Großwärmepumpen in Fernwärmenetzen: Wann sie Gas wirklich verdrängen

Fernwärmenetze müssen in den kommenden Jahren ihre Gasabhängigkeit deutlich senken. Genau hier werden Großwärmepumpen interessant: Sie heben Umwelt- oder Abwärme mit Strom auf ein Temperaturniveau an, das in Heiznetzen nutzbar ist. Die Kernfrage lautet nicht mehr, ob das technisch grundsätzlich funktioniert. Entscheidend ist, unter welchen Bedingungen die Technik in realen Netzen genug Wärme liefert, wirtschaftlich betrieben werden kann und Gas tatsächlich verdrängt.

Das Projekt von enercity am Klärwerk Herrenhausen in Hannover ist dafür ein brauchbarer Maßstab. Geplant sind 30 Megawatt thermische Leistung und rund 130 Gigawattstunden Wärme pro Jahr; laut Betreiber reicht das rechnerisch für etwa 13.000 Haushalte. Gerade weil es sich nicht um ein Laborexperiment, sondern um ein großes Fernwärmeprojekt handelt, eignet sich der Fall für die eigentliche Einordnung: Wann trägt eine Großwärmepumpe die Fernwärme, wann ergänzt sie nur bestehende Erzeuger, und welche Hürden bremsen den Ausbau in Bestandsnetzen?

Eine Großwärmepumpe erzeugt Wärme nicht aus Strom allein. Sie nutzt Strom, um vorhandene Wärme aus einer Quelle mit niedrigerem Temperaturniveau auf ein höheres Niveau zu bringen. Je kleiner der Abstand zwischen Wärmequelle und gewünschter Netztemperatur, desto günstiger fällt die Effizienz aus. Deshalb sind konstante und relativ warme Quellen besonders attraktiv: gereinigtes Abwasser, Fluss- oder Seewasser, Geothermie oder industrielle Abwärme. In Hannover soll die Anlage gereinigtes Klarwasser aus dem Klärwerk nutzen; enercity nennt Quellentemperaturen von etwa 12 bis 16 Grad Celsius und eine Einspeisung von rund 95 Grad ins Fernwärmenetz.

Für die Praxis ist die Jahresarbeitszahl wichtig. Sie beschreibt, wie viel nutzbare Wärme eine Anlage im Jahresmittel pro eingesetzter Stromeinheit liefert. In der Bundesförderung für effiziente Wärmenetze ist für die Betriebskostenförderung eine Jahresarbeitszahl von mindestens 2,5 hinterlegt, wenn kein SCOP nach EN 14825 ausgewiesen wird. Das ist kein Luxusdetail, sondern der Kern der Wirtschaftlichkeit: Ohne ausreichend günstigen Temperaturhub, lange Laufzeiten und eine stabile Quelle wird die Anlage zwar technisch möglich, aber wirtschaftlich schnell schwierig.

Ob Großwärmepumpen wirtschaftlich sind, entscheidet sich weniger an der Nennleistung als an den Randbedingungen. Maßgeblich sind die Strombezugskosten, Netzentgelte und Abgaben, die Zahl der Volllaststunden, der Kapitaldienst, der Zugang zu Förderung und die Frage, ob die gewonnene Wärme in einem passenden Lastbereich abgesetzt werden kann. Weil Fernwärme kontinuierlich gebraucht wird, sind lange Betriebszeiten ein echter Vorteil. Gleichzeitig können Wärmespeicher helfen, die Strom- und Wärmeproduktion zeitlich zu entkoppeln und die Anlage stärker dann laufen zu lassen, wenn Strom günstiger oder im System reichlich vorhanden ist.

Ein zweiter Hebel ist das Temperaturniveau des Netzes. Moderne oder bereits abgesenkte Netze sind für Großwärmepumpen günstiger als klassische Hochtemperaturnetze. Zwar zeigen Handreichungen und Projektübersichten, dass auch deutlich höhere Vorlauftemperaturen technisch erreichbar sind, in Einzelfällen bis etwa 125 Grad Celsius. Doch je höher das Zielniveau, desto stärker sinkt in der Regel die Effizienz, und desto anspruchsvoller werden Kältemittelwahl, Sicherheitstechnik und Anlagendesign. Für viele Bestandsnetze heißt das: Die Technik ist nicht ausgeschlossen, aber sie wird teurer und planerisch komplexer.

Fernwärmebedarf ist über das Jahr ungleich verteilt. Im Sommer dominiert Warmwasser, im Winter steigen Raumheizung und Spitzenlast stark an. Genau daraus ergibt sich die typische Rolle von Großwärmepumpen: Sie eignen sich besonders gut für den Grund- und Mittellastbereich, also für viele Stunden mit verlässlicher Wärmeabgabe. Für sehr kalte Tage, Ausfälle, Wartung oder kurzfristige Spitzen bleiben in vielen Netzen zusätzliche Erzeuger nötig. Gas kann dadurch deutlich zurückgedrängt werden, verschwindet aber nicht automatisch komplett aus dem System.

Das Hannover-Projekt zeigt genau diese Logik. Enercity ordnet die Anlage als Mittellasterzeuger ein; laut Betreiber soll sie rund 130 Gigawattstunden im Jahr liefern und damit etwa 7 bis 8 Prozent des Fernwärmebedarfs der Stadt decken. Solche Größenordnungen sind für Investitionsentscheidungen wichtiger als viele Ankündigungen, weil sie den realen Beitrag sichtbar machen: Eine einzelne Anlage kann einen spürbaren Teil des Gasbedarfs ersetzen, aber in den meisten Bestandsnetzen nicht den gesamten Winter allein tragen. Wer das übersieht, plant an der Systemrealität vorbei.

Der erste Engpass ist oft die Wärmequelle selbst. Nicht jedes Stadtwerk hat Zugriff auf ausreichend warmes Abwasser, ein nutzbares Gewässer oder auf Industrieabwärme in Netznähe. Der zweite Engpass ist der Stromanschluss. Große Anlagen brauchen eine leistungsfähige elektrische Anbindung, Transformatoren und Platz im Umfeld des Netzes. Hinzu kommen Wasserrecht, Immissionsschutz, Bau- und Sicherheitsfragen. Bei bestimmten Kältemitteln steigen die Anforderungen an Maschinenraum, Überwachung und Genehmigung; für Ammoniak gelten zusätzliche Sicherheitsanforderungen.

Auch die Projektlaufzeiten sind ein praktisches Problem. Die BAFA-Handreichung verweist auf deutliche Unterschiede je nach Wärmequelle: Luftprojekte kommen in einer Praxisbefragung grob deutlich schneller durch Planung und Genehmigung als Vorhaben mit Oberflächenwasser, die im Mittel wesentlich längere Vorläufe hatten. Für kommunale Wärmeplanung ist das entscheidend. Wer eine Großwärmepumpe in ein bestehendes Netz integrieren will, muss Quelle, Genehmigungsweg, Speicher, Netztemperatur und Stromanschluss früh zusammen denken. Fehlt einer dieser Bausteine, wird aus einer plausiblen Investition schnell ein langwieriges Sonderprojekt.

Großwärmepumpen sind in der Fernwärme kein bloßes Zukunftsversprechen mehr. Sie können Gas dort substanziell verdrängen, wo eine dauerhafte Wärmequelle, ausreichend niedrige Netztemperaturen, ein belastbarer Stromanschluss, Speicher und ein tragfähiger Förder- und Kostenrahmen zusammenkommen. Sie sind aber keine Universallösung für jedes Bestandsnetz. Hohe Winterspitzen, hohe Strompreise, fehlende Quellen und lange Genehmigungsverfahren setzen klare Grenzen. Für Stadtwerke und Kommunen lautet die praktische Schlussfolgerung daher: Die entscheidende Frage ist nicht, ob eine Großwärmepumpe modern wirkt, sondern welchen Lastblock sie im konkreten Netz zuverlässig und wirtschaftlich übernehmen kann.