Dezentrale Wärmeversorgung in einem klimaneutralen Deutschland

Unser Auftrag

Das Szenario „Klimaneutrales Deutschland 2045“ (KNDE2045) zeigt einen möglichen Pfad zum Erreichen der Klimaneutralität bis 2045 auf. Zentrale Ergebnisse sind ein deutlich höherer Stromverbrauch (+70 Prozent) aufgrund der zunehmenden Stromnutzung, u.a. in Wärme und Verkehr und eine deutlich höhere Erzeugungsspitze (+300 Prozent) aufgrund des deutlichen Ausbaus erneuerbarer Stromerzeugung. 

Teil der Lösung für den Gebäudesektor sind im Jahr 2045 14 Millionen Wärmepumpen in Deutschland. Für die Stiftung Klimaneutralität ordnet unser Team der Energiesystemsimulation die Rolle der Wärmepumpe gegenüber Wasserstoffheizungen in der dezentralen Wärmeerzeugung auf Basis des KNDE2045-Szenarios ein. 

Im Zentrum der Analyse stehen folgende zwei Aspekte:  
 

1. Erfordert ein Stromsystem mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien und einem deutlich höheren Strombedarf auch eine deutlich höhere regelbare Kraftwerksleistung?  
   
   Diese Frage konnte mit dem bereits veröffentlichten Szenario KNDE2045 beantwortet werden: Die nötige regelbare Kraftwerksleistung steigt um etwa 20 Prozent. Gegenüber heutiger Überkapazität ergibt sich netto sogar einen Rückgang der nötigen regelbaren Leistung. Die steigende Anzahl flexibler Verbraucher kann mit ihren Speicherkapazitäten das EE-Angebot integrieren und die Stromnachfrage zeitlich verschieben. Im Zusammenspiel mit Importen bleibt dadurch der Anstieg der maximalen Residuallast gering.
    
2. Könnte der Einsatz von Wasserstoffheizungen anstelle von Wärmepumpen dazu geeignet sein, die Residuallast zu senken und somit die Effizienz des Gesamtsystems zu erhöhen?
   
   Wasserstoffheizungen machen den Weg zur Klimaneutralität schwerer erreichbar, zeigen die Ergebnisse. Das Gesamtsystem wird durch Wasserstoffheizungen ineffizienter, weil ein deutlich erhöhter Wasserstoffbedarf eintritt und die erneuerbaren Energien schlechter integriert werden können.

Die Untersuchung unterstreicht die zentrale Rolle von Wärmepumpen als Teil dieser flexiblen Verbraucher in einem erneuerbaren Stromsystem. Wärmepumpen bieten zwei zentrale Vorteile: Erstens den überwiegenden Anteil der Heizwärme gewinnen sie aus Umweltwärme. Zweiten mit der thermischen Speichermasse aus Gebäude und Heizkreispufferspeicher bieten Sie Flexibilität in der Stromnachfrage. „Dadurch kann mehr erneuerbarer Strom genutzt werden, weniger Strom wird abgeregelt.“ erklärt Hans Dambeck, Projektleiter der Studie.

So sind wir vorgegangen  

In der Analyse wurde eine Sensitivität des Szenarios KNDE2045 modelliert, in der die Anzahl der strombetriebenen Wärmepumpen von 14 auf 13 Mio. und der Strombedarf dadurch um neun Prozent reduziert ist. Aus den Ergebnissen der stündlichen Modellierung im Prognos-Strommarktmodell im Vergleich mit dem Basisszenario KNDE2045 wurden die Rückschlüsse des Einflusses der Wärmepumpen gezogen.  

„Der reduzierte Stromverbrauch führt nur zu einem kleineren Teil zu einem Rückgang der Stromerzeugung aus regelbaren Wasserstoffkraftwerken. Der andere Teil entfällt auf eine höhere Abregelung des EE-Stroms und einem reduzierten Importsaldo. Die nötige gesicherte Leistung sinkt dabei kaum, nur um 0,2 GW.“ beschreibt Aurel Wünsch, Analyst der Strommarktmodellierung.

Der Einsatz von 1 Mio. Wasserstoffheizungen führt hingegen zu einem etwa doppelt so hohen Wasserstoffbedarf gegenüber dem Bedarf zur Absicherung von 1 Mio. Wärmepumpen mit Wasserstoffkraftwerken im Stromsystem.

Im Ergebnis wird Wasserstoff deutlich effizienter zur regelbaren Absicherung des erneuerbaren Stromsystems mit Wärmepumpen eingesetzt als in dezentralen Heizungen. Durch Wärmepumpen kann die Flexibilität zur Integration des EE-Stroms und die Nutzung von Umweltwärme deutlich gesteigert werden. Aus diesen Gründen sind sie ein zentraler Baustein für ein klimaneutrales Deutschland.

Links und Downloads

Zur Studie (PDF)

Zum Policy Paper zur Studie (PDF)

Weitere Infos (Stiftung Klimaneutralität)

Zum Szenario Klimaneutrales Deutschland 2045

Projektteam

Hans Dambeck, Aurel Wünsch, Marco Wünsch, Miriam Lovis