Was das Elektroauto für die Mobilität ist, ist die Wärmepumpe für den Wärmesektor. Heizen? Mit einer Pumpe? Für manch eine:n mag das erstmal etwas komisch klingen. Deshalb tauchen wir zunächst ein in die Funktionsweise einer Wärmepumpe und werfen einen Blick auf Vorteile und Wirtschaftlichkeit der unscheinbaren aber enorm wichtigen Power2X-Technologie.
Eine Wärmepumpe macht tatsächlich nichts anderes als Wärme oder besser gesagt Energie zu pumpen. Klingt etwas abstrakt?
Altbekannte Technik
Eine Wärmepumpe ist technisch gesehen nichts anderes als ein Kühlschrank. Dort wird die kalte Seite, die mit den Lebensmitteln, abgekühlt, die Energie muss irgendwo hin und wird nach außen gepumpt. Am heißen Wärmetauscher wird diese Energie an die Raumluft, die Umgebung, abgegeben.
Die Wärmepumpe funktioniert genau so, nur andersherum: Eine Wärmepumpe entzieht der Umgebung (dazu gleich mehr) umweltfreundliche Energie bei einer niedrigen Temperatur und pumpt diese auf eine höhere Temperatur, um sie zur Heizung eines Raumes oder Objektes verwenden zu können.
Technisch geschieht das über einen Kreislauf eines Kühlmittels mit zwei Wärmetauschern, einer Verdichtungspumpe (auch Kompressor genannt) und einem Entspannungsventil. Das ist eine robuste Technik und seit über 100 Jahren bekannt.
Unschlagbarer Wirkungsgrad
Für den Betrieb einer Wärmepumpe benötigt man Strom. Und jetzt kommt der Clou: um 3-5 Einheiten Wärme transportieren zu können, benötigt eine Wärmepumpe nur eine Einheit Strom. Eine Wärmepumpe hat damit einen Wirkungsgrad[1] von 300-500% je nach Temperaturverhältnis zwischen Quelle und Ziel.
Wärmepumpen gehören deshalb zu den Power-to-Heat Technologien, da sie aus Erneuerbarem Strom klimaneutrale Wärme erzeugen.
Die Wärmepumpen bieten ganz neue Möglichleiten: Mit einer klugen Steuerung der Wärmepumpen lassen sich Stromkosten optimieren. So wird immer dann bevorzugt geheizt, wenn der Stromverbrauch im Netz niedrig ist, das Angebot hoch und die Preise niedrig. Zeitvariable Stromtarife geben diesen Preisvorteil an die Endkunden weiter.
Ein Schwarm an Wärmepumpen ermöglicht die Bereitstellung von Regelenergie und stabilisiert Stromnetze, indem der Schwarm gezielt an- oder abgeschaltet wird.
So viel zur Theorie. Nun zur Anwendung!
Eine Wärmepumpe benötigt immer eine Quelle, von der sie aus Nutzwärme bereitstellen kann. Das kann sein:
die Umgebungsluft über einen Luftwärmetauscher,
das Erdreich über einen im Erdreich vergrabenen Wärmetauscher oder Geothermiesonden oder
aber auch Abwärme aus industriellen Prozessen.
Einige Wärmepumpenprojekte verwenden beispielsweise Wärmenetze, um die Abwärme aus einem Industrieprozess (zum Beispiel aus der Kühlung eines Rechenzentrums) zu verteilen und dann am Zielort mit Wärmepumpen auf ein nutzbares Temperaturniveau zu pumpen.
Wärmepumpen können auch saisonale Speicher mit einbinden: große Speicher, die im Sommer die Abwärme aus der Klimatisierung auffangen und im Winter zur Raumheizung verwenden.
Wärmepumpen werden Öl- und Gasheizungen verdrängen
Wärmepumpen werden bis 2050 den Großteil der Wärmeversorgung übernehmen, die wir aus unserem Alltag kennen. Das sind insbesondere die Heizung von Wohnraum, öffentlichen Einrichtungen, Schwimmbädern und ein Großteil aller industriellen Wärmeanwendungen mit Temperaturen unter 100°C-120°C. Wärmepumpen sind damit ein zentraler Schlüssel für die Dekarbonisierung dieses Sektors und das Zugpferd der Sektorkopplung.[2]
Wärmepumpen schlagen Wasserstoffanwendungen
Grüner Wasserstoff oder andere synthetische Kraftstoffe werden schlicht zu teuer sein, um gegen die Wärmepumpe wettbewerbsfähig zu sein. Schon heute ist eine Wärmepumpe oft die günstigste Form der Wärmeerzeugung, auch wenn sie in der Anschaffung zunächst teurer ist als Öl- oder Gasheizungen. Der Preisvorteil der Wärmepumpen wird mit der Abschaffung der EEG-Umlage und dem immer weiter steigenden CO2-Preis zunehmen.[3]
Mit einer Einheit grünem Strom stellt die Wärmepumpe 3-5 Einheiten Wärmeenergie bereit. Bei Wasserstoff und anderen synthetischen Brennstoffen ist es andersherum: Um eine Einheit Wärmeenergie zu erhalten benötigt man 3-5 Einheiten grünen Strom. Wir werden es uns schlicht nicht leisten können so viel grünen Strom zu verschwenden, wenn es viel günstigere Lösungen gibt es im Winter gemütlich warm zu haben.
Wasserstoff und Co haben Ihre Daseinsberechtigung aber eben maßgeblich im Bereich des stofflichen Einsatzes in der Industrie, im Hochtemperaturbereich, für gewisse Mobilitätsanwendungen (insb. im Schwerlastverkehr) und für Reservekraftwerke.
Zudem droht der Gesetzgeber mit dem Aus. Ölheizungen sind ab 2026 in ihrer bisherigen Form verboten und müssen um Erneuerbare Energien oder Wärmepumpe ergänzt werden. Dies trifft wohl bald auch klassische Gasheizungen.
Wer langfristig planen will und ökonomisch denkt, steigt lieber früher als später auf eine Wärmepumpe um und denkt über eine ergänzende Photovoltaikanlage nach.
[1] Der korrekte Begriff ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Ein Wirkungsgrad lässt sich bei der Wärmepumpe schwer angeben. Ich habe hier den Begriff gewählt, da er für Laien das Konzept des Wirkungsgrads meist ein Begriff ist. Die JAZ ist das Verhältnis der Nutzenergie und der verwendeten Energie über ein Jahr.
[2] https://static.agora-energiewende.de/fileadmin/Projekte/2021/2021_02_EU_H2Grid/A-EW_203_No-regret-hydrogen_WEB.pdf
[3] https://www.agora-energiewende.de/presse/neuigkeiten-archiv/ein-sofortprogramm-fuer-klimafreundliche-haeuser/
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