Die Umstellung von Energiezentralen auf erneuerbare Wärmequellen zählt zu den zentralen technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen der Wärmewende. Energiezentralen sind dabei keineswegs auf große Fernwärmenetze beschränkt: Ihr Einsatzbereich reicht von der Energiezentrale einer einzelnen Mehrfamilienhaus-Überbauung oder eines Quartiers über Nahwärmenetze für Gewerbegebiete bis zu großen städtischen Fernwärmezentralen. Betroffen sind entsprechend nicht nur Stadtwerke, sondern alle Betreiber von Energiezentralen – von Wohnungsbaugesellschaften über private Energiedienstleister und Contractoren bis hin zu kommunalen Energieversorgern.
Im Zentrum steht dabei nicht der radikale Neubau, sondern die schrittweise Dekarbonisierung bestehender Energiezentralen: Blockheizkraftwerke (BHKW) bleiben im System, verändern jedoch ihre Betriebsweise – vom reinen Grundlasterzeuger zum netzdienlichen Booster, der genau dann Strom und Wärme liefert, wenn das Netz es braucht. Die eigentliche Grundlast übernimmt zunehmend eine Wärmepumpenkaskade.
Sektorenkopplung als wirtschaftlicher Kernmechanismus
Möglich wird dieses Konzept durch die sogenannte Sektorenkopplung: Ist an der Strombörse günstiger Wind- oder Solarstrom verfügbar, läuft die Wärmepumpenkaskade mit Netzstrom und das BHKW steht still. Steigen die Strompreise, weil Wind und Sonne knapp sind, produziert das BHKW hocheffizient Strom für die Wärmepumpenkaskade und speist gleichzeitig seine Abwärme direkt ins Netz. Diese Wechselwirkung – Strom heizt Wärme, Wärme entlastet das Stromnetz – macht das Konzept sowohl klimapolitisch als auch betriebswirtschaftlich attraktiv, unabhängig davon, ob 30 Wohneinheiten oder 30.000 versorgt werden.
Praxisbeispiele zeigen die Bandbreite der Lösungen
Wie unterschiedlich eine solche Umstellung im Detail aussehen kann, zeigen zwei aktuelle Projekte: Im Erzgebirge wurde eine Wohnsiedlung mit fünf Mehrfamilienhäusern von fünf separaten Gaskesseln auf ein kaltes Nahwärmenetz mit zentraler Sole-Wasser-Wärmepumpe umgestellt. In Sachsen-Anhalt wiederum wird eine bestehende Fernwärme-Energiezentrale aus Gaskesseln und BHKW schrittweise um Power-to-Heat, Windstrom und eine Solarthermieanlage erweitert – gesteuert nach den jeweils niedrigsten Wärmegestehungskosten der einzelnen Erzeuger.
Simulation und KI als Schlüssel zur Planungssicherheit
Damit solche hybriden Systeme zuverlässig funktionieren, braucht es mehr als eine grobe Kostenschätzung: Erst eine zeitschrittbasierte Simulation über ein volles Jahr zeigt, ob eine geplante Kombination aus Wärmepumpenkaskade und BHKW das Netz auch am kältesten Wintertag sicher versorgt – unabhängig von der Netzgröße. Zunehmend kommt dabei auch künstliche Intelligenz zum Einsatz, etwa zur Verbesserung der Steuerung mehrerer Erzeuger unter dynamischen Strompreisen.
„Die Optimierung und Planung der Steuerung einer hybriden Energiezentrale mit Preis- und Klimaszenarien und unterstützt durch KI bringt Planungssicherheit und reduziert Kosten", sagt Samuel Gähwiler, Geschäftsführer von Polysun by Vela Solaris.
