Solare Wärmenetze: Dänisches Modell könnte russische Gaskrise lösen

Ilja Tuschy hat mit seinem Team am Zentrum für nachhaltige Energiesysteme (ZNES) im Forschungsprojekt "Solare Wärmewende Schleswig-Holstein" untersucht, unter welchen Voraussetzungen die Solarenergie bereits bestehende Wärmeerzeugungsnetze in Deutschland kurz- und mittelfristig unterstützen kann. Das Vorbild ist Dänemark, wo die so genannte Solarthermie einen bemerkenswert hohen Anteil bei der solaren Versorgung per Nah- und Fernwärme.

"Solarthermie war bisher diesseits der Grenze in Wärmenetzen wirtschaftlich nicht konkurrenzfähig", sagt Tuschy. Weil die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), also die gleichzeitige Erzeugung von elektrischer Energie und Heizwärme, ökonomisch und auch ökologisch attraktiver war, wurden hier in der Vergangenheit eher Heizkraftwerke auf Erdgasbasis installiert.

Das bestätigten auch die Simulationen der Forscher*innen: Solange Erdgas günstig ist und die KWK beispielsweise in den Braunkohlerevieren konventionell erzeugten Strom im deutschen Netz verdrängen, werden dort mehr CO₂-Emissionen eingespart als vor Ort erzeugt - und das Heizen etwa mit Blockheizkraftwerken rechnet sich über den Stromerlös. Wenn sich die gesetzlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen nicht ändern, kann sich die große Solarthermie also hierzulande nur schwer durchsetzen.

Doch für die Zukunft sieht Tuschy einen Kipppunkt. Denn mit dem Kohleausstieg und der deutlichen Zunahme erneuerbarer Energien bei der Stromerzeugung, steigen die Vorteile für die Solarthermie, besonders in Kombination mit Wärmepumpen. Jedoch war das in den ZNES-Simulationen der Szenarien für 2030 trotz eines Anteils der Erneuerbaren von 80 Prozent noch nicht zu sehen.

Allerdings muss man das "war" betonen, rückt das perspektivische Szenario doch nun viel näher ans Jetzt. Vor dem Hintergrund des Krieges in der Ukraine mit seinen Auswirkungen auf den Energiesektor gewinnen die Forschungsergebnisse eine neue Dynamik.

"Ein hoher solarer Anteil bei der Wärmeerzeugung könnte die aktuell angespannte Situation entlasten", sagt der Energieexperte. "Technisch ist der Wandel auf jeden Fall möglich." Mit steigenden Erdgaspreisen sind Solar-Kollektoren gegenüber konventionellen Heizungen ohnehin sehr schnell konkurrenzfähig.

Ob die solare Wärmewende tatsächlich die Lösung der aktuellen Probleme ist, hängt aber nicht zuletzt stark vom Willen der Politik ab. Tuschys Studie hat nämlich gezeigt, dass schon kleinere Änderungen der rechtlichen Rahmenbedingungen die Solarthermie auch für Wärmenetze in eine viel bessere Wettbewerbsposition bringen. "Dann hätten wir auch diesseits der Grenze schon bald gute Chancen auf Wärmenetze auf Solarbasis", ist sich Tuschy sicher.

Auch der Geowissenschaftler Prof. Dr. Andreas Dahmke, Sprecher des Kompetenzzentrums Geo-Energie an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), und Oliver Opel, Professor für energetische Optimierung von Gebäuden an der FH Westküste in Heide, kommen zu einem ganz ähnlichen Schluss: Bereits in zwei bis vier Jahren könnten mindestens 15 bis 25 Prozent der Wärme in Norddeutschland aus regenerativen Quellen gewonnen werden.

"Die Technologie für ein Wärmespeichernetz aus regenerativen Energien ist vorhanden", sagt Dahmke. Weniger als ein Prozent der Energie käme derzeit aus saisonalen Wärmespeichern. Zusammen mit Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen der norddeutschen Forschungsverbünde fordert er daher in einem gemeinsamen Positionspapier einen schnellen Aufbau von Wärmespeichern. Diese sollen u.a. Energie aus Solar- und Windkraftanlagen aufnehmen.

In zwei bis vier Jahren könnten so 15 bis 25 Prozent der Wärme in Norddeutschland aus solchen Quellen kommen, schätzen die Expertinnen und Experten.

"Allein mit der überschüssigen Strommenge aus Windkraftanlagen von durchschnittlich ca. drei Terrawattstunden pro Jahr könnte man in Schleswig-Holstein rechnerisch fast zehn Prozent des Wärmebedarfs decken. Oder anders gesagt: Jede Person in Schleswig-Holstein könnte damit jeden Tag im Jahr etwa fünf Minuten duschen", sagt Dahmke.

"Es gibt Gemeinden, bei denen man nur zwei bis sechs Prozent ihrer Fläche für die solarthermische Energiegewinnung im Umland braucht, um sie zu mindestens 50 bis 80 Prozent versorgungssicher mit Wärme aus saisonalen Wärmespeichern zu versorgen", so Dahmke.

"Wärmenetze sollten zukünftig das Rückgrat der Wärmeversorgung bilden. Diese langfristigen Investitionen werden sich lohnen: Sie verbinden die einzelnen Gebäude und Haushalte mit Wärmequellen und Speichern, die gemeinsam und langfristig genutzt effizienter sind und können je nach Ausprägung zukünftig sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwendet werden", ergänzt Prof. Dr. Oliver Opel von der Fachhochschule Westküste in Heide.

Auch er gehört zum Forschungsverbund: "Damit ermöglichen die Anlagen die Abkehr von einer brennstoffbasierten Wärmeversorgung." Die Investitionskosten für den Ausbau der Wärmenetze in Norddeutschland schätzen die Forschenden auf etwa zehn Milliarden Euro.

"Mittelfristig muss die Wärmeversorgung mindestens gleichrangig mit der Stromversorgung gestellt werden", so Prof. Andreas Dahmke. In Dänemark und in den Niederlanden sei man da schon viel weiter. Neben einer länderübergreifenden Strategie fordert er von der Politik kürzere Planungs- und Genehmigungsverfahren auf unter zwei Jahre.