Neue TUM-Studie bewertet Wärmepumpen-Heizungen energiewirtschaftlich

(12.11.2012) Auf dem 10. Forum Wärmepumpe in Berlin prä­sentierte der Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V. An­fang November erste Ergebnisse einer Studie der TU München (TUM). Im Rahmen ihrer „energiewirtschaftlichen Bewertung der Wärmepumpe in der Gebäudeheizung“ untersuchten die beauftragten Wissenschaftler, welche Auswirkungen der (ver­mehrte) Einsatz von Wärmepumpen auf CO₂-Emissionen und Primärenergieverbrauch in Deutschland hat.

BWP-Geschäftsführer Karl-Heinz Stawiarski kommentierte die Ergebnisse: „Mit der Studie der TU-München haben Wärme­pumpenbesitzer nun schwarz auf weiß, dass ihre Anlagen im Vergleich zu fossilen Heizsystemen sowohl Treibhausgase als auch fossile Primärener­gie einsparen - und das um bis zu 50%. Doch das Beste ist: Durch den wachsenden Anteil regenerativer Energien im Strommix werden Wärmepumpen im Laufe ihrer Nut­zungsdauer ohne erneute Investitionen immer 'grüner'. So wird eine heute installierte Anlage in zwanzig Jahren etwa drei Viertel weniger Primärenergieverbrauch und CO₂-Emissionen verursachen als beispielsweise eine Öl-Brennwertheizung mit solarer Trink­wassererwärmung nach EnEV-Standard.“

Der erste Teil der Studie zeigt, dass Wärmepumpen im Vergleich zu einem alten Ölkes­sel bereits mit dem derzeitigen Strommix 42 bis 52% der nicht-regenerativen Primär­energie sparen. Im Neubau nach EnEV-Standard beträgt die Ersparnis 32 bis 43% gegenüber einer Öl-Brennwertheizung mit Solarer Trinkwassererwärmung. Dieses Ver­hältnis verschiebt sich mit dem immer „grüneren“ Strommix weiter zu Gunsten der Wärmepumpe. So können 2030 die Primärenergie-Einsparungen im Alt- und Neubau bereits bei rund 80% liegen; und auch die CO₂-Emissionen werden im Vergleich zum Referenzsystem um rund 70% geringer ausfallen.

Als Berechnungsgrundlage für das Basisjahr 2011 dienten den TUM-Wissenschaftlern die vom International Institute for Sustainability Analysis and Strategy (IINAS) prog­nostizierten GEMIS-Werte für die CO₂-Emissionen und den Primärenergiefaktor des Strommixes. Für die Folgejahre haben die Wissenschaftler mit einer Simulation errech­net, dass der Primärenergiefaktor von derzeit 2,2 kWh nicht-erneuerbare Primärener­gie für eine Kilowattstunde Strom bis 2030 auf unter 0,8 sinkt. Die CO₂-Emissionen pro Kilowattstunde Strom sinken im gleichen Zeitraum von knapp 500 g auf 255 g. Effiziente Wärmepumpen erzeugen aus einer Kilowattstunde bis zu 4 Kilowattstunden Wärme.

Auswirkungen steigender Wärmepumpenzahlen auf den Strommix

In einem zweiten Teil untersucht die Studie der TU München, welchen Einfluss ein starker Ausbau von Wärmepumpen auf den zukünftigen Strommix hätte.

Als Basis für die Ausbauprognose dient das sehr optimistische Ausbauszenario 2 der BWP-Branchenstudie 2011, das eine Steigerung des Wärmepumpenbestands von ca. 450.000 Wärmepumpen auf rund 3,5 Millionen installierte Anlagen in 2030 vorsieht. Diese Wärmepumpen würden zu den derzeit rund 3,3 Terawattstunden jährlich rund 13,5 Terawattstunden Strom zusätzlich verbrauchen. Dieser Strom würde - je nach Stromszenario - zu 39 oder sogar zu 50% aus Erneuerbaren Energiequellen oder Anla­gen zur Kraft-Wärme-Kopplung stammen.

Obwohl diese Analyse das Lastprofil der Wärmepumpe mit einer deutlichen Verstärkung im PV-armen Winter berücksichtigt, haben die zusätzlichen 3 Millionen Wärmepumpen nur einen sehr geringen Einfluss auf den Strommix. Neben den regenerativen Einspei­sern kommen dabei auch etwas mehr fossile Kraftwerke zum Einsatz. Insgesamt wür­den Wärmepumpen selbst bei dieser forcierten Ausbau-Planung lediglich rund 3,5% des gesamten Stromverbrauchs ausmachen.

Methodik zur Analyse des Strommixes durch zusätzliche Wärmepumpen

Grundlage der Simulation zur Planung des Kraftwerkseinsatzes und -ausbaus und damit der Strommix-Prognose waren das Szenario A der Leitstudie des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) und die deutlich ambitioniertere Stromprognose des Bundesverbands Erneuerbare Energien (BEE), die den Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien vorgeben. Die Stromverbräuche für die Jahre 2020 und 2030 wurden der BMU Leitstudie entnommen. Auf diese wurde der zu­sätzliche Stromverbrauch der nach 2011 neu installierten Wärmepumpen mittels eines temperaturabhängigen Lastprofils aufgeschlagen. Das spezifische Lastprofil berück­sichtigt etwa die stärkere Heizlast im Winter, aber auch tageszeitliche Schwankungen, anhand einer Standardlastprofilkurve für Wärmepumpen und des Temperaturreferenz­jahrs TRY. Auf Basis dieser Vorannahmen hat die TU München ermittelt, welche Kraft­werke die zusätzlich benötigte Last erbringen würden, wenn man ein wirtschaftliches Modell zugrunde legt. Der Einspeisevorrang von Erneuerbarem Strom und Strom aus KWK-Anlagen wurde dabei berücksichtigt, wobei dieser alleine schon zwischen 39 und 50% des zusätzlichen Strombedarfs im Jahr 2030 ausmacht.