Solarenergie und Wärmenetze: Optionen und Barrieren in einer langfristigen, integrativen Sichtweise

Von 2000-2012 ist die durch Fernwärme bereitgestellte Energie in Österreich um 74 % angestiegen, wobei der Zuwachs in der Erzeugung, vor allem durch erneuerbare, in erster Linie Biomasse, Heizwerke bzw. KWK-Anlagen begründet liegt. Der Fernwärmeausstoß lag 2012 bei 23.018 GWh mit einem KWK-Anteil an der Erzeugung von 63 %. Damit deckt Fernwärme einen Anteil von über 20 % des gesamten Raumwärme- und Warmwasserbedarfs. Thermische Solaranlagen mit hydraulischer Anbindung an Wärmenetze kommen in Österreich seit den 1980er Jahren zum Einsatz und bedienen heute einen aus technischer Sicht wenig standardisierten Nischenmarkt. Mit Ende 2013 befanden sich in Österreich 24 mit einem Wärmenetz gekoppelte Solar-Anlagen mit einer installierten Kollektorfläche > 500 m² in Betrieb. Die kumulierte installierte Kollektorfläche dieser Anlagen betrug 37.060 m², was einer thermischen Spitzenleitung von 25,9 MWth entspricht. Die größte thermische Solaranlage mit einer Bruttokollektorfläche von rund 7.000 m² (4,9 MWp,th) speist in das Grazer Fernwärmenetz. Der jährliche solare Fernwärmeausstoß dieser Anlagen beträgt rund 15 GWh.
Damit ergibt sich die Frage, inwiefern sich daraus ein entsprechendes Entwicklungspotenzial für die Integration der Solarthermie in Wärmenetze eröffnen könnte. Zahlreiche Fragen sind dazu im Detail zu klären, nicht zuletzt auch das Spannungsfeld zwischen insbesondere in Innenstädten vorhandenen Wärmenetzen mit hocheffizient erzeugter Wärme (etwa aus Müllheizkraftwerken) und zusätzlicher solarer Wärme, die tendenziell zu Zeiten mit Wärmeüberschuss zur Verfügung steht.
Die zentrale Fragestellung dieses Projekts war: Welche Optionen bieten sich für die Integration von Solarthermie in Wärme- und Kältenetze in einem zukünftigen, transformierten, erneuerbaren, low-carbon Energiesystem?
Hinsichtlich der geänderten Rahmenbedingungen eines low-carbon, erneuerbaren Energiesystems standen dabei konkret die folgenden Aspekte im Vordergrund: (1) Welche Rolle spielen die sinkenden Wärmedichten aufgrund steigender thermischer Gebäudequalität? (2) Welche Auswirkungen ergeben sich durch einen geänderten Stromerzeugungsmix?
Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wurden im Projekt SolarGrids folgende methodische Schritte durchgeführt: Zu Beginn des Projekts erfolgten eine umfassende Beschreibung und Typologisierung von österreichischen Fernwärmenetzen unterschiedlichster Größe und Struktur sowie eine detaillierte Analyse internationaler Fallstudien mit dem Fokus auf Dänemark, Deutschland und Österreich. Darauf aufbauend wurde für drei ausgewählte Wärmenetztypen, nämlich (1) für ein urbanes Sub-Netz, (2) für ein kleinstädtisches Netz und (3) für ein ländliches Netz eine technische, modellgestützte Analyse möglicher Optionen zur Solarthermie-Einspeisung auf Basis der Simulationstools TRNSYS und SIMPLEX durchgeführt. Anschließend wurden die Effekte auf und Wechselwirkungen mit dem Wärmemarkt sowie der Stromversorgung integriert mit einem bottom-up-Modell des österreichischen Gebäudebestands (Invert/EE-Lab) und der Wärmenetze sowie einem Optimierungsmodell des Energiesystems (HiREPS) modelliert, unter Berücksichtigung sowohl kurz- als auch mittel- und langfristiger Aspekte bis zum Jahr 2050.