Großwärmepumpe können im Unterschied zu kleinen Anlagen im Einfamilien- oder Zweifamilienhaus Leistungen im Megawattbereich erreichen (Quelle: magnific.com/wirestock)
Gesetzliche Vorgaben als Umstellungstreiber
Mit dem am 1. Januar 2024 in Kraft getretenen Wärme-Planungsgesetz (WPG) sind auch die Kommunen ab einer bestimmten Einwohnerzahl zur kommunalen Wärmeplanung verpflichtet. Die Großstädte müssen bis zur Mitte des Jahres 2026 ihren Plan vorlegen, die kleineren bis zum Jahr 2028. Parallel dazu schreibt das Gebäudeenergiegesetz (GEG) ab 2024 für Neubaugebiete vor, dass neue Heizsysteme zu mindestens 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben werden müssen. Für bestehende Fernwärmenetze bedeutet dies einen deutlichen Handlungsdruck. Die Betreiber sind gefordert, technische Alternativen zu Gas- und Kohleheizwerken zu finden. Zugleich fordert die EU-Gebäuderichtlinie langfristig auch eine sukzessive Ablösung der fossilen Heizsysteme in ganz Europa, was den Druck auf nationale Regelungen erhöht. Für die Stadtwerke bedeutet das: Investitionen müssen nicht mehr allein nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten, sondern zunehmend nach regulatorischer Zukunftsfähigkeit entschieden werden.
Technische Lösung: Die Großwärmepumpe
Hier setzt die Großwärmepumpe an. Im Unterschied zu den kleinen Anlagen im Einfamilien- oder Zweifamilienhaus kann die Großwärmepumpe Leistungen im Megawattbereich erreichen und ist damit für Quartiere und ganze Stadtteile geeignet. Als Wärmequelle kommen häufig Flusswasser, gereinigtes Abwasser aus Kläranlagen oder industrielle Abwärme zum Einsatz.
Die Effizienz solcher Anlagen wird über die Jahresarbeitszahl (JAZ), also das Verhältnis von erzeugter Wärme zu verwendetem Strom, angegeben. Moderne Großwärmepumpen erreichen je nach Wärmequelle und Vorlauftemperatur JAZ von 2,5 bis 4,5. Ein weiterer Kennwert ist der COP (Coefficient of Performance), der die Momentanleistung angibt und häufig zur Auslegung einzelner Betriebspunkte genutzt wird. Ein erfreuliches Beispiel dafür ist die Stadt Mannheim, die am Rhein eine Flusswasserwärmepumpe errichtet hat, die mehrere zigtausend Haushalte versorgen soll. In Dänemark, wo die Fernwärme traditionell einen hohen Anteil an der Wärmeversorgung hat, sind Großwärmepumpen seit Jahren etabliert, teilweise mit Anlagenleistungen von über 50 Megawatt in einzelnen Netzen.
Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu Gasheizwerken
Die Investitionskosten für Großwärmepumpen liegen deutlich über denen klassischer Gasheizwerke. Ein wesentlicher Faktor für die Wirtschaftlichkeit ist daher das Verhältnis von Strom- zu Gaspreis (Spark Spread). Sinkt dieses, steigt die Rentabilität der Wärmepumpentechnologie im Netzbetrieb. Förderprogramme wie die Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) unterstützen Betreiber zusätzlich, indem sie bis zu 40 Prozent der Investitionskosten übernehmen können. Ein entscheidender Vorteil von Großwärmepumpen, der bei der Bewertung gerne vergessen wird, ist, dass sie keine Brennstoffe lagern und kein Verbrennungsverfahren benötigen. Wartungsaufwand und Emissionsvorschriften bewegen sich in einem ganz anderen Rahmen als bei fossilen Anlagen. Auch der ganze aufwendige Papierkram zu Emissionsberichten und CO2-Bepreisung entfällt größtenteils, was langfristig planbarere Betriebskosten zur Folge hat.
Anforderungen an Wärmequellen
Nicht jeder Standort eignet sich gleich gut für eine Großwärmepumpe. Wichtig ist vor allem die Verfügbarkeit einer ausreichend temperierten und mengenmäßig stabilen Wärmequelle. Flüsse, Seen und Kläranlagen kommen in Betracht, unterliegen aber wasserrechtlichen Genehmigungsverfahren, die je nach Bundesland sehr unterschiedlich geregelt sind.
Ebenso relevant ist die Netzinfrastruktur, denn niedrigere Vorlauftemperaturen im Netz erhöhen die Effizienz der Wärmepumpe erheblich. Viele Betreiber setzen deshalb weiterhin auf sogenannte kalte Nahwärmenetze, bei denen die Temperatur im Verteilnetz gesenkt und erst am Gebäude durch dezentrale Wärmepumpen angehoben wird. Kommunen, die im Zuge ihrer Umstellung auf niedrigere Temperaturen ihre Netze umrüsten, haben damit gegenüber klassischen Hochtemperaturnetzen einen technologischen Vorteil.