LocalZero:Empfohlene Erschließung folgender erneuerbarer Wärmequellen und – speicher

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Das Herzstück der Wärmeplanung ist die Erstellung der Potenzialberechnungen (§ 16), darauf aufbauend die Identifikation von Wärmeanwendungen für die Erstellung des Zielszenarios (§ 17) und die Einteilung des beplanten Gebiets in voraussichtliche Wärmeversorgungsgebiete (§ 18). Hier geht es um die Wärmeversorgung der Wärmenetze in der Zukunft. Wie werden wir unsere Wärmenetze klimaneutral betreiben? Hier kommen einige Wärmequellen in Frage. LocalZero sortiert die unterschiedlichen Wärmeanwendungen in drei Kategorien: 1) Empfohlene Wärmeanwendungen, 2) Bedingt empfohlene Wärmeanwendungen und 3) Nicht empfohlene Wärmeanwendungen. Grundsätzlich gilt: je effizienter und je regionaler, desto besser das Potenzial. Bei der Ausweisung der voraussichtlicheren Wärmeversorgungsgebiete kommt es laut Wärmeplanungsgesetz auf diese Indikatoren an, anhand derer die Wärmequellen hier auch bewertet werden:

-       Geringe Wärmegestehungskosten: Wie teuer ist die Wärmeerzeugung (inkludiert: Investitionskosten inkl. Erschließungskosten und Betriebskosten der Anlagen)?

-       Geringe Realisierungsrisiken: Wie realistisch ist die Bereitstellung von Wärme durch diese Wärmequelle bzw. über diese Technologie (z.B. Aufbau funktionierender Infrastruktur)?

-       Hohes Maß an Versorgungssicherheit: Wie zuverlässig (dauerhaft und regelmäßig, z.B. das ganze Jahr oder schwankend) liefert die Wärmequelle Wärme? Ist ein funktionierender, stabiler Betrieb gewährleistet? Ist Wärmequelle bzw. Brennstoff verfügbar?

-       Geringe kumulierte THG-Emissionen bis Zieljahr: Wie viel Emissionen werden bei der Wärmebereitstellung erzeugt?

Disclaimer: Wir geben euch eine qualitative Einschätzung für jeden der vier Indikatoren über die jeweilige Wärmeanwendung. Letztendlich lassen sich in vielen Fällen keine endgültigen Einschätzungen im Vorhinein geben, die Einschätzung sind daher als Gesprächsgrundlage und zum fachlichen Nachfragen gedacht. Auch ist die Wärmenutzung natürlich stark abhängig von den lokalen Potenzialen, das betrifft z.B. die Nutzung von Gewässer-Wärme oder Tiefen-Geothermie. Die Einschätzungen zu den Kosten betrachten lediglich die Technologie-Kosten, basierend auf dem Technikkatalog der KEA-BW und ergänzenden eigenen Berechnungen.

Die Bewertungskala ist fünfstufig: sehr hoch (++), hoch (+), mittel (0), niedrig (-), sehr niedrig (--).

Empfohlene Wärmeanwendungen

Wärmeanwendungen Erläuterungen entlang der Wärmeplanungsgesetz-Kriterien Praxisbeispiel Bewertung Nutzung von Gewässerwärme mittels Großwärmepumpen In den letzten Jahren werden immer mehr Großwärmepumpen in Flüssen und Gewässern gebaut. Durch die höheren Wassertemperaturen gegenüber der Umgebungsluft lässt sich auch (je nach Gewässer) bis tief in die Heizperiode Wärme mittels Hochtemperatur-Wärmepumpen nutzen. Allerdings funktioniert eine effiziente Wärmeentnahme nur bis zu einer bestimmten Mindesttemperatur (ca. 5 Grad). Die Nutzung von Gewässerwärme mittels Wärmepumpe ist eine sehr effiziente und weitestgehend zuverlässige Wärmegewinnung. Bei Nutzung von grünem Strom entstehen keine Emissionen im Betrieb. Mehr Informationen BBK Steckbrief Flusswärmepumpe Clausen 2023: Wärmepumpen in der Wärmeplanung Mannheim Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen gering sehr niedrig mittel - hoch sehr niedrig Nutzung von Abwasser- und Grundwasserwärme mittels Großwärmepumpen Die Abwassernutzung mittels Wärmetauschern im Abwassersystem und Wärmepumpen wird bereits in vielen Städten genutzt. Sie stellt eine sehr effiziente und sehr zuverlässige Wärmegewinnung dar: Selbst im Winter ist noch mit Wassertemperaturen von 10 – 15 Grad mit konstanter Abwärmenutzung zu rechnen. V.a. in großen Städten, wo Abwasseraufkommen und Wärmebedarf nah nebeneinander vorkommen, können über das Abwasser große Wärmemengen erschlossen werden. Bei Nutzung von grünem Strom entstehen keine Emissionen im Betrieb. Mehr Informationen BBK Steckbrief Abwasser Wärmepumpe Clausen 2023: Wärmepumpen in der Wärmeplanung Berlin Wien Fürth Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen mittel sehr niedrig hoch sehr niedrig Nutzung solarer Wärme: Freiflächen-Solarthermie Bei der Solarthermie wird die Wärme der Sonne über Kollektoren genutzt. Die Wärme kann dann über einen Wärmetauscher in ein Wärmenetz eingespeist werden bzw. in einen Saisonalspeicher gespeist werden. Für eine ganzjährige Nutzung der Sonnenenergie bedarf es einer Speicherung der Wärme aus dem Sommer für die Heizperiode. Ludwigsburg Steinheim Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen mittel sehr gering hoch (in Kombination mit Saisonspeicher) sehr niedrig Nutzung von Erdwärme: Oberflächennahe Geothermie Die oberflächennahe Geothermie (bis 400 m Tiefe), auch als Erdwärme bekannt, bietet eine sehr effiziente und sehr zuverlässige Möglichkeit zur Wärmegewinnung: Selbst in kälteren Jahreszeiten können konstante Temperaturen in den oberen Bodenschichten genutzt werden, um Wärme zu gewinnen. Insbesondere in Gebieten mit geeigneten geologischen Bedingungen können große Mengen an Energie aus dem Erdreich erschlossen werden. Durch die Nutzung von Erdwärme entstehen während des Betriebs keine CO2-Emissionen. Mehr Informationen Fraunhofer 2022: Roadmap oberflächennahe Geothermie München Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen in Arbeit niedrig hoch sehr niedrig Nutzung von Erdwärme: Tiefe Geothermie Mit Tiefengeothermie kann Erdwärme aus tiefer liegenden geologischen Schichten (400 m oder tiefer) gewonnen werden. Im Gegensatz zur oberflächennahen Geothermie erschließt die Tiefengeothermie höhere Temperaturen, die für die direkte Strom- und Wärmegewinnung genutzt werden können. Sie stellt eine ganzjährige, sehr effiziente und sehr zuverlässige Wärmegewinnung dar. Die Erschleßung ist jedoch mit hohen technischen Herausforderungen (Tiefen-Bohrtechnologie) verbunden und hohen Anfangsinvestitionen (Fündigkeitsrisiko) verbunden. Mehr Informationen Agentur für Erneuerbare Energien Regierungspräsidium Freiburg München Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen sehr hoch hoch sehr hoch sehr niedrig Nutzung von Luftwärme mittels Großwärmepumpen Auch Luftwärmepumpen können in Wärmenetzen zum Einsatz kommen. Im Vergleich zu Wasser- oder Erdwärmewärmepumpen ist die Nutzung der Luftwärme jedoch weniger effizient und zuverlässig (Arbeitszahl schrumpft bei kalten Termperaturen gewaltig) und daher vor allem in Zeitpunkten günstigen Stroms empfehlenswert. Bei Nutzung von grünem Strom entstehen keine Emissionen im Betrieb. Mehr Informationen BUND 2023: Faktenpapier Wärmepumpe Heinrich Böll Stiftung 2023: Solnet Steinheim Steinheim Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen niedrig niedrig mittel sehr niedrig

Eingeschränkt empfohlene Wärmeanwendungen

Wärmeanwendungen Erläuterungen Beispiel Bewertung Nutzung industrieller Abwärme Tendenziell empfehlenswert, denn Abwärme steht als Abfallprodukt meist günstig zur Verfügung, aber die erwartete Verfügbarkeit der Abwärme muss geprüft werden. Etwaige reduzierte Verfügbarkeit der zukünftigen Abwärme (durch Industrietransformation) mitberücksichtigen. Andere Abwärme (Serverabwärme o.ä.) uneingeschränkt empfehlenswert. Daher fällt die Bewertung sehr unterschiedlich je nach Industrieart aus. Mehr Informationen Boderstep Institut 2020: Wirtschaftlichkeit der Abwärmenutzung aus Rechenzentren in Deutschland StockholmBraunschweig Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen (tendenziell) niedrig mittel mittel (meist) sehr niedrig Power-To-Heat-Anlagen (aus Strom direkt Wärme erzeugen, "Prinzip Wasserkocher") Wärmeerzeugung über Power-to-Heat Anlagen sind tendenziell nur bei Stromüberschuss zu empfehlen, weil die Erzeugung einen geringen Wirkungsgrad hat, so ist sie z.B. 3-5x ineffizienter als Strom im Normalfall für Wärmepumpen zu nutzen (und ist aufgrund des hohen Strombedarfs auch deutlich teurer in der Nutzung). PtH kann dennoch einen wichtigen Beitrag zur Deckung von Lastspitzen leisten Auch bietet es eine sinnvolle Art der Nutzung von Überschuss-Strom. Hamburg Halle Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen mittel sehr niedrig hoch sehr niedrig Verbrennung von fester und gasförmiger Biomasse: Pellets, Holz, Stroh, Biogas, Restholz Die Verbrennung von Biomasse zur Wärmeerzeugung ist nur begrenzt empfehlenswert und sollte nicht ausgebaut werden. Dies gilt insbesondere für die Nutzung von Anbaubiomasse. Biomasse ist generell kostbar, gering verfügbar und deutlich ineffizienter als z.B. die Strom- und Wärmeerzeugung mit Photovoltaik oder Solarthermie. Daher sollte Biomasse möglichst nur für Spitzenlast genutzt werden und in Kommunen, wo andere Wärmequellen (z.B. Gewässerwärme oder Tiefengeothermie) nicht oder kaum nutzbar sind. Unproblematisch sind die Verbennung von echten Reststoffe wie Grünschnitt oder "erneuerbarer" Müll. Problematisch sind Holz oder Anbaubiomasse. Bei der Verbrennung der Biomasse entstehen zwar keine Netto-Emissionen, weil die Biomasse vorher CO2 gebunden hat, durch die Landnutzung verschlechtert sich jedoch die Gesamtbilanz. Kosten Realisierungs-Risiken Versorgungssicherheit Emissionen mittel niedrig hoch mittel Müll-, und Klärschlammverbrennung Müll-, Klärschlammverbrennung erzeugen Emissionen und sollten daher limitiert sein. Dies gilt insbesondere für die Müllverbrennung aufgrund hoher fossiler Anteile im Müll. Müllheizkraftwerke sind günstig und grundlastfähig, sie können ganzjährig und nach Bedarf gefahren werden. Jedoch werden durch den Hochlauf der Kreislaufwirtschaft die Müllmengen in Zukunft abnehmen und daher sind auch die Wärmepotenziale begrenzt. Die Klärschlammverbrennung kann perspektivisch durch Klärrschlammpyrolyse ersetzt werden. Mehr Informationen NABU: Müllverbrennung in Deutschland BUND 2024: Warum wir weiter sinnlos Müll verbrennen Pyrolyse Anlage in Niederfrohna Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen sehr niedrig niedrig mittel hoch

Nicht empfohlene Wärmeanwendungen

Wärmeanwendungen Erläuterungen Bewertung Blauer Wasserstoff Blauer Wasserstoff wird durch die Dampfreformierung von Erdgas hergestellt, wobei Wasserstoff entsteht, aber auch Kohlendioxid als Nebenprodukt freigesetzt wird. Er stellt damit eine fossile Wärmequelle mit hohen Emissionen dar und eigenet sich auch aufgrund von Ineffizienz nicht für den Einsatz in Wärmenetzen. Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen günstig niedrig - mittel niedrig* hoch * Es ist sehr wahrscheinlich, dass Wasserstoff nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht und daher in anderen Branchen gebraucht wird. Falls Wasserstoff (unverhofft) doch massenhaft zur Verfügung steht, kann die Beurteilung zur Versorgungssicherheit in Zukunft besser ausfallen. Grüner Wasserstoff Im Gegensatz zu blauem Wasserstoff, der zwar weniger kohlenstoffintensiv ist als grauer, aber dennoch fossile Brennstoffe nutzt und CO2 emittiert, ist grüner Wasserstoff vollständig emissionsfrei. Seine Herstellung erfolgt durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Strom aus erneuerbaren Quellen. Dieser Prozess ist jedoch energieintensiv und weniger effizient als bspw. Wärmepumpen. Außerdem gibt es große Nutzungskonkurrenzen mit der Industrie und dem Schwerlasttransport und viele gute Alternativen zur Wärmeerzeugung (siehe oben). Mehr Informationen Liebreich 2023: The Hydrogen Ladder Kosten Realisierungs- Risiken Versorgungssicherheit Emissionen sehr hoch niedrig - mittel niedrig* niedrig * Es ist sehr wahrscheinlich, dass Wasserstoff nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht und daher in anderen Branchen gebraucht wird. Falls Wasserstoff (unverhofft) doch massenhaft zur Verfügung steht, kann die Beurteilung zur Versorgungssicherheit in Zukunft besser ausfallen.

Netze und Lasten

Netztemperatur

Konventionelle Wärmenetzen transportieren typischerweise 70 °C bis über 100 °C warmes Wasser für die Wärmeversorgung. Für die Wärmewende müssen wir die Temperatur in vielen Netzen herabsetzen, damit weniger heiße, erneuerbare Wärmepotenziale genutzt werden können. Außerdem sinkt der Energieverbrauch. Denn niedrigere Temperaturen im Wärmenetz führen zu deutlichen Effizienzsteigerungen. Netztemperaturen im Bereich 55 °C sind auch in Bestandswohngebieten möglich, wenn Maßnahmen in Gebäuden umgesetzt werden (energetische Sanierung, größere Heizkörper, veränderte Trinkwasseraufbereitung zur Verhinderung von Legionellen).