Reallabor Großwärmepumpen - Reallabore der Energiewende

»Großwärmepumpen in Fernwärmenetzen – Installation, Betrieb, Monitoring und Systemeinbindung«

Laufzeit: 04/2021 - 03/2026
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: AGFW, Projektgesellschaft für Rationalisierung, Information und Standarisierung mbH (Koordination); Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (Partner); Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE (Partner); EnBW Energie Baden-Württemberg AG (Partner); Fernheizwerk Neukölln AG (Partner); MVV Energie AG (Partner); Stadtwerke Rosenheim GmbH & Co KG (Partner); Vattenfall Wärme Berlin AG (Partner)
Projektfokus:
Müllheizkraftwerk Stuttgart-Münster
© EnBW AG
Müllheizkraftwerk Stuttgart-Münster.
Großkraftwerk Mannheim
© GKM AG
Großkraftwerk Mannheim.
Heizkraftwerksstandort Weigandufer
© Fernheizwerk Neukölln AG
Heizkraftwerksstandort Weigandufer.

Großwärmepumpen (GWP), die mit treibhausgasfreiem Strom betrieben werden, könnten einen nachhaltigen, wirtschaftlich-effektiven Beitrag zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung leisten, denn ein Großteil der CO2-Emissionen in Deutschland entfällt auf die Wärmeversorgung. Im Reallabor der Energiewende »Großwärmepumpen in Fernwärmenetzen – Installation, Betrieb, Monitoring und Systemeinbindung« werden die Anlagen erstmalig in Deutschland an Fernwärmenetze angebunden.

An fünf Standorten werden bis 2026 Großwärmepumpen in bestehende Fernwärmesysteme integriert. Neben technischen Erkenntnissen wollen die Experten dabei analysieren, wie regulatorische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen angepasst werden könnten, um Großwärmepumpen im Fernwärmemarkt zu etablieren. Der Schwerpunkt der Arbeit am Fraunhofer ISE liegt dabei auf der konzeptionellen sowie messtechnischen Analyse der Großwärmepumpen-Anlagen mit ihrer individuellen systemtechnischen Einbindung vor Ort.

Das Reallabor Großwärmepumpen GWP sucht nach Lösungen, Großwärmepumpen optimal in das deutsche Energiesystem einzubinden. Im Projektverbund arbeiten die AGFW-Projekt GmbH, die EnBW, das Fraunhofer ISE, das Fernheizwerk Neukölln, die MVV Energie, die Stadtwerke Rosenheim, die Vattenfall Wärme Berlin sowie das Institut IER der Universität Stuttgart gemeinsam. Es ist das dritte Reallabor der Energiewende im Forschungsbereich Gebäude und Quartiere.

Ziel ist es, Großwärmepumpen in Deutschland wirtschaftlicher zu betreiben. Bislang bedarf es der Förderung; die Entgelte und die Umlagen für den Endverbraucher auf Strom sind sehr hoch. Zudem fehlt es an konkreten Erfahrungen, wie Großwärmepumpen optimal in das deutsche Energiesystem eingebunden werden können.

In Berlin, Stuttgart, Mannheim und Rosenheim werden Großwärmepumpen an Kraftwerksstandorten errichtet. Die Anlagen planen die Liegenschaftspartner nah an bestehenden Wärmeerzeugerstandorten. Vor Ort sollen jeweils ausreichend hohe Wärmequellenleistungen zur Verfügung stehen, damit die Anschlusskosten für die neuen Technologien möglichst niedrig bleiben.

Heizkraftwerksstandort Weigandufer
© Fernheizkraftwerk Neukölln AG
Heizkraftwerksstandort Weigandufer.
Netzplan Berlin-Friedrichshagen
© Vattenfall Wärme Berlin AG
Netzplan Berlin-Friedrichshagen.

Großwärmepumpen können – im Gegensatz zu dezentralen Wärmepumpen - große natürliche Wärmequellen und industrielle Abwärme mit hohem Energiepotenzial auf niedrigem Temperaturniveau nutzen. Meist liegen diese Wärmequellen nicht in direkter Nähe der Wärmeverbraucher oder sie können von Einzelverbrauchern aufgrund ihrer Größe nicht erschlossen werden. Gerade in Gebieten mit hohem spezifischem Wärmebedarf, die mit Fernwärme versorgt werden können, könnten Großwärmepumpen für eine effiziente strombasierte Wärmeversorgung sorgen.

Wesentliche Unterschiede zwischen den Liegenschaften des Reallabors GWP finden sich in der thermischen Leistung der einzubindenden Wärmepumpen von 1,12 bis 22 Megawatt und in der Art der Wärmequellen. Auch die Erzeugerstruktur, die ergänzt werden muss, ist unterschiedlich. Ein weiterer Faktor ist die Lage im Stromnetz: Liegt die Anlage in Norddeutschland, hat es einen anderen Einfluss auf die Betriebsweise, als wenn diese in Süddeutschland liegt.

Um die Einflussgrößen besser untersuchen zu können, werden die Betriebsparameter der Wärmepumpen bedarfsorientiert an das regionale Wärmenetz angepasst. Auch die Struktur der Wärmekunden, von Wohnungswirtschaft bis zu industriellen Wärmeverbrauchern, ist unterschiedlich. Mit den Erkenntnissen aus den unterschiedlichen Liegenschaften können die Ergebnisse auch auf andere Gebiete in Deutschland übertragen werden.

Zunächst werden die beteiligten Fernwärmeversorger planen, Großwärmepumpen errichten und in Betrieb nehmen. Anschließend wird in Zusammenarbeit mit den wissenschaftlichen Projektpartnern über einen längeren Zeitraum deren Funktion analysiert und insbesondere deren Einbindung unter den spezifischen Randbedingungen am Standort optimiert.
 

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

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Wärmepumpen

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Gebäudesystemtechnik

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Energieeffiziente Gebäude