Studie

Eine neue Sicht auf den Wärmemarkt

Eine im Auftrag des Deutschen Wasserstoffrats von Fraunhofer ISE und IEE erstellte Studie zu Pfadoptionen einer effizienten und sozialverträglichen Dekarbonisierung des Wärmesektors zeigt Optionen und regionale Unterschiede.

Für die Wärmewende bis 2045 werden alle verfügbaren erneuerbaren Energien gebraucht. Quelle: stock.adobe.com/hkama, malp
Für die Wärmewende bis 2045 werden alle verfügbaren erneuerbaren Energien gebraucht. Quelle: stock.adobe.com/hkama, malp

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und das Fraunhofer-Institut Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) haben im Auftrag des Nationalen Wasserstoffrats (NWR) der Bundesregierung untersucht, welche Möglichkeiten Kommunen für eine effiziente Dekarbonisierung des Wärmemarktes bis 2045 haben. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass alle klimaneutralen Energieträger, also Strom (aus Photovoltaik und Windkraft), Fernwärme, erneuerbare Energieträger (Solarthermie, Geothermie und Biomasse) und Wasserstoff, in der Wärmeversorgung benötigt werden, um eine klimaneutrale Energieversorgung bis 2045 zu erreichen.

Pfade zu einer effizienten und sozialverträglichen Dekarbonisierung des Wärmesektors

Bis spätestens 2045 muss der lokal und regional organisierte Wärmesektor klimaneutral sein. Die vorliegende Studie wurde in einem Zeitraum erstellt, in dem aufgrund des russischen Angriffskrieges gegen die Ukraine die Energiemärkte erheblichem Druck und Veränderungen unterliegen. Die hohen Energiepreise resultieren in einer neuen Dynamik, die den Umbau beschleunigen wird und ddie Bezahlbarkeit in den Fokus rückt.

Im Wärmemarkt gibt es in Deutschland starke regionale und strukturelle Unterschiede. Insbesondere die Vielfalt der Gebäudestrukturen und der gewerblichen und industriellen Struktur, aber auch die lokalen Energieinfrastrukturen sind entscheidende Aspekte für die Frage, welche Technologien den kostenoptimalen Versorgungsmix bereitstellen können. Die Studie berücksichtigt die regionalen und lokalen Unterschiede in der Gebäude- und Prozesswärme durch Einbezug von vier Versorgungsgebieten (Burg bei Magdeburg, Fellbach, Mainz und Westerstede).

Sebastian Herkel, Leiter der Abteilung Energieeffiziente Gebäude, Fraunhofer ISE: „Eine „One-Size-Fits-All-Lösung existiert für den Wärmemarkt nicht. Transformationspfade müssen alle wesentlichen Technologien als mögliche Lösungsoption beinhalten, um für die lokal sehr unterschiedlich ausgeprägten Versorgungsaufgaben unter Einbeziehung aller Gesichtspunkte zu bestmöglichen Lösungen zu gelangen. Dies muss mit verpflichtenden kommunalen Wärmeplanungen angegangen werden.“

Der Weg bis 2030 ist zunächst in allen Szenarien sehr ähnlich: Er ist auf der einen Seite durch einen starken Hochlauf der Photovoltaik- und Wärmepumpenleistungen geprägt, auf der anderen Seite durch den Beginn des Wasserstoffhochlaufs für die industrielle Anwendung und die zentrale Wärmeerzeugung.

Dr. Jörg Bergmann, Leiter der Arbeitsgruppe Infrastruktur und Wärme des NWR unterstreicht: „Mit Wasserstoff wird die Energiewende sicherer und bezahlbarer. Es ist wichtig, nun sehr schnell große Mengen günstigen Wasserstoff verfügbar zu machen - nicht nur für die Großindustrie, sondern auch für die an das Verteilnetz angeschlossenen Industrie- und Gewerbebetriebe sowie die (Fern-)Wärmeversorgung. Dafür benötigen wir umgehend eine leistungsfähige Wasserstoffinfrastruktur in Deutschland.“

Komplexität des Wärmemarktes bei lokaler Betrachtung 

Die Bottom-up-Studie zeigt die Komplexität des Wärmemarktes bei lokaler Betrachtung auf und betont die Notwendigkeit von Vor-Ort-Analysen. Die Dekarbonisierungspfade der untersuchten Versorgungsgebiete variieren abhängig von den lokalen Gegebenheiten. Die kommunale Wärmeplanung kann als zentrales Instrument diese Erkenntnis würdigen und damit relevante Einflussfaktoren für den Wärmemarkt adressieren. Bei der Erstellung von kommunalen Wärmeplänen sollten einheitliche Rahmenbedingungen zu technischen und ökonomischen Randbedingungen als Vorgaben fixiert und regelmäßig aktualisiert werden.

Integrierte Versorgungsinfrastrukturen zwingende Voraussetzung

Für eine erfolgreiche Wärmewende müssen die Entwicklungspläne einer nationalen und europäischen Wasserstoffinfrastruktur mit der Transformation der regionalen Versorgungsinfrastrukturen in Einklang gebracht werden. Der Aufbau eines leistungsfähigen H2-Backbone und der nachgelagerten Wasserstoffinfrastrukturen zu den relevanten Anwendungen ist dabei eine zwingende Voraussetzung. Matthias Lenz, Geschäftsfeldleiter Netzplanung und Netzbetrieb, Fraunhofer IEE: „Die Netzbetreiber benötigen Investitionssicherheit! Die Studie hebt die Notwendigkeit für die Verteilnetzbetreiber hervor, auf Basis der kommunalen Wärmeplanung unverzüglich mit einer spartenübergreifenden, multimodalen Zielnetzplanung für Strom-, Gas- und Wärmenetze zu beginnen und diese zu operationalisieren.“ Die zukünftige lokale Versorgungsaufgabe der Verteilnetze, insbesondere die Versorgung lokaler Industrie- und Gewerbeunternehmen ist zu ermitteln und um einen sinnvoll angepassten regulatorischen Rahmen zu ergänzen. In diesem Prozess ist ein direkter Dialog zwischen Versorgern, Kommunen und Unternehmen im Kontext der kommunalen Wärmeplanung unerlässlich.

Wasserstoff fester Bestandteil der Wärmewende

Wasserstoff wird fester Bestandteil der Wärmewende sein. Der Aus- und Aufbau integrierter Versorgungsinfrastrukturen für Wasserstoff ist für die Umsetzung der lokalen Wärmewende ein wesentlicher Erfolgsfaktor. Hier kann gerade der Wärmesektor für den Wasserstoffhochlauf der ca. 1,6 Millionen gewerblichen und industriellen Verbraucher in den Gasverteilnetzen ein Partner sein. Die Infrastruktur zum Transport des Wasserstoffs ist bereits in vielen Fällen vorhanden. „Die Hersteller bieten bereits heute Systeme an, die zu einem hohen Anteil mit Wasserstoff betrieben werden können. Spätestens ab 2025 werden Systeme angeboten werden, die zu 100 Prozent H2-Ready sind“, sagt BDH-Geschäftsführer Markus Staudt. 

Die Studie steht hier zum Download bereit: https://www.wasserstoffrat.de/veroeffentlichungen/studien

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