Anlagenpotenzial

Ableitung eines Korridors für den Ausbau der erneuerbaren Wärme im Gebäudebereich

Laufzeit

März 2015 - August 2016

Gefördert durch

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Partner

Beuth Hochschule für Technik Berlin

Projektbeschreibung

Das Projekt verfolgt im Wesentlichen drei Ziele: die modellgestützte, raumaufgelöste Quantifizierung der Potenziale erneuerbarer Energien im deutschen Gebäudebestand, die Darstellung von Kombinationsmöglichkeiten dieser Potenziale und der daraus folgenden Grenzen für das Handlungsfeld und schließlich die Modellierung von Szenarien zur Entwicklung des Primärenergiebedarf. Dabei wird auch die Frage analysiert, wie sich Effizienz und erneuerbare Energien gegenseitig beeinflussen: Einerseits sind gut gedämmte Gebäude mit geringem Nutzwärmebedarf vergleichsweise einfach mit einem hohen Anteil an erneuerbarer Wärme beheizbar, während weniger gut gedämmte Gebäude, absolut gesehen, mehr erneuerbare Wärme zur Versorgung beanspruchen und somit durch die Endlichkeit des zur Verfügung stehenden Potenzials an erneuerbaren Energien gar nicht erneuerbar versorgt werden können. Andererseits bedürfen manche erneuerbare Energiequellen einer gewissen Mindestwärmeabnahme, um wirtschaftlich betrieben werden zu können. Damit hängt der mögliche Beitrag anlagentechnischer Maßnahmen zur Erreichung der Klimaziele vom energetischen Zustand des Gebäudebestands ab.

Für die Analyse von geografisch bedingten Restriktionen wurde ein Geodaten-basiertes Gebäudeenergiemodell aufgebaut, indem die Modelle „Wärmeatlas Deutschland“ und GEMOD gekoppelt wurden. Mit Hilfe des neuen Modells wurde das wirtschaftliche Potenzial für den Ausbau von Wärmenetzen hergeleitet.

Ebenfalls mit dem Geodaten-basierten Modell wurden die Potenzialgrenzen für Sole/Wasser-Wärmepumpen mit Erdwärmesonden berechnet. Sie basieren auf mehreren regionalspezifischen Einzelrestriktionen, deren Zusammenwirken mit dem Modell für 3 Mio. Baublöcke in Deutschland abgebildet wurde. Diese Restriktionen werden zusätzlich überlagert von Restriktionen, die für alle gebäudezentralen Wärmepumpen gelten und aus der Gegenläufigkeit von Jahresarbeitszahl und Vorlauftemperatur resultieren. Ergänzt wurden die rechnerischen Analysen durch Umfragen bei Bohrunternehmen, die Tiefenbohrungen für Wärmepumpen ausführen, und bei Verteilnetzbetreibern.

In einer weiteren Geodaten-Analyse wurde das Potenzial für eine Wärmeversorgung mit Tiefengeothermie abgeleitet und für eine Bandbreite von Gestehungskosten dargestellt.

Die Potenziale für solarthermische Anlagen wurden berechnet, indem eine bereits vorhandene – sehr detaillierte – Untersuchung für Einfamilienhäuser in die Zukunft fortgeschrieben wurde. Für Mehrfamilienhäuser wurden Mustersimulationen mit maximal großen Kollektoren erstellt. Daraus wurde die Abhängigkeit des solaren Deckungsgrads vom Heizwärmebedarf abgeleitet. Diese wurde in das Gebäudemodell rückgekoppelt, um das Gesamtpotenzial berechnen zu können.

Die Potenziale solarer Nahwärmeanlagen wurden auf Grundlage des Wärmenetzpotenzials sowie der möglichen Deckungsanteile daran berechnet.

Die Potenziale für die Wärmeerzeugung aus Biomasse wurden aus vorhandenen Untersuchungen recherchiert und die Abhängigkeiten und Spielräume beschrieben.

Nach Erhebung der Einzelpotenziale wurden die Mechanismen ihres Zusammenspiels analysiert und die effizientesten Kombinationen der verschiedenen erneuerbaren Energieträger zusammengestellt. Sowohl die Einzelpotenziale als auch ihr Zusammenspiel hängen von der Höhe des Nutzwärmebedarfs ab. Dieser Zusammenhang wurde berechnet für zwei verschiedene Schwerpunkte: Solarthermie, Biomasse und Wärmenetze sowie dezentrale Wärmepumpen. Für beide Schwerpunkte wurde die minimal erreichbare mittlere Anlagenaufwandszahl als Funktion des Wärmebedarfs bestimmt. Ihr Verlauf bestimmt das Potenzial zur Primärenergiereduktion durch Anlagentechnik. Gemeinsam mit der Potenzialgrenze für die Wärmebedarfsminderung begrenzt sie das künftige Handlungsfeld für den deutschen Gebäudebestand.

Die Potenzialgrenze für die Wärmebedarfsminderung wurde wiederum als Funktion des Anlagenaufwands bestimmt, um auch den Verlauf dieser Potenzialgrenze und die bestimmenden Einflüsse sicherer prognostizieren zu können.

Für das Ziel einer 80-prozentigen Primärenergieeinsparung verbleibt ein gewisser Gestaltungsfreiraum. Eine Einsparung um 95 % auf ausschließlich technischem Wege ist mit den verfügbaren Technologien nur bei Ausschöpfung aller Potenziale knapp möglich.

In einem dritten Schritt wurden zwei Szenarien berechnet. Sie sollen die voraussichtliche maximale Änderungsgeschwindigkeit des Heizungsbestands darstellen, die sich bei einem sehr ambitionierten Ausbau erneuerbarer Wärme einstellen würde. Dabei werden die heutigen Randbedingungen des Heizungsmarktes jedoch grundsätzlich beibehalten. Die Potenziale der erneuerbaren Energiequellen sollen möglichst weitgehend ausgeschöpft werden. Die Marktdynamik, die von den Nutzungsdauern der Wärmeerzeuger und der Markthochlaufgeschwindigkeit neuer Technologien bestimmt wird, ist dabei das bestimmende Maß. Um den Einfluss der Gebäudeeffizienz auf die Änderungsgeschwindigkeit zu zeigen, werden für die Effizienz zwei Extremverläufe angesetzt: Im Szenario „maximaler EE-Ausbau bei konventioneller Effizienz“ folgt der Nutzwärmeverbrauch dem Ambitionsgrad der letzten Dekaden. Im Szenario „maximaler EE-Ausbau bei maximaler Effizienz“ wird der Nutzwärmeverbrauch mit dem höchsten anzunehmenden Ambitionsgrad gesenkt. Für diese Szenarien werden die Aspekte Zielerreichungsgrad, Kosten und Treibhausgasemission dargestellt.

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