Nicht nur für kleinere Gebäude ist die Wärmepumpe ein unverzichtbarer Baustein der Wärmewende. Auch zur Bereitstellung von Fernwärme und für die Prozesswärme sind spezielle Wärmepumpen essenziell.
Bereits heute ersetzen Wärmepumpen in Wohngebäuden immer mehr konventionelle Öl- oder Gas-Heizungen. Und ihre Rolle für die zukünftigen Wärmeversorgung in NRW wird noch bedeutender werden. Laut Energie- und Wärmestrategie des Wirtschaftsministeriums NRW werden 2045 etwa 70 Prozent der Gebäudewärme von Wärmepumpen erzeugt.
So funktionieren Wärmepumpen
Wärmepumpen erhöhen das Temperaturniveau ihrer Umgebungswärme, um diese Energie nutzbar zu machen. Im Allgemeinen gilt: Je höher das Temperaturniveau der Wärmequelle, desto effizienter die Wärmepumpe und damit geringer der Stromverbrauch. Deshalb haben Erdwärmepumpen in der Regel eine höhere Effizienz als Wärmepumpen mit Umgebungsluft als Wärmequelle. Für diesen Prozess benötigen sie elektrische Energie. Damit sie klimaneutral betrieben werden können, sind erneuerbare Stromquellen unerlässlich.
Im zukünftigen Energiesystem kommen Wärmepumpen in unterschiedlichen Anwendungsfällen zum Einsatz:
Einsatzmöglichkeit: Dezentrale Wärmeversorgung
Im Gebäudebereich haben die Wärmepumpen vielfältige Einsatzbereiche – sowohl im Neubau als auch im Bestand. In unterschiedlichen Größenordnungen können sie mit verschiedenen Heizungssystemen kombiniert werden. Den erneuerbaren Strom liefert beispielsweise eine eigene Photovoltaikanlage – in Kombination mit einem Stromspeicher zur Überbrückung sonnenfreier Zeiten.
In Einfamilienhäusern sind Wärmepumpen im Neubau heute schon gängiger Standard. Auch in Bestandsgebäuden ist eine steigende, aber noch ausbaufähige, Etablierung von Wärmepumpen erkennbar. Häufige Hemmnisse sind höhere Vorlauftemperaturen aufgrund schlechterer Dämmung und kleinerer Heizflächen. Durch eine Gebäudesanierung und den Austausch einzelner Heizkörper lassen sich viele Bestandsgebäude wärmepumpentauglich machen. Größer sind die Herausforderungen aktuell noch in Mehrfamilienhäusern: Neben einem erhöhten Wärmebedarf, komplexeren Installationsanforderungen und vorhandenen dezentralen Bestandsanlagen, wie Gasetagenheizungen, erschweren vielfältige Bauweisen und komplexe Eigentumsverhältnisse die Entscheidung für neue Heizsysteme. Dennoch ist klar: Auch hierfür gibt es standardisierte technische Lösungen, die stetig weiterentwickelt werden.
Einsatzmöglichkeit: Zentrale Versorgung durch Wärmenetze
Besonders leistungsstarke Großwärmepumpen von bis zu mehreren Megawatt können größere Gebäudekomplexe oder ganze Quartiere oder Stadtteile mit Nah- oder Fernwärme versorgen. Großwärmepumpen ermöglichen die Erschließung von effizienten Wärmequellen wie Gewässern, Abwasser, oberflächennaher Geothermie oder Abwärme.
Beitrag zur Flexibilisierung des Stromnetzes
Da Wärmepumpen elektrische Energie in Wärme umwandeln („Power-to-Heat“) und damit die Sektoren Wärme und Strom koppeln, können sie auch zum Lastmanagement und dadurch zur Flexibilisierung eines von überwiegend volatilen Erneuerbaren Energien gespeisten Stromnetzes beitragen. Das bedeutet: Bei einem Überschuss an erneuerbarem Strom im Netz, sind Wärmepumpen in Betrieb und wandeln den überschüssigen Strom in Wärme um. Diese wird dann entweder sofort verbraucht oder in thermischen Speichern gespeichert. Zu Zeiten, wenn wenig erneuerbarer Strom im Netz vorhanden ist, können die Wärmepumpen gedrosselt und Wärme aus den Speichern entnommen werden.
Einsatzmöglichkeit Industrie: Elektrifizierung der Prozesswärme
Auch die NRW-Industrie kann Hochtemperatur-Wärmepumpen zur Bereitstellung von Prozesswärme einsetzen. Aktuell erreichen die Modelle Temperaturen bis 160 °C. Im Pilotmaßstab sind schon Temperaturen bis zu 300 °C möglich.
