Deutschlands Fließgewässer haben eine Länge von 400.000 Kilometern und sind relativ gut verteilt. Fast jede Stadt und jedes Dorf ist an oder in der Nähe von Flüssen und Bächen gebaut worden. Im Zuge des Klimawandels erhöht sich zudem die Wassertemperatur pro Jahrzehnt im Schnitt um fast 0,5 Grad Celsius.
Gute Voraussetzungen also für die Nutzung der erneuerbaren Wärmequelle Flusswärme. Diese steht zwar erst am Anfang der Erschließung, aber die Zahlen aus Potenzialstudien klingen vielversprechend.
Signifikanter Beitrag
Forscher der TU Braunschweig schätzen das "ökologisch nutzbare" Fließgewässerwärmepotenzial im ganzen Bundesgebiet auf 860 bis 900 Terawattstunden (TWh) Wärme pro Jahr. "Ökologisch nutzbar" bedeutet hier, dass die Wassertemperatur durch die Wärmeentnahme um nicht mehr als die ökologisch vertretbaren zwei bis drei Grad Celsius gesenkt wird. Technisch wäre eine höhere Temperaturspreizung möglich. Die errechneten 860 bis 900 TWh Wärme entsprechen laut TU Braunschweig bis zu 64 Prozent des Gesamtwärmebedarfs und bis zu 94 Prozent des Wärmebedarfs im Niedertemperaturbereich in Deutschland.
140 TWh in Bayern
Eine Studie der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) kommt – bezogen nur auf Bayern – zu Ergebnissen, die sich in ähnlichen Dimensionen bewegen: Das Potenzial im Freistaat beträgt demnach 140 TWh Wärme pro Jahr. Würde die Temperatur durch die Wärmeentnahme zum Beispiel um zwei Grad Celsius gesenkt, könnte sich rechnerisch gut ein Viertel aller bayerischen Gemeinden ganzjährig ausschließlich über Flusswasser-Wärmepumpen mit Wärme versorgen. Das entspricht aber nur dem theoretischen Potenzial, ordnet FfE-Wärmeexperte Felix Rippinger ein.
"Die Hebung des vollen Potenzials ist nicht überall möglich, weil die Infrastruktur fehlt." Viele ländliche Gemeinden hätten zum Beispiel kein Wärmenetz und werden es auch nicht bauen, da es sich aufgrund der geringen Wärmedichte wirtschaftlich nicht lohnt. "Dennoch zeigt unsere Studie, dass bereits eine teilweise Erschließung des Flusswärmepotenzials einen signifikanten Beitrag zur Deckung der Wärmenachfrage leisten könnte – und damit auch zur Dekarbonisierung des Energiesystems."
Die Hebung des vollen Potenzials ist nicht überall möglich, weil die Infrastruktur fehlt.
Neue Technik
Der Knackpunkt bei Flusswärme ist der Winterbetrieb. Zwar kühlt Wasser nicht so stark ab wie Luft, dennoch kann auch die Wassertemperatur nahe an den Gefrierpunkt kommen. Um dann die Bildung von Eis zu vermeiden, muss die Wärmeentnahme aber gedrosselt oder die Wärmepumpe gleich ganz abgestellt werden – ausgerechnet wenn der Wärmebedarf am größten ist. In Rosenheim zum Beispiel stehen die Flusswärmepumpen deswegen an einigen Wintertagen still.
Jedoch ist eine Lösung des Problems in Sicht, so Rippinger. Es laufen erste Feldtests mit einer neuen Technik, bei der das Wasser teilweise im Wärmeübertrager gefriert und als pumpfähiger Eismatsch in den Fluss zurückgeleitet wird. "In Zukunft könnten Flusswasser-Wärmepumpen also auch bei Wassertemperaturen nahe null Grad Celsius betrieben werden." Hinzu kommt die globale Erwärmung: Die Flusswassertemperaturen dürften in Zukunft seltener nah an den Gefrierpunkt kommen.
Die Vorteile des Winters
Dass der Sommer per se bessere Bedingungen für die Flusswärmenutzung bringt, stimmt jedoch nicht immer, betont Rippinger. Eine neue FfE-Studie zum Potenzial der Wärmequelle Fluss im Saarland zeigt: Der Winter ist für diese Region die bessere Jahreszeit. Das theoretische thermische Potenzial kann dann im Saarland teilweise doppelt so hoch sein wie im Sommer.
Ursache dafür sind die für den Wärmeertrag mitentscheidenden größeren Durchflussmengen im Winter, die auf mehrere Faktoren zurückgehen. Im Winterhalbjahr gibt es im Saarland mehr Niederschlag und weniger Verdunstung, die Vegetation verbraucht weniger Wasser, die Böden sind gesättigt. "Die Ergebnisse haben uns vor allem in ihrer Deutlichkeit überrascht, weil bei den meisten Umweltwärmequellen die Potenziale im Sommer höher als im Winter sind", so Rippinger.
Übertragbar sind die Saarland-Ergebnisse aber nicht ohne Weiteres, da beim Ertragspotenzial auch lokale Gegebenheiten eine große Rolle spielen. So variieren die saisonalen Niederschlagsverhältnisse zwischen den Regionen in Deutschland. Außerdem beeinflusst zum Beispiel in Oberbayern die Schneeschmelze die Durchflussmengen der Flüsse.
Keine einheitliche Regulatorik
Bei der Saarland-Studie kam eine, gegenüber der Bayern-Studie, verfeinerte Methodik zur Potenzialermittlung zum Einsatz. Berücksichtigt wurden erstmals auch die Flusstemperaturen und die Abregelung bei kalten Temperaturen. Außerdem wurde für den Deckungsgrad je Gemeinde nicht der gesamte Wärmebedarf der Gemeinde herangezogen, sondern nur derjenige, der innerhalb potenzieller Wärmenetzgebiete liegt.
Rippinger geht davon aus, dass Flusswärme in der künftigen Fernwärmeversorgung eine große Rolle spielt. Schätzungen zufolge machen Großwärmepumpen im Jahr 2045 37 Prozent der zentralen Wärmeerzeugung aus. Der Erfolg hänge jedoch "maßgeblich von stabilen politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen sowie einer einfachen, klaren und einheitlichen Regulatorik" ab. Heute sei es so, dass die Unteren Wasserbehörden die Vorgaben machen. "Wir bewegen uns also auf der Landkreisebene. Jeder Landkreis in Deutschland stellt sein eigenes Regelwerk auf."
Was Rippinger von Stakeholdern hört, verwundere deshalb nicht. "Es gibt den verbreiteten Wunsch nach klarer und einheitlicher Regulierung, damit Flusswärmeprojekte in der Breite ankommen – und nicht durch Bürokratie im Keim erstickt werden." Durch eine Vereinheitlichung wäre es auch einfacher, Erfahrungen aus Bestandsanlagen auf andere Projekte zu übertragen. Das wiederum würde neue Projekte günstiger und somit auch wirtschaftlicher machen.
Lesen Sie in der nächsten Ausgabe des ZFK Wärmewende Briefing, welche technischen und regulatorischen Aspekte bei Flusswärmeprojekten besonders zu beachten sind.
