Heizung und Warmwasser
Quelle: Pia Grund-Ludwig

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Kraft-Wärme-Kopplung und Elektrifizierung

Kombinierte Lösungen sichern zuverlässiges und sozialverträgliches Heizen

Kombinierte Lösungen sichern zuverlässiges und sozialverträgliches Heizen. Foto: romaset/stock.adobe.com

Rund die Hälfte aller Wohnungen in Deutschland werden aktuell mit Gas beheizt. Die Pläne der Bundesregierung, dass ab dem Jahr 2024 möglichst jede neu installierte Heizung mit mindestens 65 Prozent erneuerbarer Energie betrieben werden soll, sorgt in den nächsten Jahren aller Voraussicht nach für einem massiven Wärmepumpenausbau.

Vor dem Hintergrund, dass die Elektrifizierung auch in anderen Sektoren, insbesondere bei der E-Mobilität, weiter zunehmen wird, stellen sich für die örtlichen Stromverteilnetze, aber auch für das übergeordnete Stromsystem insgesamt, enorme Herausforderungen, die solche Vorhaben schnell ausbremsen könnten. Die im Auftrag des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfachs e. V. (DVGW) durchgeführte Studie „Ein nachhaltiger Wärmemarkt“ von Frontier Economics und der RWTH Aachen zeigt, welche Möglichkeiten die gasbasierte Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) als stabilisierendes Systemelement bietet.

„Heizen in Deutschland muss auch in Zukunft zuverlässig und sozialverträglich sein. Ausschließlich auf Elektrifizierung zu setzen würde die Systemstabilität gefährden. Ein 80-prozentiger Wärmepumpenausbau erfordert allein für den Wegfall der gasbasierten Heizungen eine zusätzliche Leistung von 65 Gigawatt. Zudem sichern heute noch etwa 48 Gigawatt Kohle und Kernkraft die steuerbaren Leistungen in Deutschland ab. In Summe ergibt dies eine Lücke von 113 Gigawatt. Der Ersatz der fünf Millionen Ölheizungen ist hier noch nicht inkludiert“, sagt Prof. Dr. Gerald Linke, Vorstandsvorsitzender des DVGW. „Große EE-Stromkapazitäten werden die erforderliche Leistung in Zeiten einer Dunkelflaute nicht vollständig hergeben, und auch Flexibilisierungsoptionen der Verbraucher reichen nicht aus, um das Problem zu lösen. Auch die finanziellen Belastungen für die Verbraucherinnen und Verbraucher können zunehmen, wenn ihnen heute subventionierte Wärmepumpen versprochen werden und man sie später mit extrem hohen Folgekosten strombasierter Wärmebereitstellung allein lässt“, sagt Linke weiter.

Wärmeversorgung mit Zukunft

Anhand eines für Deutschland repräsentativen Vorstadt-Netzes mit 144 Ein- und Mehrfamilienhäusern wurden in der Studie die Herausforderungen für die Verteilnetze errechnet und auf das Stromübertragungsnetz bzw. auf das gesamte Bundesgebiet abstrahiert. Um erneuerbaren Strom vom Norden in den Süden zu transportieren, wären zusätzlich 27 Gigawatt Übertragungsleistung erforderlich. Derartige Investitionen in das Stromsystem können die Strompreise um bis zu 53 Prozent ansteigen lassen. Um eine resiliente Wärmeversorgung zu gewährleisten, ist daher ein funktionierender, technologieoffener Heizungsmarkt unerlässlich, der dem heterogenen Gebäudebestand gerecht wird, dauerhaft sozialverträgliches Heizen sicherstellt und die perspektivische Einbindung klimaneutraler Gase wie Wasserstoff ermöglicht.

Die KWK-Technologie erzeugt dezentral neben Wärme auch Strom für den Betrieb der neuen elektrischen Verbraucher und kann somit die wegfallenden zentralen und gesicherten Stromerzeugungsleistungen durch Kohle und Kernkraft zumindest teilweise ersetzen. Je nach Ausbaustufe der Wärmepumpen können KWK-Anlagen die Stromnachfrage aus dem Verteilnetz um fast zwei Drittel reduzieren. „Bei geschickter Auslegung der Wärmepumpen, KWK-Anlagen und Pufferspeicher kann die Gleichzeitigkeit der Wärmeanforderung in einem Quartier optimal zu Reduktion der Spitzenlasten in einem Verteilnetz genutzt werden. Es bietet sich an, Gebäude mit höherem Wärmebedarf, wie beispielsweise Mehrfamilienhäuser, mit KWK-Anlagen auszustatten, die dann Strom für die Wärmepumpen in Einfamilienhäusern liefern“, resümiert Prof. Dr.-Ing. Dirk Müller, Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik, RWTH Aachen und Direktor des Instituts für die Modellierung von Energiesystemen, Forschungszentrum Jülich sowie Prodekan der Fakultät für Maschinenwesen an der RWTH Aachen.

Ausreichende H2-Mengen ab 2030

Die DVGW-Studie kommt in der Gesamtbetrachtung der untersuchten Aspekte zu dem Ergebnis, dass die KWK-Technologie die Erreichung der aktuellen energiepolitischen Ziele der Bundesregierung dabei unterstützt, die Anwendungssektoren zu großen Teilen zu elektrifizieren. Gasbasierte Kraft-Wärme-Kopplung sollte somit Bestandteil jeder zukünftigen kommunalen Wärmeplanung sein. 

Ein weiterer Untersuchungsgegenstand der DVGW-Studie „Ein nachhaltiger Wärmemarkt“ war, die Verfügbarkeit klimaneutraler Gase zu ermitteln. Hier konnte der Nachweis erbracht werden, dass es ausreichend Wasserstoffmengen für den Bedarf in Deutschland ab dem Jahr 2030 geben wird.

Quelle: DVGW / Delia Roscher

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