Groß­wärme­pumpen in Wärme­netzen

Bei Flusswasser sind Temperaturen niedriger als bei Abwasser und im Winter kann es zu kurzen Phasen kommen, in denen andere Technologien die Wärmeversorgung unterstützen müssen. Dafür bieten Flusswasserwärmepumpen insbesondere dann wirtschaftliche Vorteile, wenn bereits vorhandene Infrastruktur von Ein- und Auslaufbauwerken genutzt werden können. Beispielsweise sind Fernwärmekraftwerke häufig an Flüssen gelegen und bieten diese Anlagen bereits. Städte wie Mannheim und Köln setzen sehr umfassend auf diese Technologie. In Warendorf wird eine Flusswärmepumpe auch ohne vorherigen Kraftwerksstandort umgesetzt.

Geothermie bietet Großwärmepumpen eine besonders zuverlässige Wärmequelle, da das Temperaturniveau im Untergrund ganzjährig stabil bleibt und einen effizienten sowie gut planbaren Anlagenbetrieb ermöglicht. Die Erschließung ist teilweise jedoch mit hohen Anfangsinvestitionen und umfangreichen geologischen Untersuchungen verbunden. Dafür lassen sich aber Wärmequellentemperaturen im zwei- bis dreistelligen Gradbereich erreichen. Diese Quelltemperaturen reduzieren den Strombedarf und somit die Betriebskosten. Für den Umgang mit Fündigkeitsrisiken bei Geothermie gibt es seit Ende 2025 ein Versicherungsinstrument (KFW 572) des Bundes.

Auch Abwärme steht in zahlreichen wertvollen Formen zur Verfügung, beispielsweise aus industriellen Prozessen, Rechenzentren oder Kühlsystemen. Ihr Vorteil liegt darin, dass sie kontinuierlich entsteht und hohe Temperaturen von 30 oder 40 bis hin zu 100 Grad Celsius erreicht. Dieses hohe Temperaturniveau ermöglicht einen besonders effizienten und kostengünstigen Betrieb von Großwärmepumpen. Zukunftsorientierte Branchen wie Rechenzentren stellen dabei ein besonders hohes Potenzial dar und bieten Wärmenetzbetreibern langfristige Versorgungs- und Kostensicherheit.     

Die Fähigkeit, so unterschiedliche und breit verfügbare Wärmequellen zu nutzen, ist ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal von Großwärmepumpen. In Deutschland sind viele dieser Quellen flächendeckend verfügbar und technisch erschließbar. Damit besitzen Großwärmepumpen einen signifikanten Vorteil gegenüber fossilen Erzeugungsanlagen, aber auch gegenüber Biomasse oder Wasserstoff-KWK, deren Primärenergie begrenzt, importabhängig und häufig mit erheblichen ökologischen Kosten verbunden ist.

Die Auswahl der passenden Wärmepumpenanlage hängt von mehreren Rahmenbedingungen ab, zentral sind dabei die Temperaturen der Wärmequelle und die Zieltemperatur, die für das Wärmenetz erreicht werden soll. Die Auswahl des Kältemittels hängt von der zu leistenden Temperaturdifferenz, dem generellem Temperaturbereich sowie der Wärmequelle selbst ab. Wärmenetzbetreiber sollten daher die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und den Vorlauftemperaturen des geplanten oder bestehenden Wärmenetzes oder anderen Wärmeabnehmern besonders im Blick behalten. Zudem sollten saisonale Schwankungen der Wärmequelle und deren langfristige Verfügbarkeit bei der Auswahl der Anlage berücksichtigt werden.

Für den Einsatz in Wärmenetzen steht eine vielfältige Auswahl an geeigneten Wärmepumpensystemen zur Verfügung. Neben standardisierten Serienanlagen bieten viele Hersteller auch maßgeschneiderte Lösungen an – insbesondere für größere, komplexere Fernwärmenetze mit hohem Wärmebedarf und Vorlauftemperaturen. Es empfiehlt sich, frühzeitig mit potenziellen Herstellern in Kontakt zu treten und die passende Anlagenkonfiguration gemeinsam zu erarbeiten.

Eine ausreichende elektrische Anbindung – beispielsweise an das Mittel- oder Hochspannungsnetz – ist eine Voraussetzung für den Betrieb von Großwärmepumpen. Dies lässt sich in den meisten Fällen gewährleisten, sollte jedoch rechtzeitig mit dem betroffenen Stromnetzbetreiber abgestimmt werden. Für die Nutzung von Fluss- oder Klärwasser ist oft ein Einlaufbauwerk erforderlich. An vielen bestehenden Fernwärmestandorten sind solche Strukturen bereits vorhanden und erleichtern den technischen und wirtschaftlichen Anschluss der Wärmepumpe.

Bei Flusswärmepumpen sind insbesondere Vorgaben des Gewässer- und Artenschutzes zu beachten. Auch hier gestaltet sich die Genehmigungssituation an bestehenden Ein- und Auslaufbauwerken einfacher. Je nach anvisierter Tiefe kann die Genehmigung bei Geothermieprojekten umfassender ausfallen. Planen Sie einen entsprechenden Vorlauf ein. Bei reinen Großwärmepumpen sind vorerst nur Lärmschutzanforderungen einzuhalten. Hierzu kann ein Austausch mit Herstellern sinnvoll sein. Für beide Quellen gibt es bereits Praxisprojekte (siehe unten), die über die Erfahrungswerte der Genehmigung berichten können.

Allgemein hat es sich im Kontext von Großwärmepumpen-Projekten bewährt, einen engen Austausch zu Anlagenhersteller, Behörden, anderen kommunalen Akteuren sowie Wärmekundinnen und -kunden zu pflegen. Ein gesammelter Austausch aller am folgenden Genehmigungsprozess beteiligten Ämter   kann hierfür ein sinnvoller Ansatz sein.

Investitions- und Betriebskosten werden bereits in der Planungsphase sorgfältig berücksichtigt. Die Betriebskosten werden dabei maßgeblich durch den Strompreis bestimmt. Um den Strombedarf möglichst gering zu halten, muss die Anlage bestmöglich auf die Temperatur der Quelle sowie des Wärmenetzes abgestimmt sein. Zudem vermeidet der optimale Einsatz eines Pufferspeichers Einsatzstunden bei besonders hohen Börsenstrompreisen. 

Mit einem Strompreis, der langfristig immer attraktiver wird als der Gaspreis,      stehen die Chancen gut, dass die Betriebskosten über die Lebensdauer der Anlage weiter sinken. Die Nutzung von Strom aus Solar- und Windkraftanlagen über eine Direktleitung kann die Wirtschaftlichkeit ebenfalls deutlich verbessern. Insbesondere für Klein- und Mittelstädte bietet die direkte Nutzung erneuerbaren Stroms die Möglichkeit, die Großwärmepumpe günstig zu betreiben. In Dänemark zeigen sich darüber hinaus Kostenersparnisse aufgrund der vergüteten Bereitstellung von Systemdienstleistungen   zur Stabilisierung des Stromnetzes durch Großwärmepumpen.