18.11.2018

Gerhard Stryi-Hipp vom ISE im Interview: Wärme strategisch planen!

Solarthemen 508. Gerhard Stryi-Hipp leitet am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme die Gruppe Smart Cities. Bis 2008 war er Geschäftsführer des Bundesverbandes Solarwirtschaft (BSW) und dessen Vorgängerverbandes DFS. Im Solarthemen-Interview spricht der Phy­siker über technische Möglichkeiten, die strategische Wärmeplanung für Quartiere hin zu einer weitgehend klimaneutralen Versorgung zu optimieren.

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Ja. Der Königsweg ist eine  CO2-Steuer, unabhängig von Maßnahmen, die zusätzlich notwendig sind. Wir brauchen auf jeden Fall eine Maßnahme, die fossile Energien teurer macht. Dies würde die Wettbewerbssituation der Erneuerbaren verbessern.
Die Erkenntnis ist freilich nicht ganz neu. Die Politik müsste es nur wollen.
Ja, aber es ist nicht nur eine politische Aufgabe. Wir müssen auch besser verstehen, wie Technologiewandel stattfindet und welche Alternativen ein Investor tatsächlich hat. Wir haben zwar gute Pelletsanlagen, gute Wärmepumpen und gute Solaranlagen. Aber diese Anlagen sind bei weitem nicht so in das Energiesystem integriert, dass sie problemlos die Öl- oder Gaskessel ersetzen könnten. Am ehesten funktioniert dies noch bei den Erdwärmepumpen, für die es aber auch Hemmnisse gibt. Deshalb setzen viele auf Luft-Wasser-Wärmepumen, bei denen aber die Effizienz nicht so hoch ist. Biomasse hat das Problem lokaler Feinstaubemissionen und ein begrenztes Rohstoffangebot. Sie macht heute über 80 Prozent der erneuerbaren Wärmeversorgung aus. Aber wenn wir von jetzt 13 Prozent erneuerbarem Wärmeanteil auf 50 bis 100 Prozent kommen wollen, dann kann Biomasse nicht der Hauptenergieträger sein, weil nicht genug davon da ist.
Sind denn die Technologien für die Wärmewende heute vorhanden?
Die Technologien für die kontinuierliche Erhöhung des erneuerbaren Anteils an der Wärmeversorgung sind prinzipiell da, aber sie sind noch nicht so verfügbar, dass wir damit problemlos hohe Anteile abdecken könnten. Sie sind meist teurer und aufwendiger und sind deshalb für viele Anwender noch keine Alternative.
Also müssen wir doch noch auf eine technische Revolution warten?
Ich kann mir im Moment keine wirklich disruptiven Technologien für den Wärmesektor vorstellen. Der Schlüssel liegt eher beim systemischen Wandel: Mehr Sektorenkopplung, mehr Wärmespeicher, deutlich mehr Strom im Wärmesektor. Wärmepumpen haben aber auch Limits. In allen Bereichen wird es technische Innovationen geben – höhere Effizienz, geringere Kosten und zum Beispiel Speicher mit höherer Wärmedichte. Ein hoher Anteil erneuerbarer Energien wird jedoch nicht durch die­se technischen Innovationen möglich, sondern vor allem durch den Zwang, aus Öl und Gas auszusteigen, und durch einen System-Mix verschiedener Technologien.
Kleiner Schönheitsfehler: Dieser Wandel geht offenbar zu langsam.
Im Forschungsverbund Erneuerbare Energien, dem FVEE, haben wir uns deshalb gefragt, wa­rum dieser Wandel nicht schneller passiert. Unsere Antwort: Der Übergang zu beispielsweise CO2-neutralen Quartieren erfordert eine gesamtsystemische Sicht und entsprechende Planungstools. Die Planer müssen beurteilen können, welche Variante für ein einzelnes Gebäude oder ein Quartier unter Berücksichtigung der Sektorenkopplung die beste ist, um das Ziel der CO2-Neutralität am kostengünstigsten zu erreichen. Hier­zu gibt es noch keine guten Werkzeu­ge für die Planer. Das ist eine Hürde.
Wie überwindet man sie?
Wir haben uns nun mit 11 Instituten im FVEE zusammengetan, um ein Online-Tool zu entwickeln, dass von Planern, Energieexperten, Energieagenturen, Wärmenetzbetreibern und Endanwendern genutzt werden kann und das genau diese Frage beantwor­tet: Welches ist die beste Lösung, um ein CO2-neutrales Quartier zu erreichen? Diese Software soll den Akteuren vor Ort kostenlos zur Verfügung gestellt werden. Sie soll eine Optimierung des Strom-Wärmesystems berechnen unter Berücksichtigung der zeitlichen Dynamik der Systeme in stündlicher Auflösung. Wir wollen den Nutzern helfen, ihr Wärmeversorgungssystem, etwa für ein Quartier, optimal auszulegen unter Einbeziehung lokaler Ressourcen von erneuerbaren Energien.
Was heißt das am konkreten Beispiel?
Für jemanden, der die künftige Energieversorgung für ein Altbauquartier plant, stellt sich die grundsätzliche Frage, ob er ein Wärmenetz bauen soll – und wenn ja, auf welchem Temperaturniveau. Oder soll er weiterhin auf das Gasnetz setzen? Oder wird künftig alles mit Strom gemacht? Hier geht es nicht nur um die Frage, welche dieser Technologien die günstigste ist, sondern es geht auch darum, wie sich der Wärmebedarf künftig durch Wärmedämmung sowie die Zu- und Abnahme von Verbrauchern verändert. Der Planer muss also bedenken, wie sich die Kosten der verschiedenen Energieträger und wie sich der Wärmebedarf in Zukunft entwickelt. Und wenn er sich zum Beispiel dafür entscheidet, alles mit Wärmepumpen zu machen, wird er sich überlegen müssen, ob dann im Winter 2030 oder 2050 genügend Strom zu akzeptablen Kosten zur Verfügung stehen wird. Auf viele Fragen kann der Planer keine sichere Antwort geben, trotzdem muss er im Wärmesektor Infrastrukturentscheidungen treffen, die in Konkurrenz miteinander stehen. Das macht die Sache so schwierig.
In Altbauvierteln liegen Strom- und Gasnetz meist schon, da geht es oft nur um die Verlegung von Fernwärme.
Und allein dabei treten jede Menge Fragen auf: Die erste Frage ist, wie viele Hausbesitzer anschließen werden. Dann gibt es da noch das Problem der Temperaturniveaus. Und wenn heute Kraftwärmekopplung zum Einsatz kommt, dann ist fraglich, wie lange das Geschäftsmodell trägt. Denn dieses hängt ja von den Gaspreisen ab und auch davon, wie viel man durch Stromverkauf erlösen kann. Wenn ich zu hohen Anteilen erneuerbarer Energien kommen will, muss ich natürlich irgendwann auf Erdgas verzichten. Welche Ersatzmedien wird es dann geben? Gibt es synthetisches Gas – mit Wind- oder PV-Strom erzeugt – oder muss ich dann nochmal auf einen anderen Energieträger umsteigen?
Fragen über Fragen. Kann man die denn heute überhaupt für den langen Zeitraum seriös beantworten?
Wir sind der Überzeugung, dass es geht. Wenn ich mir ambitionierte Ziele setze – CO2-Neutralität oder hohe Anteile vor Ort erzeugter erneuerbarer Energien, dann ergibt sich eine sehr begrenzte Verfügbarkeit von möglichen Energieträgern. Windangebot und Sonneneinstrahlung kann ich ebenso wie den Energieverbrauch zeitlich hochaufgelöst vorausberechnen. Dann kann ich mit einem Optimierungsrechner ermitteln, mit welchem System trotz der täglichen und saisonalen Schwankungen der erneuerbaren Energien sowie der Nachfrageschwankungen eine sichere Strom- und Wärmeversorgung möglich ist. Wir machen solche Modellierungen für Städte, Quartiere und große Liegenschaften heute schon. Die Werkzeuge dafür haben wir. Die Herausforderung besteht nun darin, dass diese Leistung bislang nur von Forschungsinstituten erbracht werden kann, weil das Expertensysteme sind, die noch nicht für eine größere Verbreitung geeignet sind. Es wäre wichtig, dass auch Planer vor Ort diese nutzen können.
Energiepreisprognosen, die ein Programm für die ökonomische Optimierung vornehmen müsste, sind aber doch extrem unsicher.
Das stimmt. Wenn unser Programm Energiepreisprognosen als Grundlage für langfristige Berechnungen nehmen würde, dann wäre dies Kaffeesatzleserei. Aber wenn wir als Zielsetzung eine CO2-Neutralität anstreben – und der neueste IPCC-Bericht unterstreicht ja nochmal, dass dies unser Ziel sein muss –, dann besteht im Jahr 2040 oder 2050 die Versorgung vor allem aus erneuerbaren Energien. Und für die Techniken zu deren Nutzung kommen eben nicht Importkosten für Öl oder externe Preise für Strom zum Tragen, sondern die Preise für Anlagentechnik. Diese können wir viel sicherer voraussagen als die Preisentwicklung für fossile Energien. Es gibt fundierte Studien, wie sich Windkraftanlagen, Pelletskessel, Photovoltaikanlagen in Preis und Effizienz verändern. Auf der Basis berechnet die Software, was physikalisch möglich ist und sucht dann die kostengünstigste Variante aus.
Wie weit ist der FVEE-Plan gediehen?
Wir haben eine Förderung beim Bundeswirtschaftsministerium beantragt und hoffen, dass wir mit der Arbeit 2019 beginnen können und dann nach drei Jahren fertig sind. [/private]
Interview: Guido Bröer