Wärme

Digitalisierung heizt ein: Nahwärme aus dem Rechenzentrum

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In Berlin-Spandau wird ein neues Quartier gebaut: Auf einer Konversionsfläche entstehen 4.500 Wohnungen, 200 Gewerbeeinheiten, Kitas und Schulen. Für die Wärmeversorgung ist Nahwärme aus einem benachbartes Rechenzentrum vorgesehen. Das Projekt setzen die Unternehmen GASAG Solutions und ENGIE mit einem Joint Venture, dem Quartierswerk, um. Im Interview für die Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft, Ausgabe 7-8 / 2025 erläutern Günter Eggers, Director Public von NTT Global Data Centers EMEA und Johann Cavar, Geschäftsführer, Quartierswerk das klimafreundliche Wärmekonzept. 

Rechenzentren sind die Grundlage der Digitalisierung und der Bedarf an Serverleistung steigt weiter. Die Rechner arbeiten rund-um-die Uhr in relativ unauffälligen Gebäuden auch in mitten der vorhandenen Siedlungsstrukuren. IT-Systeme produzieren neben der Rechenleistung auch sehr viel Wärme und benötigen permanente Kühlung.

IT-Geräte produzieren Wärme

Der Kältebedarf der IT-Geräte hängt davon ab, wieviel die Prozessoren, Speicher und alle elektronischen Bauelemente leisten müssen. In Deutschland werden Rechenzentren überwiegend mit Luft gekühlt: Die Server enthalten Lüfter, mit denen sie kalte Luft ansaugen.

Ein großer Anbieter für die Server-Gebäude ist das Unternehmen NTT-DATA, das seit 2001 große Colocation-Rechenzentren in Deutschland betreibt. Die Mieter erhalten eine Infrastruktur  für den Betrieb von Servern mit  Stromversorgung, Kühlung und Sicherheit. In Berlin-Spandau läuft das Rechenzentrum von NTT-DATA seit ca. 17 Jahren mit einem kontinuierlichen Strombedarf und hatte seit 2007 null Minuten Wartungsfenster.

Das bedeutet eine sehr kontinuierliche Wärmeerzeugung, unabhängig von den Witterungs- und sonstigen Rahmenbedingungen. Die benötigte kalte Luft wird im Gebäude bereitgestellt. Dazu wird die warme Luft aus den IT-Räumen in der Kältezentrale herunter gekühlt und dem Kreislauf wieder zugeführt.

Günther Eggers, NTT DATA

„Die Wärme wird bisher wie in den meisten anderen Rechenzentren auch an die Außenluft abgegeben. Seit knapp 25 Jahren nutzen wir deutschlandweit einen Teil der entstehenden Wärme zum Beheizen unserer Büros sowie zum Vorwärmen der Anlagen für die Notstromversorgung. Denn Dieselgeneratoren sind nur dann voll leistungsfähig, wenn sie warm sind,“ berichtet Günther Eggers, NTT DATA.

In der Nachbarschaft des Rechenzentrums entwickelt die Berliner Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Bauen und Wohnen nun auf der Insel Gartenfeld auf einer Fläche von 59 Hektar ein neues Quartier für rund 7.400 Einwohner, das in den kommenden Jahren klimaneutrale Heizenergie benötigt.

Bis 2032 sollen über 60 Baufelder bebaut werden. Alles muss  neu erschlossen werden mit Frischwasserversorgung, Abwasserversorgung, Strom, Wärme und Straßen. Dazu werden Nahwärmeleitungen mit einer Länge von fast vier und Abwärmeleitungen mit einer Länge von fast zwei Kilometern neu verlegt.

Abwärme soll Wohnungen, Gewerbe und Schulen heizen

Für das Quartier soll die Abwärme des Rechenzentrums  für die Heizung von 4.500 Wohneinheiten und 600 Gewerbe, Bildungs- und Erziehungseinrichtungen genutzt werden. Beim Betrieb der IT-Systeme entsteht eine Temperatur von 20 bis 30 Grad Celsius, unabhängig von Witterung und Jahreszeiten.

Abwärme des Rechenzentrum – Nahwärme für Quartier Gartenfeld

Der Betrieb der Heizzentrale mit einer klimaneutralen Wärmeversorgung wird ab 2027 Aufgabe des Quartierswerks sein. Hinter dem Joint Venture Quartierswerk steht eine partnerschaftliche Aufteilung durch zwei etablierte Energieversorger: ENGIE ist in Deutschland im Bereich Facility Management, Anlagenbau, Energiedienstleistungen tätig ist und hält mehrere Beteiligungen an Stadtwerken hält. Die GASAG, betreibt in Berlin große Gas- und Versorgungsnetze.

Das Wärmekonzept beinhaltet, im Winter nahezu die gesamte Wärme aus dem Rechenzentrum ab zu nehmen und den Einwohnern sowie Gewerbetreibenden des Neubaugebietes „Neues Gartenfeld“ zur Verfügung zu stellen.  „Dazu bauen wir das Rechenzentrum so um, dass wir den Hauptteil der Wärme künftig auszukoppeln und in ein Nahwärmenetz einspeisen können“, so Eggers.

Johann Cavar, Quartierswerk

„Der Vertrag zwischen Quartierswerk und NTT DATA sieht vor, dass knapp acht Megawatt Leistung ausgekoppelt werden“, berichtet Johann Cavar, Quartierswerk. Wärmekunden sind die Bauträger Gewobag und Howoge sowie perspektivisch das Bezirksamt und ein Schulcampus mit rund 1.000 Schülern.

24 Grad warmes Wasser aus Dem Rechenzentrum

Die Abwärmeleistung des Rechenzentrums hat eine Kapazität von bis zu 8 Megawatt (MW). In der Kältezentrale soll  Wasser mit einer Temperatur von 24 Grad Celsius ausgekoppelt und an die 2 km entfernte Energiezentrale geliefert werden. Dort heben Wärmepumpen das Temperaturniveau auf 65 bis 70 Grad Celsius Netztemperatur an. Damit wird ein 4 km langes Nahwärmenetz für das Quartier „Das Neue Gartenfeld“ gespeist.

Zur Absicherung temporärer Spitzenlasten im Winter wird zusätzlich ein Power-to-Heat-Kessel mit einer Leistung von 3,6 MW installiert. Die Energiezentrale erhält zudem einen Warmwasserspeicher mit einem Fassungsvermögen von 300 Kubikmetern.

Mehr Energie als bei Geothermie und Abwasserquellen

Die Temperatur der Abwärme wird mit  22 und 25 Grad liegen deutlich über einem Vergleichswert liegen der bei oberflächennaher Geothermie, Außenluft oder Abwasserquellen zur Verfügung stehen würde. Ein weiterer Vorteil ist das konstante Temperaturniveaus aus den Serveranlagen. Perspektivisch könnte die Temperatur steigen: Bei einer Flüssigkeitskühlung, wie sie in neueren Rechenzentren eingebaut wird, liegt die Ausgangstemperatur bei etwa 30 Grad.

Dass die neue Energiezentrale knapp 2 Kilometer vom „Neuen Gartenfeld“ entfernt ist, ist eine Besonderheit des Standortes. Bei der Entwicklung von Nahwärmeprojekten werden üblicherweise nur 0,5 bis 1 Kilometer bei kalter Nahwärme überbrückt. Nach den hiesigen strömungstechnischen Berechnungen und der angesetzte Leistung der Wärmepumpen soll es möglich sein die Wärme in einem größeren Radius einzusetzen.

„Wir rechnen mit einer ganz geringfügigen Abkühlung von rund 1 bis 2 Grad Kelvin. Das liegt zum einen an der hohen Strömungsgeschwindigkeit. Zum andern sind die Leitungen im Erdreich vor Witterungseinflüssen geschützt. Bei den Wärmepumpen wollen wir gar nicht so hoch temperieren: Im Neubauquartier reichen durch die Nutzung von Fußbodenheizung und Trink-Warmwasserbedarf Vorlauftemperaturen von maximal 65 Grad Celsius aus“,  erläutert Cavar.  Im Gegensatz dazu müsse im Wohnungsbestand zunächst saniert werden, wenn das lokale Fernwärmeunternehmen das System dekarbonisieren und mit Niedrigtemperatur fahren will.

Nahwärme zu üblichen Heiznebenkosten

Bisher wird die Abwärme bei NTT DATA für die Heizung der Büros des und die  Notstromdieselgeneratoren genutzt und Überschüsse an die Außenluft abgegeben.  „Nach einem Urteil des Bundesfinanzhofs, darf Abwärme, nicht verschenkt werden. Insofern sind wir gesetzlich verpflichtet, einen Preis für diese Abwärme zu erheben. Im Rahmen der Vertragsfreiheit haben wir eine Lösung gefunden, die für alle Seiten gut passt“, so Eggers. Für das Quartier wurde eine Lieferzeit bis 2052 vereinbart.

Aus Sicht der Abnehmer ist von Vorteil, dass die Wärmepreise für die nächsten Jahre stabil bleiben und mit der lokalen Fernwärmeversorgung konkurrieren können. Die Betreiber wollen ein sauberes grünes Produkt im Rahmen üblicher Heiznebenkosten, den Bewohnern anzubieten.

Nach Einschätzung von Cavar ist dies durch verschiedene Stellschrauben möglich: Zum Einen ist die Versorgung unabhängig von Gaspreispolitik und CO2-Besteuerung.  Hinzu kommt die hohe Effizienz der Wärmepumpen und das ganzjährig stabile Temperaturniveau der Abwärme. Vergleichbare Systeme mit Eisspeicher oder Luftwärmepumpen wurden ebenfalls geprüft, wären aber deutlich weniger effizient.

www.nttdata.com

www.engie-deutschland.de/de

www.gasagsolution.de

Das Doppelinterview mit Johann Cavar und Günther Eggers ist in EW – Magazin für die Energiewirtschaft 7-8 erschienen. 

Bildquelle: NTT DATA, Quartierswerk

Mehr Bewusstsein für Energie und CO2

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Anke Weidlich, Professorin am Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH), Bildquelle: ESYS/Klaus Polkowski

Allein ein Umbau des Energiesystems wird nicht ausreichen, damit Deutschland bis 2045 klimaneutral werden kann. Nach Einschätzung der Arbeitsgruppe Energiesysteme der Zukunft (ESYS) wird zusätzlich eine Nachfragereduktion, Prozessumstellungen in der Industrie und ein Kohlenstoffmanagement benötigt. Im Interview für die Zeitschrift ew – Magazin für die Energiewirtschaft erläutert Anke Weidlich, Professorin am Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH), wie ein bewussterer Umgang mit Energie künftig aussehen kann. 

Die ESYS-Studie hat mit „Suffizienz“ einen neuen Begriff in die Debatte gebracht: Der etablierte heutige Lebensstil benötige viel Energie und habe sich auch nur so entwickeln können, weil Energie in der Vergangenheit günstig war, erläutert Weidlich. Suffizienz bedeute, dass ein reduzierter Endenergieverbrauch nicht notwendigerweise mit Wohlstandsverlust bedeutet. Es gehe darum, heutige Verbrauchsmuster dort zu ändern, wo sie mit weniger Energie auskommen könnten.

Siedlungsstruktur und Verkehrsplanung überdenken

Als Beispiele nennt Weidlich Siedlungsstruktur und Verkehrsplanung. Es gebe einen  hohen Anreiz, ein Stück außerhalb der Stadt auf großen Flächen zu bauen und dann lange Pendelwege in Kauf zu nehmen. Da sich mit dem Auto schnell große Strecken zurücklegen lasse, würden Pro-Kopf-Wohnfläche und Pendelstrecken insgesamt zunehmen. Menschen wollten aber nicht unbedingt viel Zeit im Auto verbringen, sondern Ziele erreichen, macht Weidlich deutlich.

Um beim Wohnen Effizienzen zu heben, sollte es für Menschen, die es praktischer finden, eine kleinere Fläche zu bewohnen auch günstiger werden, dieses umzusetzen. Die durchschnittliche Wohnfläche pro Kopf sei auch deshalb so hoch, weil Menschen sehr lange in großen Häusern wohnen bleiben, die früher die ganze Familie beherbergt haben. Ein Umzug sei schwierig, wenn alte Mietverträge günstiger seinen als der Umzug in eine kleinere Wohnung.

Die Vorschläge der ESYS-Stellungnahme zielen darauf ab, die Lebensqualität bei niedrigerem Energieverbrauch auf gleichem Niveau zu halten. In einem Energiesystem auf Basis erneuerbarer Energien seien zwar zeitweise Überschüsse zu erwarten, aber insgesamt sei Energie eher knapp.  Bei der Umwandlung von Strom in andere Energieträger wie Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe gebe es zudem Verluste, so dass diese Energie nicht so günstig sein werde wie heute erdölbasierte Kraftstoffe. Für den Verkehrssektor werden kürzere Wege und einen Ausbau des öffentlichen Verkehrs empfohlen. In Städten könne eine Priorisierung des Fahrrad- und Fußgängerverkehrs die Lebensqualität steigern.

Energiebedarf langfristig planen

Bei langfristiger Planung sie Energiessparen nicht notwendigerweise mit Einbußen in der Lebensqualität verbunden, betont Weidlich. So lasse sich bei der Wahl eines Autos oder einer Heizung der Energieverbrauch berücksichtigen. Wichtig sei daher ein Verständnis, dass CO2-intensive Lösungen deutlich teurer werden müssen. Wenn die Menschen wissen, wie der Pfad zu den Klimazielen aussehe, haben sie die Möglichkeit, die richtigen Lösungen zu wählen.

Zentrale Botschaft von ESYS ist, dass sehr viele Maßnahmen gleichzeitig umgesetzt werden müssen. Ein Vorankommen bei der Gebäudesanierung, der Elektromobilität und dem Ausbau von erneuerbaren Energien sei anspruchsvoll, aber bei entsprechender Prioritätensetzung durch die Politik machbar, macht Weidlich deutlich. Damit ergeben sich Pfade, die im Jahr 2045 netto-CO2-Emissionen von Null ermöglichen.

Das vollständige Interview ist in ew 5/2023 erschienen.

https://energiesysteme-zukunft.de/

ESYS-Stellungnahme: Wie wird Deutschland klimaneutral? Handlungsoptionen für Technologieumbau, Verbrauchsreduktion und Kohlenstoffmanagement

Bildquelle: ESYS – Klaus Polkowski

Klimaneutralität bis 2045 bedeutet: Umbau der Wärmeversorgung

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Mario Ragwitz, Professor am Fraunhofer IEG

Mario Ragwitz, Professor am Fraunhofer IEG, Bildquelle: Fraunhofer IEG

Das politische Ziel bis 2024 klimaneutral zu werden, ist allgemein bekannt. Um dieses zu erreichen, muss sich aus Sicht des Akademienprojektes Energiesysteme der Zukunft (ESYS)  das Energieversorgungssystem radikal ändern. Was das für die Versorgung mit Wärme bedeutet, erläutert Mario Ragwitz, Professor am Fraunhofer IEG und einer der Leiter der ESYS-Arbeitsgruppe im Gespräch für die Zeitschrift ew – Magazin für die Energiewirtschaft. Das vollständige Interview ist in ew 4/2023 erschienen. 

Eine gute Nachricht ist: Ragwitz hält Klimaneutralität bis 2045 für erreichbar. Allerdings bedeute das hohe Anstrengungen und eine integrierte Planung des Gesamtsystems. Wesentliche Hebel seien eine Steigerung von Effizienz und Suffizienz, der Aufbau von Erzeugungskapazitäten und einer Infrastruktur auf Basis erneuerbarer Energien und Wasserstoff. Auch Kohlenstoffmanagement müsse Teil der Gesamtstrategie werden. Dazu gehöre der Umgang mit nicht vermeidbaren Emissionen zum Beispiel aus der Zementindustrie und Landwirtschaft.

Szenarien: Sinkender Energieverbrauch – steigender Stromverbrauch

Für das Jahr 2045 ergibt sich aus den ESYS-Szenarien für Deutschland ein Rückgang des Endenergieverbrauchs von heute etwa 2.500 Terawattstunden (TWh) auf 1400 bis 2000 TWh. Je stärker Suffizienz und Effizienz wirkten, desto mehr könne der Energieverbrauch insgesamt sinken. Nicht so allerdings der Stromverbrauch –  dieser verdopple sich in den Szenarien von heute rund 600 TWh auf 1.300 TWh bis 2045, betont Ragwitz.

„Anstelle von Gas werden künftig Wärmepumpen und Wärmenetze die Versorgung übernehmen.“

 Prozesse, die heute auf Erdgasbasis laufen, könnten künftig elektrisch versorgt werden. Dazu gehöre der Gebäudebereich und der gesamte Bereich der Niedertemperaturwärme. Anstelle von Gas sollen künftig Wärmepumpen und Wärmenetze die Versorgung von Haushalten und Niedertemperaturprozessen in der Industrie übernehmen, erläutert Ragwitz weiter. Weitere Stromverbraucher seien Elektromobilität und die Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse. Außerdem werden weitere synthetische Brennstoffe strombasiert erzeugt.

„Kommunen müssen festlegen, wo gasbasierte Infrastrukturen oder andere leitungsgebundene Medien wie Wärmenetze benötigt werden.“

Viel Diskussionsbedarf erwartet Ragwitz bei der Neuausrichtung von kommunalen Wärmesystemen, die bisher erdgasbasiert sind.  In einzelnen Bereichen könnten Verteilnetze von Erdgas auf Wasserstoff umgestellt werden. Aber der Großteil der Gebäude werde über dezentrale Wärmepumpen und noch auszubauende Wärmenetze versorgt werden. Nach den Berechnungen von ESYS wird dazu eine Verdreifachung des Neubaus von Trassenkilometern für Wärmenetze benötigt. Gemeinsam mit der kommunalen Wärmeplanung müsse die Energiewirtschaft festlegen, in welchen Bereichen Erdgasnetze auch künftig benötigt werden und wo stattdessen Wärmenetze ausgebaut werden.

Künftige Wärmeerzeugung im Mix aus Abwärme, Geo- und Solarthermie

Solche Wärmenetze seien in allererster Linie für die Versorgung von Haushalten, Gewerbe, Handel, Dienstleistungsbereich und Industrie gedacht. Mögliche Erzeugungsquellen sind erneuerbare Potenziale wie die Geothermie und Solarthermie, Abwärme aus der Industrie und der Elektrolyse sowie Kraft-Wärmekopplungsanlagen bei der Verstromung von Wasserstoff. Zudem seien bei einer Kapazität von 200 GW Photovoltaikanlagen bereits im Jahr 2030 hohe Stromüberschüsse in einzelnen Stunden des Jahres zu erwarten. Diese lassen sich in großen saisonalen Wärmespeichern speichern, wie diese in Dänemark schon heute installiert werden.

„Für die Erdgasverteilnetze gibt es unterschiedliche Nutzungsoptionen.“

Für die heutige Infrastruktur sieht Ragwitz verschiedene Nutzungsmöglichkeiten: Wenn Industrieprozesse versorgt werden, könnte ein Teil der Netzinfrastruktur auf Wasserstoff umgestellt werden. In anderen Bereichen könne das Erdgasverteilnetz auch für alternative Nutzungsoptionen wie für Digital- und Telekommunikationsinfrastruktur eine Rolle spielen. Aber es werde auch Erdgasverteilnetze geben, die zurückgebaut werden. Das sei eine enorme Herausforderung für viele Energieversorger und die Kommunen. Diese Abschreibungen zu planen, ist schon jetzt ein wichtiger Schritt in der Transformation, betont Ragwitz.

Das vollständige Interview ist in ew 4/2023 erschienen.

Link zur ESYS-Studie: https://energiesysteme-zukunft.de

Wärmeplanung der Kommunen: Viele rechtliche Fragen sind noch unbeantwortet

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Woher soll die Wärme in Zukunft kommen? Aus dem Gas-, Strom- oder Fernwärmenetz?  Mit diesen Fragen zur Wärmeplanung beschäftigen sich derzeit viele Kommunen. Denn die Klimaziele zwingen zum Umdenken und bestehende Vertragsbindungen mit der Energiewirtschaft laufen fristgemäß aus. Um den Rechtsrahmen klarer zu gestalten, hat die Stiftung Umweltenergierecht einen Vorschlag gemacht. In der Ausgabe 7-8/2022 der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft erläutern Julian Senders und Oliver Antoni die Einzelheiten.

Die Versorgung der Bevölkerung mit Wärme und Strom gehört zu den grundlegenden Aufgaben der Kommunen. Einige Bundesländer haben dazu eine sogenannte Wärmeplanung gesetzlich vorgeschrieben: So muss in Baden-Württemberg jede Gemeinde eine Bestandsanalyse, Potenzialanalyse und ein klimaneutrales Szenario 2040 erarbeiten. Auch Schleswig-Holstein hat eine Wärmeplanung vorgeschrieben. In Berlin gilt nach dem Energiewendegesetz, dass der Netzbetreiber das Land bei der Erreichung seiner Ziele unterstützen soll.

Die Stiftung Umweltenergierecht hat das Instrument der Wärmeplanung im Rahmen eines Zuwendungsprojekts des Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz  analysiert und kommt zu einer positiven Bewertung: „Gerade aufgrund der Berücksichtigung der Gegebenheiten vor Ort kann ein solcher Plan sehr individuell ausfallen und kleinteilige Potenziale erschließen. Ein wichtiger Aspekt der Planung ist der Ausbau von Wärmenetzen, die auch in Konkurrenz zu bereits vorhandenen Gasnetzen stehen können,“ erläutert Projektleiter Oliver Antoni.

Oliver Antoni, Stiftung Umweltenergierecht, plädiert für eine Erweiterung des Konzessionsrechtes.  Bildquelle: Manuel Reger

 

Aus juristischer Sicht ist die Wärmeplanung bisher einen interner Plan der Behörde. „Die Maßnahmen könnten im Einzelnen den Ermessensspielraum der Behörden einschränken, wenn eine Entscheidung mit der Planung offensichtlich im Widerspruch stünde“, analysiert der wissenschaftliche Mitarbeiter Julian Senders.

Julian Senders, Stiftung Umweltenergierecht hat die Rechtslage bei der Planung der Wärmeversorgung untersucht.

Julian Senders, Stiftung Umweltenergierecht, hat die Rechtslage der kommunalen Wärmeplanung  untersucht.    Bildquelle: Manuel Reger

 

Konzessionsrecht mit Klimaschutz verbinden

Um die Rechtslage zur Wärmeplanung zu klären, schlägt die Stifung Umweltenergierecht eine Erweiterung des Konzessionsrechts vor. Denn gesetzlich klar geregelt ist die Beziehung der Betreiber von Energienetzen und der Gemeinde: Verlaufen Leitungen öffentlichen Grund, schreibt die Kommune Konzessionen aus. Der Betreiber, der den Zuschlag erhält, bekommt gegen Gebühr ein Wegenutzungsrecht.

Nach Einschätzung der Rechtsexperten könnte eine Änderung des Konzessionsrechts für deutlich mehr Dynamik beim Klimaschutz sorgen. Eine Bundesrechtsverordnung regelt derzeit das Nebenleistungsverbot, so dass sich die Konzession sehr eng auf den reinen Netzbetrieb beschränkt. Durch Lockerung dieses Verbots und eine Flexibilisierung bei der Handhabung der Vergabekriterien, wäre es möglich, einen klimaschutzorientierten Netzbetrieb zu fördern.

Letztlich ist das Konzessionsrecht die Grundlage, um die Bevölkerung mit Energie zu versorgen: „Die Kommunen sind nicht nur im Eigentum öffentlicher Straßen, sondern sie haben auch eine Verpflichtung zur Daseinsvorsorge. Diese Verantwortung überträgt eine Gemeinde an einen Netzbetreiber, indem sie ihm den Zuschlag für eine Konzession erteilt“, macht Antoni deutlich.

Für den Netzbetreiber schafft das Konzessionsrecht Verlässlichkeit. Der Aufbau einer Netzinfrastruktur ist eine Investition über Jahrzehnte und so wird ein Konzessionsvertrag üblicherweise über 20 Jahre abgeschlossen.

In den kommenden Jahren laufen in vielen Kommunen die  Konzessionen aus und müssen neu ausgeschrieben werden. Bei der Neuvergabe von Konzessionen hat die Gemeinde bestimmte Regeln zu beachten: Kriterien sind  Umweltverträglichkeit, zunehmende Versorgung mit erneuerbaren Energien, Preisgünstigkeit und Effizienz. Kommunalwirtschaftliche Interessen dürfen hingegen nicht berücksichtigt werden.

zwei Dekaden für die Umstellung auf erneuerbare Energien

Mit einer neuen Ausschreibung werden auch die bisherigen Konzepte der Energieversorgung hinterfragt. Denn die Klimaziele erfordern eine zügige Umstellung der Wärmeversorgung auf erneuerbare Energien.  „In spätestens 22 Jahren soll eine fossile Energieversorgung Geschichte sein. Daraus ergibt sich, dass eine Kommune bereits bei der Neuvergabe von Konzessionen die Energieversorgung in 20 Jahren mitdenken muss“, betont Antoni.

Um CO2 insgesamt zu vermeiden, sei eine gleichzeitige Betrachtung der Gas-, Strom- und Wärmenetze sinnvoll. Bisher würden Konzessionsverträge aber für Strom-, Gas- und Fernwärmenetze getrennt  geschlossen. „Zukünftig sollten Netzbetreiber stärker integriert planen und sich mit weiteren Akteuren abstimmen,“ so Antoni.

„Im Sinne des Klimaschutzes brauchen wir einen Rechtsrahmen, der eine abgestimmte Planung zwischen den Sektoren ermöglicht und eine weitergehende Verantwortung von Netzbetreibern und Energieversorgern für den Klimaschutz zulässt“, ergänzt Senders. Um einen bundesweit einheitlichen Rechtsrahmen zu schaffen, müsse der Bund die Länder per Gesetz auffordern, entsprechende Regelungen für die Kommunen zu erlassen.

 www.stiftung-umweltenergierecht.de

Studie Wärmeplanung und Gaskonzessionen

Der vollständige Überblicksartikel und das Interview mit Projektleiter Oliver Antoni ist in EW 7-8/ 2022 erschienen.

Mehr als eine Idee: Wasserstoff anstelle von Erdgas

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Für die einen ist das Gasnetz die Basis für eine CO2-neutrale Wirtschaft. Für die anderen ist es ein Relikt aus dem fossilen Zeitalter, das sie lieber heute als morgen hinter sich lassen möchten. Tatsächlich gibt es für beide Positionen gute Argumente, wie auf der Handelsblatt Jahrestagung Gas 2021 deutlich wurde. Bekannt sind vor allem die Einsparziele für die CO2-Emissionen in den nächsten Jahren. Der Weg dorthin führt in großen Teilen durch unbekanntes Terrain.

Es ist ein Fakt, über den das Mutterland der Energiewende vielleicht lieber hinweg sehen würde: Auch nach über 20 Jahren Förderung der erneuerbaren Energien wird die Energieversorgung in Deutschland wesentlich durch fossile Energien gedeckt. Im ersten Halbjahr 2021 war Erdgas in Deutschland der wichtigste Primärenergieträger, gefolgt von Mineralöl. Strom aus erneuerbaren Energien belegte Platz 3, wobei die Produktion aus Wind im ersten Halbjahr 2021 nach Angaben des Statistischen Bundesamtes um 21 % niedriger als im stürmischeren Vorjahr.

Die Dimension des Gasverbrauchs in Deutschland ist ein Grund, weshalb viele Branchenvertreter davon ausgehen, dass auch in Zukunft weiterhin Gas durch das 511.000 km lange Netz strömen wird. Flexible Gaskraftwerke können die Stromversorgung absichern und so wetterbedingte Produktionsschwankungen der erneuerbaren Energien ausgleichen. Die Sicherheit der Stromversorgung lässt sich derzeit ohne Gas nicht vorstellen.

Heute Erdgas, übermorgen Wasserstoff – und morgen?

Bis 2045 – dem Jahr der Klimaneutralität – ist nicht mehr lange hin, daher lastet auf der Planung der künftig benötigten Infrastruktur ein enormer Zeitdruck. Ludwig Möhring, Bundesverband Erdgas, Erdöl und Geoenergie (BVEG), unterstütze in der Online-Debatte die Zielsetzung einer Klimaneutralität und forderte, die Umsetzung zu gestalten. Er erwartete eine stärkere Elektrifizierung, vermisste aber eine Debatte über die Rolle von Gas im Wärmemarkt und in der Stromerzeugung. Das derzeitige Narrativ ermögliche keinen Weg zu einer Transformation.

Wie die Gasinfrastruktur in Zukunft genutzt werden kann, ist Gegenstand intensiver Diskussionen. In einer dekarbonisierten Wirtschaft soll Erdgas langfristig durch Wasserstoff ersetzt werden, der ebenfalls über ein Pipelinesystem transportiert werden könnte. Ob dieses künftig benötigte Leitungssystem allerdings mit dem heutigen vergleichbar ist, ist noch offen. Denn es lässt sich schwer prognostizieren, in welchem Maße Haushalte und Industriezentren Wasserstoff nutzen werden.

Von Erdgas zu Wasserstoff – mehr als ein Austausch der Moleküle

Wasserstoff, der über einen Elektrolyseur aus erneuerbarem Strom produziert wird, gilt als Königsweg einer künftigen Energiesystems. Klarer Vorteil ist die CO2-freie Energie mit hoher Dichte. Wasserstoff lässt sich ähnlich nutzen wie Erdgas, ist aber als Rohstoff um ein vielfaches teurer und stellt höhere Anforderungen an die Sicherheit. Ob die privaten Verbraucher künftig mit Wasserstoff heizen oder sich preiswertere Alternativen suchen, ist offen. Je nach Einschätzung wird Wasserstoff als Champagner oder Mineralwasser der Energiewende gesehen.

Im Prinzip lässt sich das Gasnetz auch für eine Beimischung von Wasserstoff nutzen. Dadurch lässt sich der Energiegehalt des Gases erhöhen – bei gleichzeitig geringeren CO2-Emissionen. Die bedeutet allerdings einige technische Veränderungen, um den Eigenschaften des Wasserstoffs Rechnung zu tragen.

So benötigt der Transport des trägeren Wasserstoff im Vergleich zu Erdgas deutlich mehr Energie. Evgeniy Grin, PJSC Gazprom aus St. Petersburg, Russland, erläuterte, dass eine Beimischung von Wasserstoff mehr als viermal soviel Energie benötige, um auf einen Druck von 80 bar zu bekommen. Beimischungen seien auch aus einem anderen Grund problematisch: Viele Kunden benötigten reines Erdgas. Grin warnte zudem vor technischen Risiken von Lekagen, da das Pipelinesystem nicht dafür ausgelegt sei.

Transport von Erdgas und Wasserstoff im Vergleich

Auf der Suche nach Lösungen

Es gibt einige Antworten auf die vielen offenen Fragen des künftigen Energiesystems: Eine Strategie setzt auf maximale Offenheit. Neue Gaskraftwerke sollen grundsätzlich Wasserstoff-Ready sein, d.h. solange Erdgas verfügbar ist, sollen sie mit Erdgas laufen. Steht Wasserstoff zur Verfügung könnten sie auch den Strom aus Wasserstoff erzeugen. Roger Miesen, RWE Generation SE gibt allerdings zu bedenken, dass die Wasserstoffkraftwerke durch eine Wasserstoffpipeline versorgt werden müssten, die es heute noch nicht gebe. Ohnehin sei unklar, ob sich die Investition in ein Gaskraftwerk rechne, wenn dies nur als Back-up für fehlenden Strom aus Photovoltaik und Windanlangen in Betrieb sei.

Jochen Homann, Bundesnetzagentur, betonte die Bedeutung einer gründlichen Planung eines Wasserstoffnetzes. Diese hänge davon ab, wo der Wasserstoff eingesetzt werde. Homann hob die Bedeutung einer systemischen Gesamtschau und von klaren Zielvorgaben hervor, wo der Wasserstoff eingesetzt werden soll. Er berichtete von zahlreichen Projekten zur Produktion von Wasserstoff. Sollten diese alle umgesetzt werden, würde das sogar die erwartete Nachfrage übersteigen.

Bildquellen: Zukunft Gas; Gasprom

www.veranstaltungen.handelsblatt.com/gas/

 

Ein Blick auf die Details: Nachhaltigkeit innerhalb des Gassystems

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Andreas Hoffknecht, Geschäftsführer der Energienetze Mittelrhein,  Foto: evm/Matthias Brand

Wenn Gasversorger ihre Strategie sich auf den Klimaschutz ausrichten, ist das weniger sichtbar als der Bau von Wind- und Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung.  Aber auch hier kommen digitale Technologien zum Einsatz und verändern den Betrieb. Im Interview für die Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft erläutert Andreas Hoffknecht, Geschäftsführer der Energienetze Mittelrhein, der Netzgesellschaft in der evm-Gruppe, wie das Gasnetz mit Blick auf 2040 weiterentwickelt wird.  

Die Strategie der evm-Gruppe ist eher unauffällig, aber ein Beispiel für die kontinuierliche schrittweise Neuausrichtung:  Der Energieversorger beliefert in den rheinischen Mittelgebirgen Eifel, Hunsrück und Westerwald sowie im Mittelrheintal seine Kunden mit Strom, Gas, Wasser und Telekommunikationsdienstleistungen. Das Unternehmen betreibt  dabei keine repräsentativen Leuchtturmprojekte, sondern passt den Unternehmensalltag sukzessive an die Anforderungen des Klimaschutzes an.

Digitalisierung auf der Montage

Foto: Sascha Ditscher / ditscher.de

Mit den Möglichkeiten der Digitalisierung verändert sich der Unternehmensalltag.  Hoffknecht berichtet von sehr positiven Erfahrungen, Beispielsweise bei der Nutzung von speziellen Helmen für Netzmonteure, die mit Kamera und Display ausgestattet wurden. Dadurch können jüngere Monteure vor Ort  durch ältere Mitarbeiter in der Zentrale unterstützt werden.

Simulation der Druckstufen

Eine Innovation, die die Arbeit grundlegend verändert habe, sei zudem der Aufbau einer Gasnetzsimulation gewesen. Damit ist es möglich, die gesamten rund 6.500 km Leitungen über alle Druckstufen zu simulieren. Durch die Simulation lasse sich bei Veränderungen im Netz schnell abschätzen, ob neue Leitungen erforderlich werden. Bis das neue System genutzt werden konnte hat das Unternehmen innerhalb von vier Jahren Projektarbeit einen sechsstelligen Betrag in die Digitalisierung investiert und die Messungen mit dem TÜV kalibriert. Sehr schnell seien siebenstellige Investitionskosten und sechsstellige jährliche Betriebskosten gespart worden.

Simulation der Druckstufen im Gasnetz, Quelle: evm

BHKW und Biogasanlagen

Die Umsetzung der Energiewende ist in der Unternehmensstrategie seit 20 Jahren sukzessive entwickelt worden. Eine erste Maßnahme sei eine Erdgasentspannungs-turbine und ein nachgelagertes Blockheizkraftwerk gewesen. Die Anlage könne in Zeiten mit geringerem Gasverbrauch wie in den Sommermonaten, elektrische Energie erzeugen und ins Stromnetz einspeisen. Durch die Kopplung kann das Gasnetz ganzjährig mit maximalem Durchsatz gefahren werden, berichtet Hoffknecht.

Ein weiterer Schritt seien Investitionen in  Biogasanlagen  gewesen: In Boppard-Hellerwald ist 2012 die erste Anlage in Betrieb gegangen, erläutert Hoffknecht. Seit 2018 speise eine weitere in der Ortsgemeinde Plaidt ein. Demnächst nehme eine dritte Anlage im Westerwald den Betrieb auf. Als wichtigen strategischen Schritt bewertet Hoffknecht  die Beteiligung an einem Pilotprojekt der Thüga : „Von 2012 bis 2016 haben wir gemeinsam eine Power-to-Gas-Anlage betrieben und Knowhow und Erfahrungen mit dieser Technologie gesammelt. Wenn die Rahmenbedingungen einen wirtschaftlichen Betrieb erlauben, wird auch die evm-Gruppe eigene Power-to-Gas-Anlagen aufbauen.“

Erdgasbusse in Koblenz

Bei der Mobilität ist das Unternehmen ebenfalls aktiv: In Koblenz wurde eine große Erdgastankstelle aufgebaut und seit dem Winterfahrplan 2020/2021 ist auch eine neue Erdgasbusflotte in Betrieb. „In Koblenz wurden zunächst auch Elektrobusse getestet, die aber mit der Tallage der Stadt nicht so gut zurecht kamen. Im Schwerlastverkehr ist Gas auf jeden Fall ökonomisch und ökologisch sinnvoll. Im privaten Bereich wird der Fokus hingegen auf den Elektrofahrzeugen liegen,“ ist Hoffknecht überzeugt.

Heizungsumstellung: Von Öl zu Gas

Die Landbevölkerung in der Region orientiere sich zunehmend in Städte wie Koblenz, Mayen und Montabaur. Das sei in der Erneuerungs- und Erweiterungsstrategie für das Gasnetz 2040 berücksichtigt worden. Ziel sei es,  das Netz weiter zu verdichten. Aus der Umstellung von alten Ölheizungen auf Gasheizungen werde zusätzliche Nachfrage erwartet. Auch wenn nur ein Teil der 60.000 möglichen Kunden ein Gasanschluss beantrage, seien das relevante Größenordnungen, die zu den derzeitigen 180.000 Abnehmern hinzukommen werden.

Gasanschlüsse gefragt

Während es beim Netzausbau im Strombereich viel Widerstand in der Bevölkerung gibt, würden Gasnetze von der Bevölkerung außer bei temporären Baustellen kaum wahrgenommen. Insgesamt ist der Zuspruch sehr hoch. In den 255 Kommunen, die der evm die Konzession erteilt haben, bestehe ein hohes Interesse weitere Bürger anzuschließen, so dass es sogar zu Wartezeiten bei den Anschlüssen komme.

All-Electric-Society ist kein Allheilmittel

Unabhängig von diesen Weiterentwicklungen muss sich das Unternehmen auch die Frage stellen, welche Zukunft Erdgas als fossiler Energieträger hat. Für Hoffknecht ist klar, dass eine All-Electric-Society kein Allheilmittel für die Energiewende ist. In einem Projekt der Deutschen Energie-Agentur (dena) zur integrierten Energiewende sei erarbeitet worden, wie wichtig es ist, technologieoffen an die Energiewende heranzugehen. Gas werde weiterhin im Wärme- und Verkehrssektor benötigt. Im Rahmen der Dekarbonisierung sei klar, dass das klassische Erdgas mittelfristig durch andere synthetische Gase, Biogas und Wasserstoff ersetzt werde.

Der Aufbau eines Wasserstoffnetzes werde in den nächsten Jahren viel Raum einnehmen. Die Bundesregierung habe die Nationale Wasserstoffstrategie vorgegeben und nun müssten die Unternehmen die richtigen Schritte umsetzen. Die Netze seien dabei der Dreh- und Angelpunkt. Die Leitungen seien vorhanden, müssen aber H2-Ready gemacht werden.

Das vollständige Interview ist in EW 2/3 -2021 erschienen.

Bildquelle: evm-Gruppe

http://www.evm.de