Forschungsprojekt TrafoWärmeNetz entwickelt Standardlösungen für Wärmepumpen in Wärmenetzen

(21.10.2025) Fernwärme gilt als klimafreundliche Lösung – doch derzeit stammen in Deutschland nur rund 30 % der dafür genutzten Energie aus erneuerbaren Quellen. Wärmepumpen könnten das ändern, denn sie nutzen Umweltwärme statt fossiler Brennstoffe. Ihre Integration in bestehende Wärmenetze ist bislang jedoch aufwendig und teuer.

Im Rahmen des Verbundvorhabens „TrafoWärmeNetz” arbeitet nun ein interdisziplinäres Forschungsteam unter Leitung von Drees & Sommer daran, standardisierte Lösungen und Strategien für den Einsatz von Wärmepumpen in Nah- und Fernwärmenetzen zu entwickeln. Ziel des Projekts ist ein digitales Planungstool, das Energieversorgern und Netzbetreibern hilft, ihre fossil betriebenen Netze effizient in wärmepumpenbasierte Systeme umzuwandeln.

(Foto: KEA-BW / triolog) 

Beteiligt sind neben Drees & Sommer die Hochschule für angewandte Wissenschaften München, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, die Stadtwerke am See GmbH Überlingen, die Stadtwerke Pfaffenhofen a.d. Ilm sowie die Danpower GmbH. Das im Januar 2024 gestartete Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und läuft bis Ende 2026.

Hohe Potenziale für CO₂-Einsparungen

Nah- und Fernwärmenetze versorgen deutschlandweit rund 6 Mio. Haushalte. Etwa 86 % der eingespeisten Wärme stammen aus Blockheizkraftwerken (BHKW), die häufig mit fossilen Energieträgern betrieben werden. Nachhaltige Alternativen wie Biogas oder Pflanzenöl reichen bislang nicht aus, um den Bedarf zu decken.

„Schätzungen nach können durch die nachhaltige Transformation der kleinen und mittleren Bestandsfernwärmenetze rund 200.000 Tonnen CO₂ pro Jahr eingespart werden. Mit dem geplanten Ausbau der Wärmenetze und der vollständigen Dekarbonisierung der Wärmeversorgung steigt dieser Wert potenziell sogar auf jährlich bis zu 10 Mio. Tonnen CO₂. Um dieses Potenzial zu heben, bieten sich Wärmepumpen oder hybride Systeme hervorragend an”, erklärt Prof. Dr. Madjid Madjidi, Professor für integrale, EDV-gestützte Planung in der Gebäudetechnik an der Hochschule München.

Die Hochschule und das Fraunhofer ISE bringen dabei die wissenschaftliche Perspektive in das Projekt ein, während Drees & Sommer planerische und bautechnische Expertise aus der Praxis beiträgt. Die beteiligten Stadtwerke und Energieversorger ergänzen das Forschungsvorhaben mit ihren Erfahrungen aus dem Betrieb von Wärmenetzen.

Herausforderungen beim Umbau bestehender Wärmenetze

„Bisher ist eine Transformation bestehender Wärmenetze ziemlich aufwendig. Vor allem kleineren und mittleren Wärmeversorgern und Netzbetreibern fehlt es oft an technischem und planerischem Know-how, um ihre Wärmenetze zeit- und kosteneffizient umzurüsten. Hinzu kommen die bürokratischen Hürden. Eine nachhaltige Transformation dieser Wärmenetze kann daher nur durch Standardisierung und Systematisierung der Umstellprozesse gelingen”, sagt Mathias Lanezki, Projektverantwortlicher bei Drees & Sommer.

Als kleine und mittlere Bestandsfernwärmenetze gelten Systeme mit einem Leistungsbereich zwischen 300 Kilowatt (kWth) und 10 Megawatt (MWth). Sie versorgen typischerweise Wohnquartiere und Stadtteile mit einigen hundert bis mehreren tausend Bewohnern. Um den Umrüstprozess zu vereinfachen, entwickelt das Forschungsteam ein digitales Planungswerkzeug, das auf Simulationen basiert. Es zeigt auf, wie unterschiedliche Verbraucher innerhalb eines Netzes mit Wärme versorgt werden und wie sich verschiedene Wärmeerzeuger – oder deren Kombinationen – effizient einbinden lassen.

„Aktuell wissen viele Betreiber nicht, welche Potenziale ihre Bestandswärmenetze überhaupt haben oder wie sie diese technisch und energiewirtschaftlich sinnvoll umrüsten können. Oftmals fehlen ihnen dafür schlichtweg Daten und Vergleiche. Diese Lücke möchten wir mit unseren Forschungsergebnissen und dem digitalen Planungswerkzeug künftig schließen”, so Mathias Lanezki weiter.

Software-Demonstrator liefert erste Ergebnisse

Zu Beginn des Projekts wurden zunächst die Rahmenbedingungen und Anforderungen für die Integration von Wärmepumpen bewertet. Dabei standen Fragen im Fokus wie:

Welche Transformationsstrategien sind sinnvoll? Wann eignen sich hybride Systeme, wann monoenergetische Lösungen? Und wie groß ist das CO₂-Einsparpotenzial tatsächlich?

Auf dieser Basis entstand bereits ein erster Software-Demonstrator, der den Wärmebedarf einzelner Gebäude – und künftig auch ganzer Quartiere – präzise simulieren kann. Die Validierung ergab, dass die Ergebnisse mit etablierten Tools wie IDA ICE vergleichbar sind, bei gleichzeitig deutlich geringerem Zeitaufwand.

„Diese Ergebnisse bilden eine solide Grundlage, um Wärmepumpen effizient auszulegen und ihre Integration in bestehende Wärmenetze technisch und wirtschaftlich fundiert zu planen. Das ist ein erster Erfolg für uns und zeigt, dass wir auf dem richtigen Weg sind”, erläutert Lorenz Lange, Planer bei Drees & Sommer und Entwickler des Software-Artefakts.

Nach Abschluss des Projekts soll das digitale Planungstool eine praxisnahe Orientierungshilfe bieten und die Wärme- und Energiewende in Deutschland vorantreiben. Das Forschungsvorhaben „TrafoWärmeNetz” läuft noch bis Ende 2026.