Klimafreundliche Wärme

Im zukünftigen Energiesystem kommen Wärmepumpen in unterschiedlichen Anwendungsfällen zum Einsatz. Im Gebäudebereich können Wärmepumpen in Kombination mit verschiedenen Heizungssystemen und in unterschiedlichen Größenordnungen sowohl im Neubau als auch im Bestand eingesetzt werden. Zur Bereitstellung von Fernwärme sowie bei der Versorgung zusammenhängender Quartiere und großer Gebäudekomplexe kommen Großwärmepumpen mit Leistungen von bis zu mehreren Megawatt zum Einsatz. In der Industrie können Hochtemperatur-Wärmepumpen zur Bereitstellung von Prozesswärme (Stand der Technik: bis 160 °C; im Pilotmaßstab aktuell bis zu 300 °C) zum Beispiel zur Dampferzeugung eingesetzt werden.

Die Voraussetzung zum klimafreundlichen Betrieb von Wärmepumpen ist grüner Strom. Um den Hochlauf der Wärmepumpe in Nordrhein-Westfalen zu beschleunigen und den qualitativen Anforderungen gerecht zu werden, ist eine landesweite Wärmepumpenoffensive geplant

Oberflächennahe (Quelltemperatur bis ca. 25°C) und mitteltiefe Geothermie (Quelltemperatur ca. 40 bis 60 °C) können mittels Wärmepumpen nutzbar gemacht werden. Durch Tiefengeothermie lassen sich in NRW Temperaturen von bis zu 180 °C erreichen, diese können unmittelbar zur Einspeisung in Wärmenetze und entweder direkt oder zusammen mit Hochtemperatur-Wärmepumpen für Industrieprozesse genutzt werden. Der Geologische Dienst NRW stellt neben Beratungsangeboten einen Standortcheck zur Orientierung bezüglich des geothermischen Potenzials am eigenen Standort kostenfrei zur Verfügung. Außerdem führt er seismische Voruntersuchungen durch und veröffentlicht die dabei ermittelten Daten. Zusätzliche Informationen zu rechtliche Rahmenbedingen werden durch die Bezirksregierung Arnsberg bereitgestellt.

Bei der Solarthermie wird die in der Sonnenstrahlung enthaltene Energie durch Kollektoren zur Bereitstellung von Wärme genutzt. Durch den Einsatz verschiedener Kollektortypen kann durch Solarthermie Wärme in verschiedenen Temperaturbereichen bereitgestellt werden. Informationen zu Potenzialen solarer Einstrahlung, sowie von Solarthermieanlagen auf Dachflächen bietet das LANUV im Solarkataster an. Informationen zu Chancen der Solarthermie bei der Bereitstellung klimaneutraler Fernwärme, sowie Beispiele, werden durch das Verbundvorhaben SolnetPlus angeboten.

Die Nutzung von Biomasse wird auf dem Weg zur Klimaneutralität eine zentrale Rolle einnehmen. Die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten der Biomasse in unterschiedlichen Sektoren machen eine Priorisierung des Einsatzes erforderlich, um die begrenzte Ressource strategisch und langfristig systemdienlich nutzen zu können. NRW.Energy4Climate hat dazu ein Diskussionspapier veröffentlicht, das eine Nutzungshierarchie der Biomasse vorschlägt. Die energetische Nutzung steht dabei an letzter Stelle und sollte nochmals nach Temperaturniveau und alternativen Versorgungsmöglichkeiten der jeweiligen Anwendung priorisiert werden.

Im Energiesystem der Zukunft kommt Wasserstoff eine entscheidende Rolle zu.Durch die energieintensive Herstellung und voraussichtlich knappe Verfügbarkeit sollte Wasserstoff vor allem in den Bereichen eingesetzt werden, in denen klimaschonende Alternativen nicht zur Verfügung stehen. Dazu gehören der stoffliche Einsatz in der chemischen Industrie, die Stahlherstellung oder auch die Erzeugung von Hochtemperatur-Prozesswärme. Unternehmen, die den Einsatz von Wasserstoff planen, sollten eine frühzeitige Absprache mit Netzbetreibern über zukünftige Bedarfe durchführen, um im Netzentwicklungsplan einbezogen werden zu können.

Die zukünftige Nutzung von Wasserstoff im Gebäudesektor ist noch unklar, wird sich aber voraussichtlich anfangs auf Gebäude mit Sanierungsschwierigkeiten, fehlenden alternativen Heizungssystemen und guter Anbindungsmöglichkeiten an die Wasserstoffinfrastruktur beschränken.

Kraft-Wärme-Kopplung, kurz KWK, bezeichnet Prozesse bei denen gleichzeitig elektrische (Strom) und thermische Energie (Wärme) erzeugt werden. Aktuell wird in den meisten KWK-Prozessen Erdgas als Brennstoff eingesetzt. Zukünftig wird die KWK vor allem zur Deckung von Bedarfsspitzen eingesetzt und nutzt dabei unter anderem biogene Brennstoffe (z. B. Holz) oder klimafreundliche Gase (z. B. Biomethan oder Wasserstoff). Weiter Informationen zur KWK in Nordrhein-Westfalen sind in der Potenzialstudie des LANUV zu finden.

Im Industrieland Nordrhein-Westfalen gibt es verschiedene Beispiele von nutzbarer Abwärme sowohl im Hoch-, als auch im Niedertemperaturbereich, wie beispielsweise im Zuge der Digitalisierung bei der Kühlung von Rechenzentren, die mit Hilfe von (Groß-) Wärmepumpen nutzbar gemacht werden kann. Im Wärmekataster stellt das LANUV industrielle Abwärmequellen mit zusätzlichen Informationen bereit. Zusätzlich werden die Chancen der Abwärme zur Wärmeversorgung in Nordrhein-Westfalen in einer Potenzialstudie vom LANUV näher beleuchtet.

Die Nutzung von Wärmenetzen (Nah- und Fernwärme) bietet sich vor allem in dicht bebauten Gebieten, Quartieren oder auch in einzelnen Dörfern und Siedlungen an. Durch die zentrale Erzeugung der Wärme können unterschiedliche regenerative Wärmequellen erschlossen und eingebunden werden. Typische Wärmequellen können dabei Geothermie, industrielle Abwärme, KWK-Anlagen,Großwärmepumpen und Solarthermie sein. Netze können auf unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben werden, abhängig von den benötigten Bedarfen und vorliegenden Temperaturen der Wärmequellen. Aktuelle Forschungen und Szenarien gehen zukünftig von einer starken Steigerung des Anteils der netzgebundenen Wärmeversorgung aus.

Der Einsatz unterschiedlicher Arten von Wärmespeichern wird im zukünftigen Energiesystem immer wichtiger. Ihr Einsatz reicht von dezentralen Pufferspeichern in Heizungsanlagen über zentrale Speicher in Wärmenetzen bis hin zu Zwischenspeichern in industriellen Prozessen, zur Nutzung von Abwärme oder in thermischen Kraftwerken. Für die verschiedenen Anwendungen kommen unterschiedliche Speichermaterialien infrage. Neben der zeitlichen Entkopplung von Wärmeerzeugung und -nutzung, werden thermische Speicher auch zur Sektorenkopplung benötigt, um z. B. überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien als Wärme zwischenzuspeichern.