Bild 1. Technologiemix der Wärmeversorgung heute und in Zukunft
Deutschland ist auf dem Weg, eine klimaneutrale Wärmeversorgung zu erreichen; der Fernwärme kommt dabei eine zentrale Rolle zu. Aktuell sind die gesetzlichen Ziele der Wärmewende schrittweise klar definiert: Bis 2030 sollen 30 % der Wärmeversorgung CO2-frei vorgenommen werden, bis 2040 80 % und ab 2045 soll die Wärmeversorgung vollständig auf CO2-freie Lösungen umgestellt sein. Über den konkreten Transformationspfad bestehen jedoch unterschiedliche Auffassungen. Stadtwerke verfolgen in der Regel einen technologieoffenen Ansatz und setzen auf einen Mix aus strom- und brennstoffbasierten Lösungen, der mit einer zunehmenden Anzahl dezentraler Anlagen und veränderten Einspeiseparametern einhergeht.
Für Dresden bedeutet dies, dass Sachsen-Energie rd. 2 000 GWh Wärme dekarbonisieren muss. Derzeit werden etwa 50 GWh über Elektrodenheizkessel bereitgestellt, weitere rd. 20 GWh stammen aus zwei bereits in Betrieb befindlichen Großwärmepumpen. Der überwiegende Teil der Wärmeversorgung wird aktuell jedoch noch durch Bio- und Erdgas gedeckt. Um die erste Zieletappe, 2030 die Wärme zu 30 % CO2-frei zu erzeugen, zu erreichen, sollen zusätzliche Wärmepumpenpotenziale erschlossen und eine thermische Verwertungsanlage für Restabfälle und Sperrmüll sowie ein Großwärmespeicher realisiert werden. In den 2030er-Jahren hat Sachsen-Energie weitere Dekarbonisierungsschritte vorgesehen, vor allem durch den Einsatz von Wasserstoff und perspektivisch Tiefengeothermie; der aktuelle Fokus liegt jedoch klar auf dem Erreichen des 30 %-Ziels. Der vorgesehene Umstellungspfad ist in Bild 1 dargestellt.
Parallel zur Transformation der Erzeugungsstruktur sind umfangreiche Investitionen in das Fernwärmenetz erforderlich. Dazu zählen vor allem Anpassungen der Nennweiten sowie eine schrittweise Absenkung der Netztemperaturen, die Sachsen-Energie integrativ mit dem Ausbau der Erzeugungsanlagen plant. Diese netzseitigen Randbedingungen bestimmen unmittelbar die Auslegung neuer Wärmeerzeuger.
Großwärmepumpen werden sowohl an bestehenden Kraftwerksstandorten als auch an Netzenden errichtet und speisen zum Teil mit Vorlauftemperaturen unterhalb von 100 °C in das primäre Fernwärmenetz ein. Jede neue Anlage erfordert daher eine detaillierte Überprüfung der thermodynamischen und hydraulischen Randbedingungen des Gesamtnetzes, um die Versorgungssicherheit dauerhaft zu gewährleisten. Ein zentrales Auslegungskriterium bei der Einbindung von Großwärmepumpen ist die erforderliche Vorlauftemperatur im Fernwärmenetz. Für Vorlauftemperaturen bis etwa 90 °C kommen als natürliche Kältemittel vor allem Ammoniak (R717), Kohlendioxid (R744), Propan (R290) und Wasser (R718) in Betracht. Die Auswahl wird projektspezifisch unter Berücksichtigung technischer, sicherheitstechnischer und genehmigungsrechtlicher Randbedingungen vorgenommen. Ammoniak wird derzeit am häufigsten eingesetzt, da es eine hohe energetische Effizienz mit einem Treibhauspotenzial von null verbindet; die damit verbundenen Sicherheitsanforderungen gelten als anspruchsvoll, jedoch gut beherrschbar und langjährig erprobt.
Zur Umsetzung dieser anspruchsvollen Transformationsschritte hat Sachsen-Energie frühzeitig auf eine integrierte und fachübergreifende Planung gesetzt. Mit der Gesa – Ingenieurgesellschaft für Technische Gesamtplanung mbH stand dabei ein Planungsbüro zur Seite, das über ausgewiesene Erfahrungen in der Auslegung, Integration und Genehmigungsbegleitung von Wärmeerzeugungsanlagen im Fernwärmekontext verfügt. Vor allem die enge Verzahnung von Erzeugungstechnik, Fernwärmenetz, Steuerungs- und Regelungssystemen, Sicherheitskonzepten und Förderanforderungen erfordert eine fundierte Planungskompetenz.