in der 73. Ausgabe unseres heatbeat Research Newsletters betrachten wir, wie thermische Speicher und der Wärmeaustausch zwischen Industrie und Fernwärme die Elektrifizierung industrieller Prozesswärme erleichtern können. Das ist ein spannendes Beispiel für die zukünftige Rolle der Fernwärme im Energiesystem. Dass diese Rolle zunehmend anspruchsvoll ist, zeigen auch die Nachrichten zum Thema Fernwärme aus dem Oktober.
Eine neue VKU-Umfrage stellt fest, dass 54 % der Stadtwerke in Deutschland für nächstes Jahr mit steigenden Fernwärmepreisen rechnen. Ein wichtiger Hintergrund dazu ist auch, dass der Gaspreis TTF inzwischen auf über 100 EUR/MWh bis Ende Oktober gestiegen ist. Auf der anderen Seite verursachen aktuelle Gerichtsurteile Unsicherheit zur Gültigkeit von Preisgleitklauseln. Die für große Investitionen dringend nötige rechtliche Klarheit für Preisanpassungen war daher auch passenderweise ein Teil des Eckpunktepapiers , das die Energieministerkonferenz letzten Monat veröffentlicht hat. Darüber hinaus werden Finanzierungsoptionen für den Wärmenetzausbau und eine Zusammenführung bestehender Verordnungen in Aussicht gestellt. Allerdings wird es noch etwas dauern, bis daraus ein Wärmenetzgesetz verabschiedet werden kann. Etwas schneller gehen soll es bei der Novelle des KWKG , die für das 1. Quartal 2027 geplant ist. Währenddessen hat sich der Rückstau bei den BEW-Anträgen im Vergleich zum Vorjahr auf fast 2.000 Anträge annähernd verdoppelt . Wir hoffen, dass wichtige Wärmenetzprojekte trotz des schwierigen Umfelds weiter vorangetrieben werden können.
Im heatbeat Digital Twin konnten wir währenddessen im Oktober wieder einige wichtige Fortschritte erzielen. Ein Highlight war für uns dabei der Start der neuen Homepage der infra fürth. Dort ist nun unter https://www.infra-fuerth.de/energie-wasser/waerme/fernwaerme eine interaktive Karte für den Fernwärmeausbau zu finden. Diese wird direkt aus dem heatbeat Digital Twin erstellt und von dort in die Homepage der infra fürth eingebunden. Wir danken der infra fürth für die enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit, die es jetzt auch ermöglicht, die Ausbauplanung aus unserem Digital Twin direkt an die Öffentlichkeit zu kommunizieren.
Ein weiterer Schwerpunkt unserer Entwicklung im Oktober war die verbesserte Performance der Kartenansicht für große Datenmengen wie Kommunen mit zehntausenden Gebäuden und Wärmenetzen mit vielen Abnehmern. Durch eine grundlegende Überarbeitung der Kartenansicht konnten wir hier das flüssige Arbeiten im Digital Twin deutlich verbessern und eine Basis für weitere Verbesserungen schaffen. Eine dieser Verbesserungen ist die neue Fotos&Notizen-Funktion. Diese erlaubt es allen Nutzenden, direkt in der Kartenansicht Kommentare einzufügen sowie Fotos oder auch PDF-Dateien hochzuladen und räumlich mit der Kartenansicht zu verknüpfen. Diese Funktion wird bereits zum Beispiel dazu genutzt, Fotos aus der Begutachtung des Netzzustandes oder Pläne von Schächten und besonderen Netzabschnitten direkt dort zu dokumentieren, wo sie für Wärmenetzbetreibende den größten Nutzen haben.
Darüber hinaus gab es wieder zahlreiche kleinere Verbesserungen: Im Gebäudedashboard haben wir weitere Felder hinzugefügt, damit z.B. mit der Anzahl Wohneinheiten, dem Anteil beheizter Fläche oder der Anzahl Bewohner die Berechnungsgrundlagen noch umfangreicher dokumentiert werden können. Bei der Anschlusskapazität zeigen wir nun noch klarer sowohl die Kapazität auf Rohrebene als auch die verfügbare Anschlusskapazität ausgehend von der Einspeisung, so dass Engpässe und Kapazitäten noch klarer nachvollzogen werden können. Außerdem bietet unser überarbeiteter Download-Bereich nun auch immer einen Export des Wärmenetzes als technische Zeichnung im DXF-Format. Und hinter alldem konnten wir wie jeden Monat weitere Sicherheits- und Performanceupdates einarbeiten, so dass der heatbeat Digital Twin so sicher und stabil wie möglich funktioniert.
Die Elektrifizierung industrieller Prozesswärme koppelt die Dekarbonisierung der Industrie an die Grenzen des Stromsystems. Die Open-Access-Studie in Energy untersucht, wie thermische Energiespeicher (TES) und der Wärmeaustausch zwischen Industrie und Fernwärme den kostenoptimalen Dekarbonisierungspfad einer synthetischen, repräsentativen Region in Deutschland auf Landkreisebene verändern (NUTS 3, die statistische Gebietsgliederung der EU für Regionen etwa in der Größe eines Landkreises; hier ein Stadtgebiet samt Umland, wie es typischerweise von einem Fernwärmenetz versorgt wird).
Die Autoren nutzen ein lineares Kostenoptimierungsmodell (EnergyModelsX, gelöst mit Gurobi) mit perfekter Voraussicht. Es umfasst fünf Investitionsperioden von je fünf Jahren (2025 bis 2050), jede abgebildet durch ein Jahr in stündlicher Auflösung. Eine jährliche CO₂-Obergrenze sinkt auf 100, 70, 47, 24 und 5 % des Referenzniveaus und ist ab 2035 bindend. Drei Industriesektoren (Zellstoff, Papier und Tabak; Nahrungsmittel und Getränke; Maschinenbau) werden auf vier Temperaturniveaus modelliert (Abwärme etwa 40 °C, Niedertemperatur 80 °C, mittleres Niveau 150 °C, hohes Niveau über 200 °C). Die Fernwärme wird durch Gas- und Kohle-Kraft-Wärme-Kopplung (KWK; Kohle bis 2035), einen Knoten für erneuerbare Wärme, Großwärmepumpen (konstanter COP von 3), Elektrokessel und eine generische, steuerbare CO₂-freie Option als teure Spitzenlast versorgt. Industrielle Wärmepumpen erreichen COPs von 4,8 (Abwärme auf 80 °C) und 2,7 (80 °C auf 150 °C). Das Modell bildet auch das Stromsystem ab (Ausbau von Wind, Solar und Batterien, Abregelung; Bestandsversorgung mit dem deutschen Day-ahead-Preisprofil 2024; Diskontsatz 4 %), sodass sich „Systemkosten“ auf das gesamte Energiesystem beziehen, nicht auf die Bilanz eines einzelnen Netzbetreibers. TES stehen in der Fernwärme als Erdbecken- und Tankspeicher und in der Industrie auf drei Temperaturniveaus zur Verfügung. Vier Fälle kombinieren TES mit einer Verbindung zwischen Industrie und Fernwärme.
Mit TES sinken die Gesamtsystemkosten um 6 bis 12 %, die Abregelung von Wind und Solar geht zurück und bis zu 36 % der kostenoptimalen Batteriekapazität werden ersetzt. Der größte Teil der Einsparungen besteht aus Investitionskosten: In der Fernwärme wird weniger Wärmepumpen- und Spitzenlastkapazität benötigt, weil TES den Wärmepumpenbetrieb aus den Spitzenstunden verlagert und die installierte Leistung gleichmäßiger ausgelastet wird. In der Industrie rechnet sich Niedertemperatur-TES früh und glättet den Wärmepumpenbetrieb; Hochtemperatur-TES wird erst in späten, stark elektrifizierten Perioden relevant, wenn er stromintensive Wärmeerzeugung unter Netzrestriktionen zeitlich verlagert.
Der Wärmeaustausch verringert den Bedarf an Niedertemperaturspeichern in Industrie und Fernwärme gleichermaßen. In den ersten Perioden ist die Industrie Nettoexporteur: Vorhandene industrielle Gaskessel decken Fernwärmespitzen, sodass die Fernwärme-Wärmepumpen auf die Grundlast ausgelegt werden können. Ab 2035 kehrt sich der Fluss um. Die Industrie bezieht Fernwärme mit 80 °C als Quelle für Hochtemperatur-Wärmepumpen, die dann Elektrokessel für den Bedarf bei mittlerer Temperatur (150 °C) ersetzen. Der Austausch ist auf 100 MW je Sektor begrenzt (ein Viertel der anfänglichen Fernwärmespitze), und diese Grenze wird in allen Fällen erreicht. Die Kopplung allein senkt die diskontierten Systemkosten um 7 % (rund 780 Mio. EUR über die drei Sektoren). Sind TES bereits vorhanden, bringt die Kopplung nur noch weitere 1,6 Prozentpunkte (rund 55 Mio. EUR je Sektor). Laut den Autoren erzielen TES die größere Kostensenkung, und die Kombination beider Maßnahmen bringt nur einen geringen zusätzlichen Nutzen.
Nach unserer Einordnung liegt der Wert von Speichern weniger in der Energieverschiebung als in vermiedener Kapazität, also kleineren Spitzenlasterzeugern und Wärmepumpen, die näher an der Grundlast ausgelegt werden. Die Autoren vergleichen den Nutzen mit dänischen Kostenwerten (etwa 2,7 Mio. EUR je km Rohrpaar, 14 Mio. EUR für eine Übergabestation mit 100 MW): Der Nutzen allein würde rund 90 km Anschlussleitung wirtschaftlich tragen, der konservative Nutzen neben TES rund 15 km; Letzterer wird jenseits von etwa 10 km oder bei notwendiger Pumpstation grenzwertig. Grunderwerb und Netzverstärkung sind in diesen Werten nicht enthalten. Der größte Teil des Nutzens entsteht auf der Fernwärmeseite, sodass ein einzelner Industrieinvestor nur einen Teil davon vereinnahmen würde; Tarife, Lieferverträge und die Verantwortung für die Versorgungssicherheit (etwa wenn industrielle Gaskessel Spitzen decken) sind damit ebenso wichtig wie die Technik. Für die Übertragbarkeit sind die Temperaturen entscheidend: Die Studie unterstellt feste Versorgungstemperaturen und konstante COPs; reale Netze mit höheren oder wechselnden Vorlauftemperaturen und temperaturabhängigen COPs können die Ergebnisse in beide Richtungen verschieben, und die Wärmeentnahme durch Industrie-Wärmepumpen muss mit den Rücklaufbedingungen verträglich sein.
Das Modell ist ein Planungs-, kein Betriebsmodell: Die perfekte Voraussicht überschätzt den Nutzen der Verbindung, die Austauschgrenze von 100 MW ist in allen Fällen bindend, Wärmepumpen-COPs und Versorgungstemperaturen sind fest, und es gibt weder Netzhydraulik noch variable Temperaturniveaus. Die angesetzten Abwärmeanteile (20 und 30 % des Bedarfs) sind laut den Autoren optimistisch im Vergleich zu etwa 10 % in der Literatur. Der Erdbeckenspeicher erreicht in allen Läufen seine angenommene Kapazitätsgrenze, und die Kostendaten stammen aus dänischen Quellen. Die Ergebnisse zeigen Größenordnungen und Mechanismen für eine synthetische Region, keine Werte für ein konkretes Netz.
Wie immer empfehlen wir, den vollständigen Artikel zu lesen. Fallkonfiguration, Eingangsdaten und Skripte sind offen verfügbar, sodass sich die Studie gut eignet, eigene Annahmen zu Speichern, Wärmepumpenauslegung und industriellen Wärmequellen zu prüfen. Wenn Sie besprechen möchten, wie sich solche Effekte für Ihr Netz bewerten lassen, sprechen Sie uns gerne an.
Die nächste Ausgabe unseres Newsletters erscheint am 2. Dezember 2026. Bis dahin freuen wir uns besonders auf die HeatExpo vom 24. – 26.11. in Dortmund. Sie finden uns am Stand 4.E72.
Dieser Artikel wurde mit Unterstützung von KI erstellt.
