wärmequellen gibt, die durch Großwärmepumpen technisch effizient genutzt werden könnten. Diese Quellen könnten einen erheblichen Teil des Fernwärmebedarfs decken, wobei das verfügbare Wärmeangebot je nach Region variiert.

Die geografische Lage und die vorhandene Infrastruktur spielen eine entscheidende Rolle für den erfolgreichen Einsatz von Großwärmepumpen als Energie der Zukunft. An Standorten mit Zugang zu Oberflächengewässern, Fließgewässern, Geothermie oder Solarthermie ergeben sich besonders große Potenziale. Die Forschenden betonen, dass Großwärmepumpen unterschiedlich temperierte Wärmequellen flexibel nutzen und so grüne Fernwärme bereitstellen können. „Mit Großwärmepumpen lassen sich natürliche Wärmequellen effizient nutzen und die Wärmeerzeugung aus Kohle schrittweise ersetzen“, erläutert Anja Hanßke, Projektleiterin des Forschungsprojekts „FernWP“. „Das eröffnet neue Perspektiven für eine nachhaltige Fernwärmeversorgung.“

Flexibilität und Effizienz: Großwärmepumpen als Schlüsseltechnologie

Großwärmepumpen als Energie der Zukunft zeichnen sich durch ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anforderungen der Fernwärmenetze aus. Darüber hinaus ermöglichen Großwärmepumpen eine effektive Einbindung erneuerbarer Energien. Wichtig dabei: Es müssen regionale Bedingungen wie Bevölkerungsdichte und bestehende Infrastruktur berücksichtigt werden. Wenn möglich, sollten auch Netzvorlauftemperaturen gesenkt werden, um die Effizienz der Großwärmepumpen weiter zu steigern. So können Großwärmepumpen als Energie der Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur klimaneutralen Wärmeversorgung leisten.

Die Forschenden fanden also heraus, dass es grundsätzlich möglich ist, Kohlekraftwerksstandorte zu Anlagen für Großwärmepumpen umzurüsten. Allerdings: Ohne Investitionen und Anpassungen sei dies nicht umsetzbar. Das Projekt „FernWP“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Zu den Projektpartnern zählen neben Fraunhofer IEG (Koordination) auch das Fraunhofer ISE, AGFW, Fraunhofer ISI, GESMEX EXCHANGERS GmbH, Johnson Controls Systems & Service GmbH und die Stadtwerke Cottbus.