Unser Wärmepumpenmagazin:

Großwärmepumpen: Technik und Einsatz in Quartieren und Fernwärmenetzen

Großwärmepumpen gewinnen im Zuge der kommunalen Wärmewende zunehmend an Bedeutung. Während Wärmepumpen im Gebäudebereich vor allem zur Einzelversorgung eingesetzt werden, ermöglichen Großwärmepumpen die klimafreundliche Bereitstellung von Wärme für ganze Quartiere, Industrieareale und Fernwärmenetze. Fachstudien sehen sie als einen zentralen Baustein für die Dekarbonisierung der leitungsgebundenen Wärmeversorgung.

Einordnung und Leistungsbereiche

Als Großwärmepumpen werden in der Fachliteratur Anlagen mit einer thermischen Leistung im Bereich von mehreren hundert Kilowatt bis hin zu mehreren Megawatt bezeichnet. Sie kommen nicht zur Versorgung einzelner Gebäude zum Einsatz, sondern dienen der zentralen Wärmeerzeugung für:

Fern- und Nahwärmenetze
Quartierslösungen mit mehreren Wohneinheiten
Industrie- und Gewerbestandorte
kommunale Wärmeversorgungssysteme

Die zugrunde liegende Funktionsweise entspricht der klassischer Wärmepumpen, unterscheidet sich jedoch deutlich in Auslegung, Systemintegration und Betriebsweise.

Genutzte Wärmequellen

Für einen wirtschaftlichen und effizienten Betrieb greifen Großwärmepumpen bevorzugt auf Wärmequellen mit möglichst stabilen Temperaturniveaus zurück. Dazu zählen insbesondere:

Abwasser aus kommunalen Kanälen oder Kläranlagen
Oberflächengewässer wie Flüsse, Seen oder Hafenbecken
industrielle Abwärme, etwa aus Rechenzentren oder Produktionsprozessen
geothermische Quellen, sowohl oberflächennahe als auch tiefe Geothermie

Untersuchungen des Fraunhofer ISE zeigen, dass gerade Abwasser- und Industrieabwärme ein erhebliches, bislang nur teilweise erschlossenes Potenzial für die Fernwärmeversorgung bieten.

Technische Auslegung und Systemintegration

Großwärmepumpen werden standortspezifisch geplant und in bestehende Infrastrukturen integriert. Typische technische Merkmale sind:

mehrstufige Verdichtersysteme zur Erhöhung der Vorlauftemperaturen
großdimensionierte Wärmeübertrager für hohe Volumenströme
Einsatz natürlicher Kältemittel wie Ammoniak oder Kohlendioxid, insbesondere im Leistungsbereich oberhalb von einem Megawatt
Anbindung an Wärmespeicher zur Lastverschiebung und Netzstabilisierung

Je nach Netzstruktur können Vorlauftemperaturen von etwa 70 Grad Celsius erreicht werden. In Bestandsnetzen mit höheren Temperaturanforderungen werden Großwärmepumpen häufig mit weiteren Wärmeerzeugern kombiniert.

Bedeutung für Fernwärme und kommunale Wärmeplanung

Im Rahmen der kommunalen Wärmeplanung spielen Großwärmepumpen eine zentrale Rolle. Studien von Agora Energiewende und dem Fraunhofer ISE zeigen, dass sie insbesondere in Kombination mit erneuerbarem Strom langfristig zu den kosteneffizientesten Technologien für klimaneutrale Fernwärme zählen.

Durch ihre flexible Fahrweise können Großwärmepumpen zudem auf Stromangebot und Netzbedingungen reagieren und so zur Integration erneuerbarer Energien beitragen. Voraussetzung ist eine entsprechende netz- und regelungstechnische Einbindung.

Wirtschaftlichkeit und Förderrahmen

Die Investitionskosten von Großwärmepumpen sind deutlich höher als bei kleineren Anlagen. Ihre Wirtschaftlichkeit hängt maßgeblich ab von:

der Qualität und Verfügbarkeit der Wärmequelle
der Anzahl der jährlichen Volllaststunden
den Strombezugskosten
der Einbindung in bestehende Netze

Auf Bundesebene werden Großwärmepumpen im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW)unterstützt. Die Förderung umfasst sowohl Machbarkeitsstudien als auch Investitionszuschüsse für Erzeugungsanlagen und Speicher.

Herausforderungen in Planung und Betrieb

Trotz ihres großen Potenzials sind Großwärmepumpen mit einem hohen Planungsaufwand verbunden. Zu den zentralen Herausforderungen zählen:

komplexe Genehmigungs- und Abstimmungsprozesse
langfristige Sicherung geeigneter Wärmequellen
technische Integration in bestehende Fernwärmesysteme
Anforderungen an Betrieb, Wartung und Fachpersonal

Aus Sicht der Fachverbände ist eine frühzeitige Einbindung von Kommunen, Netzbetreibern und Fachplanern entscheidend für den Projekterfolg.

Fazit

Großwärmepumpen stellen einen eigenständigen Wärmepumpentyp dar, der insbesondere für Quartiere und Fernwärmenetze von hoher Relevanz ist. Sie ermöglichen die Nutzung lokaler Wärmequellen, reduzieren CO₂-Emissionen und unterstützen den Übergang zu einer klimaneutralen Wärmeversorgung. Ihre erfolgreiche Umsetzung erfordert jedoch sorgfältige Planung, verlässliche Rahmenbedingungen und eine langfristige Perspektive.