Fernwärme ist ein zentraler Baustein der Wärmewende, gerade in Großstädten. Sie soll daher ausgebaut werden. Allerdings muss auch die Quelle der darin genutzten Heizenergie künftig klimafreundlich sein.
Denn bislang wird Fernwärme in Deutschland überwiegend aus Erdgas, Kohle und Abfall erzeugt. In manchen Städten spielt auch Industrieabwärme eine Rolle.
Die langfristige Dekarbonisierungsstrategie der Branche setzt auf einen Technologiemix aus Großwärmepumpen, Solarthermie, Geothermie, Biomasse und Abwärme. Besonders die Wärmepumpen, die mit Ökostrom betrieben werden, gelten als Schlüsseltechnologie.
Vor diesem Hintergrund gewinnt eine bis vor Kurzem noch kaum beachtete Wärmequelle stark an Bedeutung: das Wasser aus Flüssen. Fließgewässer führen ganzjährig relativ konstante Temperaturen, die mit hocheffizienten Großwärmepumpen auf das für Fernwärmenetze erforderliche Temperaturniveau gehoben werden können.
Die Idee ist einfach, der technische Anspruch jedoch hoch: Flusswasser wird entnommen, in einem Wärmetauscher abgekühlt, die entzogene Niedertemperatur-Wärme wird mithilfe einer elektrischen Wärmepumpe "hochgepumpt" und anschließend in das städtische Fernwärmenetz eingespeist.
Die Temperaturabsenkung im Gewässer ist dabei relativ gering, sie unterliegt dabei strikten wasserrechtlichen Vorgaben und strengen Fischschutz-Anforderungen.
Eine Wärmepumpe für mehrere zehntausend Haushalte
Besonders ambitioniert zeigt sich die Großstadt Mannheim, die am Rhein liegt. Der kommunale Energieversorger MVV Energie hat bereits Ende 2023 auf dem Gelände des Großkraftwerks Mannheim eine erste Flusswärmepumpe mit rund 20 Megawatt thermischer Leistung in Betrieb genommen.
Nach Unternehmensangaben werden so rund 15.000 Tonnen des Treibhausgases CO2 pro Jahr vermieden. Die Anlage gilt als technischer und regulatorischer Türöffner, da komplexe Einbauten im Fluss, umfangreiche wasserrechtliche Genehmigungen und hohe Anforderungen an die Biodiversität zu meistern waren.
Auf dieser Grundlage entsteht in Mannheim nun auch das bislang größte Flusswärmeprojekt in Deutschland: MVV baut eine Großwärmepumpe mit rund 165 Megawatt thermischer Leistung, die ab der Heizperiode 2028 bis zu 40.000 Haushalte in der baden-württembergischen Großstadt mit ihren 320.000 Einwohnern versorgen soll.
Das Investitionsvolumen wird mit etwa 200 Millionen Euro angegeben, der Bund fördert das Projekt mit 59 Millionen. Die Anlage sei "ein weiterer Meilenstein, um die angestrebte vollständige Dekarbonisierung der Fernwärmeversorgung bis 2030 zu erreichen", sagte MVV-Chef Gabriël Clemens jetzt bei der Vorstellung des in der Leistung von den ursprünglich geplanten 150 auf 165 Megawatt erhöhten Projekts.
Die Großwärmepumpe besteht aus zwei Einzelmodulen zu je 82,5 Megawatt. Mithilfe des natürlichen Kältemittels Isobutan erzeugen sie Fernwärme mit Temperaturen von bis zu 130 Grad Celsius. Eine wichtige Voraussetzung, dass das Ganze funktioniert, ist dabei die Wassertemperatur. Der Rhein kühlt selbst im Winter nur sehr selten unter fünf Grad Celsius ab.
Ökologische Herausforderungen
Ein zweites, von der Leistung her nur wenig kleineres Projekt entsteht in Köln. Der Energieversorger Rheinenergie plant dort am Standort Niehl eine Flusswärmepumpe mit etwa 150 Megawatt, die Anfang 2028 in Betrieb gehen soll.
Hier sollen sogar noch mehr Haushalte als in Mannheim angeschlossen werden, nämlich im Endausbau 50.000. Das Investitionsvolumen beträgt rund 280 Millionen Euro, Bund und Land steuern bis zu 100 Millionen Euro als Zuschüsse bei. Nach Angaben des Unternehmens sind bereits alle Schlüsselgewerke vergeben worden.
In Köln zeigt sich auch, wie aufwändig die Genehmigungsprozesse für Flusswärmeprojekte sind. Eigentlich war die Inbetriebnahme bereits für Anfang 2027 geplant, doch das scheiterte an Genehmigungsproblemen, die vor allem mit dem Fischschutz und dem biologischen Gleichgewicht im Fluss zu tun hatten.
Rheinenergie muss hier hohe Standards einhalten. Das Unternehmen setzt auf feinmaschige Rechen, fischfreundliche Umgehungsrinnen und ein hydraulisch so ausgelegtes System, dass nur ein relativ kleiner Teil des Rheinwassers temporär genutzt und anschließend, geringfügig abgekühlt, zurückgeführt wird.
Doch auch über Mannheim und Köln hinaus gewinnt das Thema Großwärmepumpen deutlich an Dynamik, wobei meist Flüsse als Wärmequelle genutzt werden sollen. Die installierte thermische Leistung hierzulande gibt der Bundesverband Wärmepumpe (BWP) mit insgesamt 180 Megawatt an.
In Planung oder Bau befinden sich laut BWP derzeit über 70 Projekte mit einer Kapazität von etwa 900 Megawatt, angekündigt seien weitere 700. Zum Vergleich: Die Leistung von Kohlekraftwerksblöcken liegt zwischen 100 und 1.000 Megawatt.
Meist sind es Anlagen in großen Städten. In Hamburg zum Beispiel sollen 60 Megawatt Wärmeleistung aus der Elbe ins Fernwärmenetz fließen, das dortige Projekt befindet sich in der Entwurfs- und Genehmigungsplanung.
In Stuttgart hingegen läuft seit 2024 bereits eine 24-Megawatt-Anlage, die zwar nicht direkt den Neckar, sondern den Kühlwasserkreislauf eines Müllheizkraftwerks als Quelle nutzt, technisch jedoch denselben Prinzipien folgt. Die Anlage versorgt etwa 10.000 Haushalte.
In Skandinavien seit Langem erprobt
Ein Blick nach Nordeuropa verdeutlicht das große Potenzial. Besonders Schweden und Norwegen sind hier Vorreiter.
Stockholm betreibt bereits seit den 1980er Jahren See- und Abwasser-Wärmepumpen, der dortige Standort Hammarby gilt mit über 200 Megawatt als eines der größten Systeme dieser Art weltweit. In Norwegen werden seit über zehn Jahren mehrere Großwärmepumpen eingesetzt, die Fjordwasser nutzen und Fernwärme von bis zu 90 Grad erzeugen.
Kopenhagen baut seine ohnehin bereits stark dekarbonisierte Fernwärme schrittweise weiter aus, unter anderem mit Großwärmepumpen und Seewasser als Energiequelle. In Großbritannien entstehen Wasserwärme-Projekte unter anderem am Fluss Clyde in Schottland.
Wissenschaftliche Studien sehen in Fluss- und Abwasserwärme auch für Deutschland gewaltige Potenziale. Eine Untersuchung des Borderstep-Instituts kommt auf eine theoretisch nutzbare Wärmemenge von rund 860 Milliarden Kilowattstunden pro Jahr in Flüssen und Bächen. Zum Vergleich: Der Erdgasverbrauch für Haushalte und Gewerbe beträgt 352 Milliarden Kilowattstunden.
Wie groß die realisierbaren Potenziale sind, hängt allerdings von hydrologischen Bedingungen, ökologischen Restriktionen, Temperaturanforderungen der Wärmnetze und wirtschaftlichen Parametern ab. Ein Verbundprojekt identifizierte Rhein, Main, Elbe und Weser als besonders geeignete Fließgewässer.
Eine spannende Frage wird sein, wie viel Wärme Großanlagen wie in Mannheim, Köln oder Hamburg am Ende wirklich liefern. Entscheiden werden darüber nicht allein die genutzte Technik und die Anschlussmöglichkeiten an Fernwärmenetze, sondern auch die Betriebskosten.
Letztere hängen vor allem vom Strompreis ab, der hierzulande relativ hoch liegt. Bisher ist die Technologie hierzulande nur mit hoher Förderung wirtschaftlich, und das ist langfristig keine Perspektive.
