Mehr als ein Drittel aller CO2-Emissionen in Deutschland entfallen auf die Nutzung von Wärme in Gebäuden. Die Optimierung und Dekarbonisierung der Wärmeversorgung bietet demnach Potenziale für die Wärmewende. Ein Beispiel dafür ist eine in Mannheim entstehende Flusswärmepumpe.
Funktionsweise der Flusswärmepumpe, die am GKM eingesetzt wird.
MVV/Siemens Energy
2019 startete die erste Phase des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz initiierten Förderformats "Reallabore der Energiewende". In deren Rahmen sollen innovative Technologien in ihrer praktischen Anwendung unter realen Bedingungen und im industriellen Maßstab getestet werden, um die dann in ihnen gesammelten Erfahrungen beim systemischen Zusammenspiel von Energiebereitstellung und Energiebedarf für den tiefgreifenden Umbau des deutschen Energiesystems zu nutzen.
Eines dieser Reallabore trägt den Namen "Großwärmepumpen in Fernwärmenetzen – Installation, Betrieb, Monitoring und Systemeinbindung". In dessen Rahmen werden in den nächsten Jahren, das Projekt startete am 1. April 2021 und soll am 31. März 2026 beendet werden, Großwärmepumpen in bestehende Fernwärmesysteme integriert. Neben den technischen Erkenntnissen möchten die Projektpartner unter Koordination der AGFW-Projekt GmbH in Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen herausfinden, wie regulatorische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen angepasst werden könnten, um Großwärmepumpen im Fernwärmemarkt zu etablieren. Außerdem würden die Teams vor Ort eine effiziente Integration der Großwärmepumpen unter zu optimierenden Betriebskonzepten erproben, heißt es in der Projektbeschreibung. Dadurch soll ein nachhaltiger und wirtschaftlich effektiver Beitrag zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung in Deutschland geleistet werden.
Spatenstich zu Flusswärmepumpe in Mannheim
Fünf Großwärmepumpen werden im Kontext der Reallabors derzeit an verschiedenen Standorten in Deutschland mit unterschiedlichen Umweltwärmequellen gebaut: zwei in Berlin und jeweils eine in Stuttgart, Mannheim und Rosenheim. Dabei wird im Auftrag vom MVV, einem Mannheimer Energieunternehmen, eine innovative Flusswärmepumpe am Rhein auf dem Gelände der Grosskraftwerk Mannheim AG, kurz GKM, gebaut. Der symbolische Spatenstich dazu erfolgte am 1. April 2022. Damals sagte MVV-Technikvorstand Dr. Hansjörg Roll: "Zu den grünen Technologien, mit denen wir die Wärme aus dem GKM nach und nach ersetzen, gehört ab 2023 auch die innovative Flusswärmepumpe. Sie verfügt über eine thermische Leistung von bis zu 20 Megawatt und eine elektrische Leistung von etwa sieben Megawatt. Unsere Flusswärmepumpe wird damit eine der größten Wärmepumpen Europas sein."
Wie Kältemaschinen und Wärmepumpen im Detail funktionieren, wird im Kapitel "Energieeffiziente Kältetechnik und Wärmepumpen in Industrie und Gewerbe" des Springer-Fachbuchs "Energieeffizienz in Industrie, Dienstleistung und Gewerbe" beschrieben. Darin heißt es auch: "In Deutschland ist der Einsatz elektrisch angetriebener Großwärmepumpen in der Industrie und im Gewerbe im Vergleich zu anderen Ländern (z. B. Großbritannien, USA, Spanien, Japan, China, Dänemark und Norwegen) bisher noch vergleichsweise gering. Ein wesentlicher Grund sind die vergleichsweise hohen Strompreise in Deutschland." Allerdings würden die technischen Innovationen der letzten Jahre sowie die Ziele von Herstellern, das Temperaturniveau der Wärmepumpenanwendungen in absehbarer Zeit deutlich zu erhöhen, eine wachsende Bedeutung dieser Technik erwarten lassen.
Vorhandene Infrastruktur kann genutzt werden
Das Prinzip der in Mannheim entstehenden Anlage lässt sich folgendermaßen erklären: Die Flusswärmepumpe entzieht dem Rheinwasser einen Teil seiner Wärme und gibt sie als Heizenergie ab. So wird das Rheinwasser im Sommer bis zu 25 Grad Celsius warm, im Winter selten unter 5 Grad Celsius. Laut MVV eignet es sich damit perfekt als leistungsfähige Wärmequelle. Die Flusswärmepumpe könne die im Fluss enthaltene Wärmeenergie von einem niedrigem Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau anheben und dadurch nutzbar gemacht werden.
Ein weiterer vorteilhafter Ausgangspunkt ist, dass bereits vorhandene Infrastruktur des GKM genutzt werden kann: der leistungsfähige Wassereinlauf, der Wasserauslauf und die Anbindung an das Fernwärmenetz. Zusammen mit dem Fernwärme-Großspeicher, der auf dem Gelände des GKM bereits vorhanden ist, würden sich vielfältige Speicher- und Kombinationsmöglichkeiten bieten. Ab 2023 sollen dann 3.500 Haushalte mit der umweltfreundlichen Fernwärme versorgt und jährlich rund 10.000 Tonnen CO2 eingespart werden.
Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) beihilferechtlich genehmigt
Im Zusammenhang mit grüner Fernwärme hat die EU-Kommission am 2. August 2022 auch die Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) beihilferechtlich genehmigt. Kerstin Andreae, Vorsitzende der Hauptgeschäftsführung des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) begrüßte diese Entscheidung. Sie sagte in dem Zusammenhang unter anderem: "Die Unternehmen der Energiewirtschaft stehen in den Startlöchern, um verstärkt in die Umstellung der Nah- und Fernwärmeerzeugung auf erneuerbare Wärme und Abwärme sowie in den Umbau der Wärmenetze und Hausübergabestationen zu investieren. Viele Unternehmen sind hier bereits kräftig in Vorleistung gegangen."
Allerdings wäre es aus Sicht des BDEW noch besser gewesen, die BEW von vorneherein bis Ende 2030 anzulegen und beihilferechtlich genehmigen zu lassen. Das hätte den Unternehmen die nötige Investitionssicherheit gegeben. Zudem sei abzusehen, dass die geplante Fördersumme von bislang durchschnittlich 500 Millionen Euro pro Jahr über rund sechs Jahre nicht ausreichen werde, um den Bedarf zu decken. Wenn das Instrument erfolgreich angelaufen sei, sollte über den Bundeshaushalt mindestens eine Milliarde Euro jährlich bereitgestellt werden.