Wärme und Kälte im Quartier: Effizienz und Flexibilität durch Netze und Speicher

Nah- und Fernwärmenetze funktionieren nach demselben Prinzip: Wärme wird in einer zentralen Erzeugungsanlage produziert, über ein gedämmtes Verteilnetz transportiert und durch eine Übergabestation in die angeschlossenen Gebäude übertragen. Ein Unterschied liegt in der Reichweite und Netzlänge, ein weiterer in der Nutzung von Energiequellen und Temperaturniveaus. Von Nahwärme spricht man, wenn es sich um kleinere, dezentrale Verteilnetze handelt, die begrenzte Gebiete wie Nachbarschaften oder Quartiere mit Wärme versorgen. Die Wärme wird aus lokal verfügbaren erneuerbaren Quellen erzeugt.

Fernwärme basiert auf größeren, zentralisierten Netzen, die oft ganze Stadtteile abdecken und Wärme über deutlich größere Entfernungen transportieren. Fernwärme hat in der Regel auch eine höhere Temperatur, die in größeren, zentralen Anlagen erzeugt wird. Auch die Fernwärme wird schrittweise dekarbonisiert und nutzt dazu eine Vielfalt erneuerbarer Energiequellen und Anlagen. Typische Beispiele sind Tiefengeothermie, Großwärmepumpen, industrielle Abwärme, Biomasse oder große Power-to-Heat-Anlagen (P2H), die Überschüsse aus Solar- oder Windenergie nutzen.

Nahwärme ist ein zentrales Versorgungskonzept mit einer Heizzentrale, in der die erforderliche Temperatur erzeugt wird. Gedämmte Verteilnetze transportieren die Wärme auf einem Temperaturniveau, mit welchem die angeschlossenen Gebäude direkt versorgt werden können.

Kalte Nahwärmenetze arbeiten mit niedrigen Vorlauftemperaturen (meist 8–25 Grad Celsius) und benötigen in den angeschlossenen Gebäuden Wärmepumpen, um die ankommende Wärme auf die gewünschte Raumwärme anzuheben. Kalte Nahwärme kann eine Vielzahl unterschiedlicher Wärmequellen aufnehmen, wie oberflächennahe Erdwärme, Abwasserwärme, Grundwasser, Umgebungsluft und Abwärme. Durch das niedrige Temperaturniveau kann die kalte Nahwärme sowohl zur Heizung als auch zur Kühlung genutzt werden.

Informationen dazu liefern kommunale Wärmepläne, örtliche Energieversorger, Gemeindeverwaltungen oder Energieagenturen. Viele Kommunen veröffentlichen Karten oder Projektlisten mit bestehenden Netzen, Ausbauplänen und geplanten neuen Netzen.

Der Anschluss erfolgt über eine Übergabestation, die Wärme aus dem Wärmenetz in das gebäudeinterne Heizsystem einspeist. Je nach Vorlauftemperatur können Anpassungen an Heizflächen, Rohrleitungen oder Regeltechnik erforderlich sein.

Bei beiden Formen – kalte und warme Nahwärmenetze – ist die Kombination mit Photovoltaik und Wärmespeichern sinnvoll.

• In kalten Nahwärmenetzen zirkuliert das Wasser mit niedrigen Temperaturen (meist 8–25 Grad Celsius). Jede angeschlossene Liegenschaft nutzt eine eigene Wärmepumpe, um die Temperatur für Heizung und Warmwasser anzuheben. Hier kann Photovoltaik gezielt eingesetzt werden, um den Strombedarf dieser Wärmepumpen zu decken. Wärmespeicher können auf Gebäudeebene (z.B. Pufferspeicher) oder zentral installiert werden, um Lastspitzen zu glätten und überschüssige Solarenergie zwischenzuspeichern.
• In warmen Nahwärmenetzen wird Wärme mit höheren Temperaturen (meist 60–90 Grad Celsius) bereitgestellt, die direkt in die Heizsysteme der Gebäude eingespeist werden kann. Photovoltaik kann hier den Strombedarf für Umwälzpumpen, Regeltechnik und ggf. zentrale Wärmeerzeuger wie Großwärmepumpen oder Biomasseanlagen decken. Wärmespeicher werden häufig zentral in das Netz integriert, um die Versorgungssicherheit zu erhöhen, den Einsatz fossiler Spitzenlastkessel zu reduzieren und erneuerbare Wärmequellen besser einzubinden.

In beiden Fällen führt die Kombination mit Photovoltaik und Wärmespeichern zu einer höheren Effizienz, einem größeren Anteil erneuerbarer Energien und einer besseren Anpassung der Wärmeerzeugung an den tatsächlichen Bedarf.

Nahwärmenetze bündeln die Wärmeerzeugung für mehrere Gebäude in einer zentralen Anlage. Dadurch können Technologien eingesetzt werden, die für einzelne Gebäude wirtschaftlich oder technisch schwer realisierbar wären, wie etwa Großwärmepumpen, großflächige Solarthermieanlagen oder die Nutzung industrieller Abwärme. Diese zentrale Struktur kann eine deutlich höhere Energieeffizienz ermöglichen, da die Anlagen besser ausgelastet werden und moderne Regeltechnik eingesetzt werden kann.

Für die angeschlossenen Gebäude entfällt der Platz- und Investitionsbedarf für eigene Heizkessel, Schornsteine oder Brennstofflager. Wartung, Instandhaltung und Modernisierung erfolgen zentral und verteilen sich auf viele Nutzende, was die Betriebskosten pro Einheit senkt.

Ökonomisch entstehen Skaleneffekte durch den gemeinsamen Betrieb: Große Wärmeerzeuger haben oft niedrigere spezifische Wärmegestehungskosten, und der Einkauf von Brennstoffen oder Strom für Wärmepumpen kann zu günstigeren Konditionen erfolgen. Zudem sinkt die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffpreisen, wenn das Netz schrittweise auf erneuerbare Energien umgestellt wird.

Eine netzgebundene Versorgung lässt sich jedoch nur wirtschaftlich betreiben, wenn sich genügend Abnehmende an das Versorgungsnetz anschließen.

Mögliche Modelle sind kommunaler Betrieb, private Betreibergesellschaften, Genossenschaften oder Mischformen wie öffentlich-private Partnerschaften. Die Wahl des Modells beeinflusst unter anderem Investitions- und Betriebskosten, Preisgestaltung sowie kommunale Mitgestaltungsmöglichkeiten der Wärmeversorgung.

Detaillierte Informationen zu Betreibermodellen finden sich auf der Website des Kompetenzzentrums Kommunale Wärmewende (KWW). Weitere Hinweise zu möglichen Betreibermodellen finden sich oft bei Landesenergieagenturen oder in kommunalen Wärmeplänen und dazugehörigen Machbarkeitsstudien, die in der Regel online zugänglich sind.

In kalten Nahwärmenetzen zirkuliert Wasser mit niedrigen Temperaturen, meist zwischen 8 und 25 Grad Celsius. Um diese Energie für Heizung und Warmwasser nutzen zu können, kommen in den angeschlossenen Gebäuden in der Regel Wärmepumpen zum Einsatz. Sie heben die Temperatur auf das benötigte Niveau an, abhängig vom Heizsystem und Warmwasserbedarf. Die Effizienz hängt dabei von der Temperaturdifferenz zwischen der Vorlauftemperatur des Wärmenetzes, der gewünschten Vorlauftemperatur, die die Wärmepumpe erreichen muss, sowie von der Auslegung der Wärmepumpe und der Gebäudeinfrastruktur ab. Zusätzlich kann das niedrige Temperaturniveau im Sommer direkt zur passiven Kühlung genutzt werden, wobei nur die Kreispumpen für die Wasserzirkulation in Betrieb sind – die Wärmepumpe bleibt ausgeschaltet.

Grundsätzlich lassen sich Nahwärmenetze modular erweitern, indem neue Netzabschnitte und zusätzliche Wärmequellen in das bestehende System integriert werden. Ob und in welchem Umfang dies möglich ist, hängt jedoch von der ursprünglichen Auslegung, den technischen Kapazitätsreserven und der Verfügbarkeit geeigneter Wärmequellen ab. Eine vorausschauende Planung schafft die Voraussetzungen für einen schrittweisen und wirtschaftlich tragfähigen Ausbau.