Großwärmepumpen für die Fernwärmeversorgung

Vor dem Hintergrund des Kohleausstiegs bis 2038 müssen Kraftwerke, die heute noch Fern- und Prozesswärme bereitstellen, in absehbarer Zeit durch klimaneutrale Technologien ersetzt werden. Großwärmepumpen (GWP) und Hochtemperaturwärmepumpen (HTWP) könnten diese Rolle in Zukunft übernehmen. Als Basistechnologie, die die Grundlage für die Integration von erneuerbaren Energien schafft, nehmen sie eine zentrale Rolle bei der Energiewende ein.

Noch erschweren zahlreiche Hemmnisse die Verbreitung der Technologie und verhindern eine Durchdringung des Technologiemarkts. GWP haben vergleichsweise lange Amortisationszeiten, so dass sie aus wirtschaftlicher Sicht nur bedingt konkurrenzfähig sind. Außerdem fehlen fundiertes Wissen und langjährige Erfahrungen hinsichtlich der wirtschaftlichen Anwendungspotenziale.

Aus technischer Sicht stellt die Wärmebereitstellung auf den benötigten hohen Temperaturniveaus bei gleichzeitig hoher Leistung und Effizienz noch immer eine Herausforderung dar. Um den wachsenden Anforderungen gerecht zu werden, gilt es, die Weiterentwicklung der Technologie und der zum Einsatz kommenden Kältemittel nachzudenken.

In Zusammenarbeit mit mehreren Industriepartnern wird an den Fraunhofer-Instituten ISE, ISI und IEG untersucht, wie Großwärmepumpen den Kohleausstieg in der Fernwärme effektiv unterstützen können. Das Projekt Fern- und Prozesswärmeversorgung durch Wärmepumpen als Ersatz der Kohleverbrennung (FernWP) widmet sich den technischen und ökonomischen Hemmnissen, die den breiten Einsatz von Großwärmepumpen aktuell noch erschweren. In diesem Zusammenhang liefert es Antworten auf wichtige Fragestellungen, die sich bei der Integration von GWP in die Fern- und Prozesswärmeversorgung ergeben.

• Welche Erneuerbaren Temperaturquellen eignen sich für die Nutzung durch GWP und HTWP?
• Welche Anforderungen stellen die Fernwärmenetze an GWP?
• In welcher Richtung müssen die Bauelemente von GWP konstruktiv weiterentwickelt werden?
• Welche Kältemittel bieten sich für die Nutzung in GWP an?
• Wie kann durch die Wirtschaftlichkeit von GWP mit Hilfe geeigneter Betriebsstrategien verbessert werden?
• Was muss aus techno-ökonomischer Perspektive bei der Systemintegration von GWP Berücksichtigung finden?
• Welche Rahmenbedingungen stehen einer höheren Marktdurchdringung der GWP im Wege und können diese verändert werden?
• Welches Potenzial haben HTWP zur Bereitstellung von Prozesswärme und wie müssen diese technologisch weiterentwickelt werden?

 Im März 2023 wurde der Abschlussbericht zum ersten Arbeitspaket Analyse aktueller ökonomischer Hemmnisse und Weiterentwicklung der ökonomischen Rahmenbedingungen für Großwärmepumpen veröffentlicht. Der Bericht entstand unter der Federführung des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI und unter Mitwirkung des AGFW und der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG.

Die Autoren analysieren in drei Schwerpunkten die aktuellen rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für GWP in Fernwärmenetzen in Deutschland. Vor diesem Hintergrund liefert  der Bericht eine Übersicht zum aktuellen Rechtsrahmen von GWP sowie Fernwärme und diskutiert ökonomische Rahmenbedingungen, Hemmnisse und mögliche Anpassungsmaßnahmen.

Darüber hinaus analysiert das Dokument Literaturquellen zu politischen Maßnahmen, die von besonderer Relevanz für GWP und Fernwärme sind. Folgende Aspekte werden dabei beleuchtet:

• Umsetzung Kohleausstiegsgesetz
• Reform von Abgaben
• Umlagen
• Steuern
• Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz
• Förderrahmen für Fernwärmenetze und GWP.