KWK-Anlagen können sowohl im kommunalen als auch im gewerblichen Bereich eine zentrale Rolle in der Wärmewende spielen und damit zur Entlastung und Stützung der Stromnetze beitragen. Zu diesem Ergebnis kommt die Studie „Perspektiven der Kraft-Wärme-Kopplung in der Energiewende“, die der Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung (BKWK) jetzt vorgelegt hat.
Die Studie belege, dass ein intensiver Ausbau gasbasierter KWK mit Wärmenetzen für den Klimaschutz mittel- und langfristig eine zielführende Strategie sei, erklärt BKWK-Vizepräsident Heinz Ullrich Brosziewski. Für die Studie hat das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung (IFAM) zwei Szenarien der Sektorkopplung für Strom und Wärme verglichen, eine weitgehende Ablösung von Heizkesseln durch Elektro-Wärmepumpen und einen verstärkten Ausbau von KWK-Systemen.
Die Studie bezieht sich auf ein weit fortgeschrittenes Stadium der Energiewende im Jahr 2050, ihr zufolge kann eine auf dezentrale Elektro-Wärmepumpen setzende Strategie den Anspruch einer weitgehenden Dekarbonisierung des Wärmebereichs kaum einlösen.
Die direkte Nutzung von Windkraft und Photovoltaik könne wegen der Zeitstruktur des Strombedarfs der Wärmepumpen nur begrenzt zur Bedarfsdeckung beitragen, auch wenn hierfür ein verstärkter Ausbau unterstellt wird. Erhebliche Strommengen müssten durch den Betrieb von konventionellen (evtl. fossil befeuerten) Kraftwerken oder durch Importe abgedeckt werden. Ob die im Rahmen des Wärmepumpen-Szenarios benötigten Strommengen importiert werden könnten, konnte im Rahmen der Studie nicht geprüft werden.
Bei Wärmepumpen hohe Anforderungen an elektrische Infrastruktur
Die Wärmepumpen verursachen in annähernd 1.000 Stunden eine Last von über 18 GW bei einem Maximalwert von 53 GW. Da Maximalwerte regional und überregional synchron zu erwarten seien, verbergen sich hierin auch hohe Anforderungen an die elektrische Infrastruktur, heißt es.
Ein Ausbau gasbasierter KWK-Systeme mit Wärmespeichern, die als ergänzende Komponenten Elektro-Kessel und Groß-Wärmepumpen als Power-to-Heat-Technologien enthalten, würde hingegen zum Ausbau der Stromerzeugung aus fluktuierenden erneuerbaren Energien passen, argumentiert das IFAM.
Bei einer intensivierten KWK-Strategie zeige sich, dass die aus der Zeitstruktur des konventionellen Strombedarfs bei vorrangiger Nutzung fluktuierender Erzeugung entstehende Residuallast über das ganze Jahr zu einem deutlichen Ausgleich geführt werden kann. Das gelte für den dargestellten Fall, dass die KWK-Systeme flexibel eingesetzte Wärmepumpen und Elektroheizer beinhalten. Sowohl die in der Studie modellierten Großwärmepumpen als auch die Elektroheizer würden nur bei negativer Residuallast (Stromüberschüsse) und das KWK-Modul lediglich bei positiver Residuallast (Strommangel) laufen, heißt es.
In Überschusszeiten könne mit Strom aus Erneuerbaren zum einen Wärme mittels der Power-to-Heat-Komponenten der KWK-Systeme bereitgestellt werden, zum anderen können die Stromüberschüsse mit Power-to-Gas-Technologien genutzt werden, um Brennstoff für die zuvor mit Erdgas betriebenen KWK-Anlagen regenerativ zu erzeugen.
Dauerhafte Perspektive für KWK in dekarbonisiertem Energiesystem
Damit bekomme die KWK eine dauerhafte Perspektive in einem vollständig dekarbonisierten Energiesystem. Die vorhandene Gas-Infrastruktur und die daran gekoppelten Speicherkapazitäten, die auch einen saisonalen Ausgleich zulassen, werden Bestandteil dieses künftigen Energiesystems sein.
Für die Studie wurden stundenscharfe Zeitreihen für Strom und Wärme aus erneuerbarer und konventioneller Erzeugung, Stromspeicherung, Lastmanagement etc. verwendet. Dadurch wurde es möglich, das Zusammenspiel der beiden jeweils dominanten Wärmeversorgungs-Systeme in hoher zeitlicher Auflösung zu beurteilen.
