Technologien für die Kopplung der Sektoren Strom und Wärme

Im Neubaumarkt hat sich die Wärmepumpe als die dominierende Heiztechnologie etabliert, hier nimmt der Anteil von Luft-Wasser-Wärmepumpen, z.B. auch verglichen mit Geothermie-Wärmepumpen, kontinuierlich zu. Völlig anders stellt sich die Situation im Gebäudebestand dar. Bedingung für den Einsatz von Luftwärmepumpen ist hier zumeist eine aufwändige energetische Sanierung des Gebäudes. In dichter besiedelten Bereichen stellt sich zusätzlich die Frage des Aufstellorts im Hinblick auf Platzbedarf und Geräuschentwicklungen im Außenraum.

Als mögliche Systemlösung für den Bestand bietet sich daher vor allem die Nutzung von oberflächennaher Geothermie mittels Erdwärmesonden sowie lokal begrenzt auch Abwärme, Grund- oder auch Oberflächenwasser an. Im Quartiersmaßstab kann aufgrund der Infrastrukturabhängigkeiten die Verantwortung für den notwendigen Umbau jedoch nicht ausschließlich bei den Nutzern/Gebäudeeigentümern gesehen werden, sondern bedingt ein aktives Steuern seitens des Gesetzgebers, der Städte und Gemeinden sowie der jeweiligen Versorgungsunternehmen. Dabei müssen Umbauprozesse verstanden und bereits heute angestoßen werden, damit, wenn durch zukünftige Marktprozesse wie etwa CO2-Bepreisung oder Flexibilitätsmärkte eine Wirtschaftlichkeit gegeben ist, diese auch im großen Umfang umgesetzt werden können.

Hierzu ist die detaillierte Erarbeitung der technischen, regulatorischen und ökonomischen Anforderungen für die Versorgung von Quartieren erforderlich, worauf aufbauend die kommunalen Entwicklungsmöglichkeiten sowie Prozessschritte der Umgestaltung der Wärmeversorgung im Quartier und in der Stadt aufgezeigt werden.

Die Kopplung von Strom- und Wärmesektor und die flexible Verbindung der verschiedenen Energiewandlungsarten ist der Schlüssel zur weiteren Integration des erneuerbaren Stromes in den Energiemix. Der mit der Energiewende eingeleitete Prozess muss mit einem durchdachten Flexibilitätsmanagement weiter vorangetrieben werden, welches die Bedürfnisse der Stromund der Wärmeseite gebührend berücksichtigt. Power-to-Heat ist im Wärmesektor ein verbreiteter Ansatz. Im Gebäudekontext wurden zur Raumheizung klassisch Nachspeicheröfen eingesetzt, die Wärmepumpe nimmt aber eine immer größere Rolle bei der Wärmebereitstellung ein. In Industrieprozessen ist die technologisch gleichartige Kompressionskältemaschine Stand der Technik zur Prozesskühlung, bei der Prozesswärmebereitstellung haben Wärmepumpen noch großes Wachstumspotenzial. Durch die Trägheit der nachgeschalteten Prozesse der Wärmeanwendung, neue Prozessfahrweisen sowie die Nutzung thermischer Speicher ist für all diese Anwendungen eine Entkopplung der Wärmeerzeugung vom eigentlichen Wärmebedarf möglich.

Für einen sich betriebswirtschaftlich lohnenden netzdienlichen bzw. flexibilisierten Betrieb von Wärmepumpen müssen aber entsprechende Bedingungen erfüllt sein. Hierzu zählen eine geeignete Systemauswahl durch Anpassung der Anlagen- und Speichergrößen sowie ein IKT-System, welches einen flexibilisierten vom direkten Wärmebedarf entkoppelten Betrieb ermöglicht, sodass Kosten und Nutzen der Systemanpassung im richtigen Verhältnis stehen. Darüber hinaus müssen regulatorische und betriebswirtschaftliche Randbedingungen einen flexibilisierten Betrieb ermöglichen bzw. anreizen.