Fraunhofer IEG: Großwärmepumpen können grüne Wärmequellen für Gemeinden und Industrie erschließen

(26.10.2023) Laut der Erklärung des BMWK und des BMWSB können Wärmenetze eine flexible und kosteneffiziente klimaneutrale Lösung für die Wärmeversorgung von Kommunen oder Stadtquartieren sein. Großwärmepumpen in Wärmenetzen würden Geothermie, Seethermie, Abwärme und Solarthermie samt Speicher effizient erschließen. Deutschland könnte somit seinen gesamten Wärmebedarf für Temperaturen bis 200 °C aus kohlendioxidfreien Quellen decken und Fernwärme und Industrieprozesse betreiben. Das Fraunhofer IEG hat im Auftrag der Smart Energy for Europe Platform gGmbH (Agora Energiewende) die Studie »Rollout von Großwärmepumpen in Deutschland: Strategien für den Markthochlauf in Wärmenetzen und Industrie« erstellt. Die Studie analysiert den aktuellen Marktstatus und Entwicklungspotenziale von Großwärmepumpen mit besonderem Fokus auf den Hochlauf von Wärmenetzen. Im Rahmen der Studie ergänzt das Fraunhofer IEG seine Roadmaps zur oberflächennahen Geothermie und zur Tiefengeothermie.

„Mit dem nächsten Entwicklungsschub erreicht die Technologie [der Großwärmepumpe] Temperaturen bis 200 Grad und damit die Arbeitstemperatur nicht nur der bestehenden Fernwärmenetze, sondern auch vieler Verarbeitungs- und Trocknungsprozesse […].”, so Fabian Ahrendts vom Fraunhofer IEG und Erstautor der Studie.

Anfang 2023 waren in Deutschland mindestens 30 Wärmepumpenanlagen mit jeweils einer thermischen Leistung über 500 kW in Betrieb, die zusammen eine Gesamtleistung von ca. 60 MW aufwiesen. Überdies waren mindestens 30 weitere Großwärmepumpenprojekte mit einer Gesamtleistung von rund 600 MW im Bau oder in Planung.

Theoretisches Angebot übersteigt praktischen Bedarf

Das verfügbare Angebot von Umwelt- und Abwärme in Deutschland, das über Wärmepumpen bereitgestellt werden kann, übersteigt den Wärmebedarf für Gebäude und industrielle Prozesswärme bis 200°C. Die potenzielle Wärmeleistung, die Wärmepumpen aus CO₂-freien Quellen auch ohne Nutzung von Umgebungsluft zur Verfügung stellen können, beläuft sich auf rund 1.500 Terawattstunden. Wärmepotenziale bieten oberflächennahe und tiefe Geothermie, See- und Flusswasser, industrielle Abwärme, Abwasser, Kohlengruben sowie Rechenzentren. Mit Großwärmepumpen würden diese Wärmequellen für Fernwärmeversorgung und Industrie nutzbar. Der jährliche Wärmebedarf für Temperaturen bis 200°C liegt etwas über 1.000 Terawattstunden, macht aktuell noch über drei Viertel des deutschen Erdgasverbrauchs aus und ist für über ein Viertel der deutschen Treibhausgasemissionen verantwortlich.

Bedingungen für einen schnellen Hochlauf von Großwärmepumpen

Langfristszenarien im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums ergaben, dass Großwärmepumpen bis 2045 über 70% der Fernwärme in Deutschland bereitstellen können. Dafür braucht es einen Zubau von vier Gigawatt neuer Großwärmepumpenleistung im Jahresdurchschnitt. Für einen schnellen Hochlauf von Großwärmepumpen brauche es einen klaren Ausbaupfad basierend auf einer verbindlichen kommunalen Wärmeplanung. Preisnachteile gegenüber fossilen Energieträgern müssten abgebaut werden. Aktuell bestehen bei der Förderung Nachteile von strombetriebenen Großwärmepumpen gegenüber fossil befeuerten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen. Weiterhin müsse das Wärmepumpen-Angebot, etwa durch die Standardisierung von Produktionsprozessen, strategisch ausgeweitet werden.

Studie und Roadmaps stehen kostenfrei zum Download bereit:

• Downloadlink: Studie »Rollout von Großwärmepumpen in Deutschland: Strategien für den Markthochlauf in Wärmenetzen und Industrie« 
• Downloadlink: Roadmap »Oberflächennahe Geothermie«
• Downloadlink: Roadmap »Tiefe Geothermie«