Initialberatung

Für die Energiewende ist die Wärmeversorgung von zentraler Bedeutung. Vor allem der Auf- und Umbau von Wärmenetzen und die Umstellung auf erneuerbare Energie und Abwärmenutzung treibt die Transformation der Wärmeversorgungssysteme in Richtung Klimaneutralität voran. So wird die Wärmewende auch zu einer planerischen Aufgabe. Nach dänischem Vorbild hat das Land Baden-Württemberg die kommunale Wärmeplanung für Große Kreisstädte und Stadtkreise verpflichtend eingeführt.

Die kommunale Wärmeplanung hat zum Ziel, Strategien für eine klimafreundliche und volkswirtschaftlich kostengünstige Wärmeversorgung zu entwickeln und umzusetzen. Damit kommunale Wärmeplanung funktioniert, ist die sorgfältige Betrachtung der Schnittstellen kommunaler und regionaler Planungsinstrumente notwendig. Neben der Kommune selbst (Energieabteilung, Stadtplanung, Umweltamt, Tiefbauamt etc.) sind auch die Stadtwerke wichtige Akteure.

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Trotz vielfach interessanter Rahmenbedingungen werden Wärmenetze bei weitem nicht so häufig errichtet wie dies ökonomisch und ökologisch sinnvoll wäre. Dabei ist der Wärmesektor ein wichtiger Faktor bei der Erreichung der Klimaschutzziele: In Baden-Württemberg werden rund 33% der CO₂-Emissionen durch die Erzeugung von Raumwärme verursacht. Zudem wird der Wärmesektor durch den Ausbau von Kraft-Wärme-Kopplung und den Einsatz von elektrischen Wärmepumpen immer stärker mit dem Stromsektor vernetzt, wodurch die Energiewende auch im Stromsektor unterstützt werden kann. Perspektivisch ist daher ein kombiniertes Strom-Wärme-System zu betrachten, das die Zielsetzungen der Energiewende und des Klimaschutzes erfüllt.

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In der Studie Abwärmenutzung in Unternehmen (2019) wurde für Industriebetriebe in Baden-Württemberg ein theoretisches Abwärmepotenzial von etwa 5,4 bis 9,3 TWh/a ermittelt. Der gesamte Wohngebäudebestand benötigt 70 Terawattstunden. Rund zehn Prozent der 5,3 Millionen Haushalte in Baden-Württemberg könnten also theoretisch klimaschonend mit Raumwärme und Warmwasser aus industrieller Abwärme versorgt werden. Darüber hinaus spielen weitere Abwärmequellen, wie die Wärme aus Rechenzentren und die Nutzung von Abwasserwärme (aus Kläranlagen und Abwasserkanälen) eine wichtige Rolle.

Um bislang ungenutzte Abwärmequellen systematisch zu erfassen und deren perspektivische Rolle in der kommunalen Wärmewendestrategie zu planen, berücksichtigt die kommunale Wärmeplanung insbesondere das Thema Abwärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Im Zuge der kommunalen Wärmeplanung werden systematisch alle relevanten Abwärmequellen räumlich und ihrem Potenzial nach erfasst.

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Blockheizkraftwerke erzeugen gleichzeitig Strom und Wärme. Unter diese Definition fällt auch die Wärmeauskopplung in Großkraftwerken mit Leistungen einiger hundert MW. In unserem Fokus steht jedoch die „kleine“ KWK mit Leistungen bis ca. 5 MW. Technisch gesehen ist das entweder ein Verbrennungsmotor, der einen Generator antreibt, oder eine Brennstoffzelle, die Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser umsetzt.

Die Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung liegen

• in der (im Vergleich zur klassischen Stromerzeugung in Großkraftwerken) viel besseren Energieausnutzung, wenn auch die Wärme genutzt und nicht einfach in die Umwelt abgegeben wird.
• in der Steuerbarkeit der Anlagen im Gegensatz zu wetterabhängigen Wind- und PV-Kraftwerken

Der erzeugte Strom wird entweder direkt im Objekt verbraucht (als so genannte Eigenstromnutzung) oder in das allgemeine Versorgungsnetz eingespeist. Die erzeugte Wärme wird häufig zwischengespeichert und dann ebenfalls im Objekt verbraucht. Sie kann aber auch in ein Wärmenetz eingespeist werden, um so zur Versorgung eines Quartiers, eines Stadt- bzw. Ortsteils oder einer ganzen Gemeinde beizutragen.

In erdgasversorgten Einzelobjekten, z.B. in öffentlichen Gebäuden oder in Mehrfamilienhäusern bzw. -siedlungen, können grundsätzlich auch kleine Blockheizkraftwerke anstelle der üblichen Heizkessel installiert werden. Wirtschaftlich attraktiv ist in diesen Fällen die möglichst weitgehende Eigennutzung des BHKW-Stroms, sofern die teilweise sehr komplexen rechtlichen und organisatorischen Fragen der Eigenstromnutzung, vor allem in Häusern mit mehreren Wohnungen oder Gewerbeeinheiten, gelöst werden können.

Vorteile großer Blockheizkraftwerke

Die Objektversorgung mit Strom und Wärme aus Erdgas-Blockheizkraftwerken ist ein sinnvoller Weg, die Effizienzvorteile der dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung zu nutzen. Allerdings bieten größere Lösungen mit Wärmenetzen eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber den Einzelobjekten. Große BHKW-Module mit elektrischen Leistungen > 1 MW haben deutlich höhere Stromwirkungsgrade und erheblich niedrigere spezifische Investitionskosten als Module mit kleiner Leistung.

Auch wird m Stromnetz der Zukunft der wärmegeführte Betrieb von BHKW und die damit verbundene bedarfsunabhängige Stromerzeugung iimmer seltener benötigt. BHKW müssen zukünftig dann Strom produzieren, wenn Solar- und Windkraftwerke den Verbrauch nicht decken können (der so genannte „stromgeführte Betrieb“). Die dann entstehende Wärme muss zwischengespeichert werden, bis sie gebraucht wird. Größere BHKW in Verbindung mit Wärmenetzen bieten dafür mehr Möglichkeiten, vor allem, weil das Wärmenetz als großer Wärmespeicher dient und damit die flexible Stromerzeugung leichter möglich wird.

Erd- oder Biogas-Blockheizkraftwerke können somit ein Ansatz sein, in gasversorgten Quartieren und Stadtteilen den Übergang von den Gasnetzen zu den Wärmenetzen einzuleiten.

Die Zukunft der Kraft-Wärme-Kopplung

Im Licht der Perspektive, dass das Land Baden-Württemberg im Jahr 2040 klimaneutral sein wird und spätestens dann keine fossilen Brennstoffe mehr verbrannt werden, stehen Erdgasnetzbetreiber und die KWK-Branche vor einer großen Transformation. Diese besteht darin,

• die Erdgasnetze (immerhin bundesweit 500.000 km lang) und alle Speicher technisch so umzurüsten, dass erneuerbare Gase dauerhaft transportiert und gespeichert werden können, und
• die Erzeugungsanlagen der Kraft-Wärme-Kopplung zur Verwendung erneuerbarer Gase umzurüsten.

Die Notwendigkeit, die Umrüstung aller Netzsegmente und der darüber versorgten Erzeugungsanlagen zeitlich zu koordinieren, macht das Unterfangen komplex. Gleichzeitig ist noch nicht absehbar, ob und wenn ja, bis wann, erneuerbare Gase in ausreichender Menge und zu wettbewerbsfähigen Preisen zur Verfügung stehen werden, und welche Bedarfe der verschiedenen Verbrauchergruppen (Industrie, Verkehr, GHD, öffentliche Verwaltungen, Privathaushalte) zuerst gedeckt werden.

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