Wärmepumpen gelten als zentrale Technologie zur Dekarbonisierung von Wärmenetzen. Deren Integration in bestehende Strukturen ist jedoch bislang technisch komplex, personalintensiv und wirtschaftlich wenig standardisiert. Im Projekt TrafoWärmeNetz“ entwickelt ein Forschungskonsortium daher ein digitales Werkzeug, das Kommunen, Stadtwerken und Netzbetreibern dabei unterstützen soll, ihre Nah- und Fernwärmenetze systematisch auf den Einsatz von Wärmepumpen umzustellen.
Das vom Bundeswirtschaftsministerium geförderte Projekt läuft bis Ende 2026. Beteiligt sind neben der Hochschule München und dem Fraunhofer ISE auch Drees & Sommer, die Stadtwerke am See, die Stadtwerke Pfaffenhofen a. d. Ilm sowie Danpower. Koordiniert wird das Vorhaben vom Projektträger Jülich.
Dekarbonisierungspotenzial bei bis zu 10 Millionen Tonnen CO2
„Schätzungen nach können durch die nachhaltige Transformation der kleinen und mittleren Bestandsfernwärmenetze rund 200 Tausend Tonnen CO2 pro Jahr eingespart werden“, erklärt Madjidi, Professor für integrale, EDV-gestützte Planung in der Gebäudetechnik an der Hochschule München. „Mit dem geplanten Ausbau der Wärmenetze und der vollständigen Dekarbonisierung der Wärmeversorgung steigt dieser Wert potenziell sogar auf jährlich bis zu 10 Millionen Tonnen CO2.“ Um dieses Potenzial zu heben, würden sich Wärmepumpen oder hybride Systeme hervorragend anbieten.
Das Ziel ist, vor allem kleineren und mittleren Netzbetreibern standardisierte Abläufe zur Verfügung zu stellen. Diese Netze mit einer Leistung zwischen 300 kW und 10 MW versorgen in der Regel Wohnquartiere oder Stadtteile. „Aktuell wissen viele Betreiber nicht, welche Potenziale ihre Bestandswärmenetze überhaupt haben oder wie sie diese technisch und energiewirtschaftlich sinnvoll umrüsten können. Oftmals fehlen ihnen dafür schlichtweg Daten und Vergleiche. Diese Lücke möchten wir mit unseren Forschungsergebnissen und dem digitalen Planungswerkzeug künftig schließen“, sagt Mathias Lanezki, Projektverantwortlicher von Drees & Sommer.
Das digitale Planungstool soll dabei helfen, Potenziale im Bestand zu analysieren, geeignete Systemkonfigurationen zu bewerten und Simulationen zur technischen Umsetzbarkeit durchzuführen. Dabei berücksichtigt es unterschiedliche Verbrauchsprofile, Wärmeerzeuger-Kombinationen und infrastrukturelle Voraussetzungen.
Demonstrator simuliert Wärmelasten
Ein erster Software-Demonstrator wurde bereits entwickelt, der in der Lage ist, den Wärmebedarf eines Gebäudes − und perspektivisch auch mehrerer Gebäude − präzise zu simulieren. Die Ergebnisse sind laut Dress & Sommer mit etablierten Simulationswerkzeugen wie IDA ICE vergleichbar, benötigen jedoch weniger Rechenzeit. Die Software soll mittelfristig frei zugänglich sein und auf Open-Source-Komponenten basieren.
Ein weiterer Baustein bildet die Abbildung regionaler Wärmebedarfe über Open Street Map und eine Prozesskette mit Excel-Schnittstellen. Diese ermöglicht es laut den Projektverantwortlichen, Wärmebedarfe zu ermitteln, Netztopologien zu planen und hydraulisch zu bewerten. Anwender können einzelne Prozessschritte modular anpassen oder externe Werkzeuge integrieren.
Mit dem Tool will das Projektteam die Grundlage schaffen, die Umstellung von fossilen auf strombasierte Wärmeerzeugung wirtschaftlich tragfähig und technisch umsetzbar zu gestalten. Der Demonstrator bildet die Basis für das geplante Planungstool, das nach Projektabschluss branchenweit zur Verfügung stehen soll.