Mission Zukunft: Mit einer Großwärmepumpe die urbane und kommunale Wärmewende meistern

Die Wärmewende fängt im Gebäude an. Damit nehmen Städte und Kommunen mit ihrer großen Gebäudeanzahl eine tragende Rolle auf dem Weg zur Klimaneutralität ein. Wie können wir diese Energiewende und Wärmewende gestalten – möglichst schnell, möglichst zuverlässig? Großwärmepumpen wie SPECTRUM Water und thermeco₂ leisten dazu einen wichtigen Beitrag.

Kaum ein Thema treibt Städte, Kommunen und Quartiere derzeit mehr um als die Wärmewende und die langfristig notwendige Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern wie Öl und Gas. Klar ist: Ohne Wärmewende kann es keine Energiewende geben. Doch aktuell liegt der regenerative Anteil im Bereich der Wärmeversorgung nur bei rund 17 Prozent. Im Vergleich: Im Stromsektor stellen die regenerativen Energien bereits mehr als 40 Prozent. Kein Wunder also, dass der Wärmebereich oft als „schlafender Riese“ der Energiewende tituliert wird. Um das ambitionierte Ziel der Bundesregierung von 50 Prozent regenerativen Anteils im Bereich der Wärmeversorgung bis 2030 zu erreichen, ist in den kommenden Jahren ein massiver Ausbau der regenerativen Energien notwendig – und das nicht nur im Privatbereich, sondern eben auch bei Unternehmen, Städten und Kommunen. Getrieben durch die weltpolitische Lage werden zurzeit in allen Sektoren große Anstrengungen unternommen, um den Ausstieg aus der fossilen Energiewelt zu beschleunigen – und den Einstieg in eine klimafreundliche, CO₂-neutrale Zukunft zu erreichen.

Warum wir den schlafenden Riesen „Wärmewende“ wecken müssen

Insbesondere im Bereich der Gebäudewärme, auf den heute rund 35 Prozent des Endenergieverbrauchs in Deutschland entfallen und der lediglich zu rund einem Viertel von regenerativen Energien gedeckt wird, schlummern noch große Potentiale zur Dekarbonisierung. Tatsächlich können diese mit heute verfügbarer Technik wirtschaftlich abgedeckt werden. In Städten und Kommunen gelten Wärmenetze in diesem Zusammenhang als Schlüsselelement, um neben Neubauten den Gebäudebestand bis 2045 klimaneutral mit Wärmeenergie zu versorgen. Vergleicht man Wärmenetze mit einer rein dezentralen Wärmenutzung, ergeben sich mehrere Vorteile. Denn ähnlich wie Stromnetze, erzeugen Wärmenetze einen Ausgleich aus lokalen Energieüberschüssen und -bedarfen. Weiterhin bieten sie die Möglichkeit zur Speicherung. Ebenso entfällt die Notwendigkeit für Verbraucher:innen, eigene Heizungsanlagen zu installieren und zu betreiben. Infolgedessen sollen Wärmenetze in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung der Gebäudewärme spielen – vor allem in dicht besiedelten Gebieten und Ballungsräumen mit hohem spezifischem Wärmebedarf. Denn dort stoßen objektnahe, dezentrale Heizsysteme häufig an technische und wirtschaftliche Grenzen.

Wärmewende – eine Herkulesaufgabe für alle

Für eine erfolgreiche Wärmewende ist es laut der aktuellen Studie „Transformationspfade der Fernwärme in Rückkopplung mit dem Energiesystem und notwendige Rahmenbedingungen“ veröffentlicht vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) nötig, den Endenergieanteil durch Wärmenetze bis 2030 von aktuell elf Prozent auf 37 Prozent zu erhöhen. Infolgedessen möchte auch die Bundesregierung Wärmenetze in den nächsten Jahren deutschlandweit stärker ausbauen und dekarbonisieren – das steht im Koalitionsvertrag der Regierungsparteien und in der „Eröffnungsbilanz Klimaschutz“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz. Dabei wurde festgelegt: „Wir werden uns für eine flächendeckende kommunale Wärmeplanung und den Ausbau der Wärmenetze einsetzen.“ Das Ziel ist es, bis 2045 klimaneutrale Wärmenetze zu erreichen; vor allem, indem der Anteil erneuerbarer Energien gesteigert wird. Um diese Entwicklung zu beschleunigen, hat die Politik mit der „Bundesförderung für energieeffiziente Wärmenetze (BEW)“ neue Fördermöglichkeiten auf den Weg gebracht. Das Programm sieht neben einem Investitionszuschuss im Entwurf erstmals eine Betriebskostenförderung für Großwärmepumpen vor – ein attraktiver Anreiz für Städte und Kommunen.

„Großwärmepumpen spielen eine Schlüsselrolle für die Dekarbonisierung der Wärmenetze. Dabei sind SPECTRUM Water und thermeco₂ die idealen Lösungen für Kommunen und Städte.“

Roman Steddin, Produktmanager bei ENGIE Refrigeration GmbH

Mit Großwärmepumpen gewinnt die Umwelt

So weit, so gut. Doch wie sieht die Realität aktuell aus? „Momentan speisen sich Wärmenetze überwiegend fossil. Rund 70 Prozent der entsprechenden Versorgung besteht heute noch aus Erdgas und Kohle“, weiß Roman Steddin, Produktmanager bei ENGIE Refrigeration. „Aufgrund dieses hohen Anteils ist die Umstellung auf umweltfreundliche Alternativen zwar eine Herkulesaufgabe für Städte und Kommunen; nichtsdestotrotz ist sie aufgrund der aktuellen weltpolitischen Lage und in Bezug auf den Klimaschutz unumgänglich. Großwärmepumpen kommt dabei eine Hebelfunktion zu.“ Das sieht auch das Fraunhofer IEE so: „Für die urbane Wärmewende werden Großwärmepumpen im bunten Strauß der Technologieoptionen eine sehr wichtige Rolle spielen“, heißt es in der Studie. Zentral installierte Großwärmepumpen können sowohl große natürliche Wärmequellen als auch industrielle Abwärme auf niedrigem Temperaturniveau nutzen; beides können dezentrale Wärmepumpen nicht leisten. Zudem befinden sich geeignete Wärmequellen oftmals nicht in unmittelbarer Nähe oder können von Einzelverbraucher:innen nicht einfach erschlossen werden. Großwärmepumpen hingegen erreichen eine effiziente strombasierte Wärmeversorgung. Werden sie netzdienlich betrieben, gewinnen sie zudem als Flexibilisierungskomponente für den zunehmend durch fluktuierende erneuerbare Energien geprägten Stromsektor an Bedeutung – Stichwort Sektorenkopplung. Insgesamt können Großwärmepumpen daher maßgeblich dazu beitragen, urbane und kommunale Wärmenetze zu dekarbonisieren und die Klimaschutzziele zu erfüllen – insbesondere, wenn sie mit treibhausgasfreiem Strom arbeiten.

SPECTRUM Water Wärmepumpe: Investition in die Zukunft

Bei all diesen Vorteilen drängt sich die Frage auf, weshalb Großwärmepumpen für die Wärmeversorgung mit Wärmenetzen nicht bereits heute weiter verbreitet sind. Roman Steddin kennt die Antwort: „Aufgrund der großen Strom- und Gaspreis-Diskrepanz in Deutschland haben sich viele Städte, Kommunen und Quartiere rein aus ökonomischen Gründen lange Zeit gegen eine Großwärmepumpe und für einen Gaskessel oder für eine fossil gespeiste Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) entschieden. Das hat sich allerdings durch die starken Preissteigerungen und drohenden Versorgungsengpässe am Gasmarkt, die zusätzliche CO₂-Bepreisung und die zunehmende regulatorische und finanzielle Förderung von erneuerbaren Wärmeerzeugern geändert. Zudem werden Investitionsentscheidungen mehr und mehr aus ökologischen Gesichtspunkten getroffen – und nicht mehr rein monetär getrieben.“ Aus ökologischer Sicht und im Hinblick auf CO₂-Reduktionspotentiale hat die Großwärmepumpe hier deutliche Vorteile gegenüber einer konventionellen Wärmeerzeugung mit Gas, Öl oder Kohle. Eine große Hürde für die Marktdurchdringung der Großwärmepumpen in Wärmenetzen lag lange Zeit auch darin, dass nur eine geringe Anzahl von Hersteller:innen überhaupt serienreife Großwärmepumpen mit einem ausreichend hohen Temperaturniveau und mit großem Leistungsbereich für die effiziente und wirtschaftliche Einbindung in Wärmenetze angeboten haben. Mit der SPECTRUM Water Wärmepumpe gehört ENGIE Refrigeration zu den Vorreiter:innen auf dem internationalen Markt.

Wie eine Großwärmepumpe für Effizienz sorgt

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe SPECTRUM Water ist seit dem Frühjahr 2022 in zwölf Grundmodellen mit einer Nenn-Wärmeleistung von 350 bis 3.100 Kilowatt und für Wärmeträgeraustrittstemperaturen bis +65 Grad Celsius verfügbar. Das Team von ENGIE Refrigeration hat das Modell als Antwort auf die internationalen Klimaziele und die wachsende Nachfrage des Marktes nach hocheffizienten und standardisierten Großwärmepumpen entwickelt. Dank der branchenführenden Energieeffizienz, dem großen Leistungsbereich und den hohen Wärmeträgertemperaturen eignet sich die Großwärmepumpe optimal für den Einsatz in Wärmenetzen – ob monovalent eingebunden in kleine Niedertemperatur-Quartiernetze oder multivalent als Scheibe im Energiemix mit anderen regenerativen Wärmeerzeugern oder KWK-Anlagen (sogenannte iKWK).

Das ölfreie Maschinendesign mit magnetgelagerten Turboverdichtern macht die Anlage einzigartig auf dem Markt für Großwärmepumpen, der aktuell noch stark von ölgeschmierter Verdichtertechnologie geprägt ist. Neben einer sehr hohen und über die Lebensdauer der Anlage konstanten Energieeffizienz führt der Verzicht auf Schmieröle im Kältemittelkreislauf zu einer gesteigerten Betriebssicherheit und zu weniger zeit- und kostenintensiven Serviceeinsätzen – das spart langfristig Zeit und Geld. Dabei haben Anwender:innen die Wahl zwischen dem Low-GWP-Kältemittel R-1234ze und den Sicherheitskältemitteln R-515B und R-513a. Durch die kompakten Abmessungen und den geringen Betriebsschallpegel ist SPECTRUM Water prädestiniert für den Einsatz in verdichteten Bereichen, wo Aufstellflächen beschränkt sind und hohe schalltechnische und gegebenenfalls architektonische Restriktionen gelten. Ein netzdienlicher Betrieb kann über die optional erhältliche Smart-Grid-Schnittstelle realisiert werden. Zudem lässt die Großwärmepumpe die Einbindung von regenerativen Wärmequellen zu, beispielsweise die Wärme aus Abwasserkanälen oder Geothermie. So wie in der französischen Metropole Bordeaux: In einem neu entstehenden Immobilienquartier mit einer Fläche von 40.000 Quadratmetern garantiert künftig eine SPECTRUM Water Wärmepumpe mit einer Megawatt Wärmeleistung die effiziente Wärmeversorgung – und trägt entscheidend zum Nachhaltigkeitskonzept des Quartiers bei.

Mit ENGIE Refrigeration die Wärmewende gestalten

Wer im Wärmenetz hohe Temperaturen bis hin zu 90 Grad Celsius benötigt und ein natürliches Kältemittel wünscht, findet in der thermeco₂ die passende Hochtemperatur-Wärmepumpe. In Leistungsstufen zwischen 90 und 1.000 Kilowatt verfügbar, zeichnet sich das Modell durch sehr gute Effizienzwerte aus, selbst unter extremen Einsatzbedingungen. Für mehr Klimaschutz sorgt die thermeco₂-Hochtemperatur-Wärmepumpe im Rahmen von innovativen Abwärmenutzungskonzepten, beispielsweise im Auftrag des Braunschweiger Energie-, Wärme- und Wasserversorgers BS Energy im Stadtquartier „Heinrich der Löwe“ mit 600 Wohneinheiten sowie im Auftrag des Ludwigsburger Landratsamtes für das hausinterne Rechenzentrum. Roman Steddin sieht einen sehr hohen Bedarf für ähnliche Projekte, die Quartiere, Kommunen und städtische Einrichtungen mit der Wärmewende im Blick jetzt dringlich angehen müssen – und freut sich persönlich darauf, weitere Kunden:innen auf diesem Weg zu begleiten: „Klimaneutralität ist seit Jahren die Mission der ENGIE-Gruppe. Und wir bei ENGIE Refrigeration nehmen auf dem internationalen Kälte- und Wärmemarkt eine Vorreiterrolle für CO₂-neutrale Technologien ein. Ich bin absolut überzeugt von unserem Produktportfolio, allen voran von der SPECTRUM Water Wärmepumpe und der thermeco₂-Hochtemperatur-Wärmepumpe“, betont der Wärmeexperte. „Eine Entscheidung für SPECTRUM oder für thermeco₂ ist eine Entscheidung für den Klimaschutz. Unsere Großwärmepumpen tragen dazu bei, die Wärmewende zu meistern und Kommunen und Städte sicher für morgen aufzustellen.“ Mission Zukunft: erfolgreich geglückt!