Wie thermische Netze zur Dekarbonisierung der Schweiz beitragen

Der Wärmebedarf der Schweiz betrug 2019 rund 104 Terrawattstunden (TWh), was rund die Hälfte des gesamten Energiebedarfs ausmachte [1]. Gross ist auch die Menge der aus der Wärmeerzeugung entstehenden Treibhausgasemissionen durch fossile Energieträger: Sie sind für 35 Prozent der in der Schweiz verursachten Emissionen verantwortlich, was 16 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalenten (CO₂eq) entspricht [2].

Thermische Netze besitzen grosses Potenzial

Reduziert werden kann der Ausstoss von CO₂-Emissionen zum Beispiel mit dem Einsatz von erneuerbaren Energiequellen oder Abwärme aus der Industrie oder aus Kehrichtverwertungsanlagen (KVA). Bei optimaler Nutzung dieser Quellen in thermischen Netzen könnten bis 2050 jährlich rund 22 TWh Wärme in thermische Netze eingespeist werden (Fig. 1). Das ist doppelt so viel wie heute und entspricht 27 Prozent des Gesamtwärmebedarfs im Jahr 2050.

Ein Ausbau der thermischen Netze würde es ermöglichen, acht Prozent der heutigen Treibhausgasemissionen der Schweiz zu verhindern. Anders ausgedrückt: Der Beitrag zur Dekarbonisierung könnte mit dieser Umstellung von 1,9 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente auf 5,1 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente gesteigert werden [3]. Es gibt aktuell keine Branche und kein Politikfeld mit einem noch stärkeren Hebel.

WÄRMEPUMPEN IN HAUSHALTEN: STROMBEDARF STEIGT

Zurzeit werden Heizungen mit fossiler Energie wie Öl oder Gas häufig durch Wärmepumpen ersetzt. Damit steigt der Strombedarf für Raumwärme in der Schweiz um voraussichtlich 3,6 TWh pro Jahr bis 2050 [4]. Werden Wärmepumpen mit einer auf Solarenergie basierenden Stromversorgung kombiniert, dann führt dies zu einem Stromimport im Winterhalbjahr, der auf 9 TWh pro Jahr prognostiziert wird [4]. Diese Abschätzung zeigt, wie wichtig ein forcierter Ausbau der thermischen Netze ist. Mit thermischen Netzen lässt sich die Stromlücke im Winter verkleinern, da die Abwärmenutzung und mitteltiefe Geothermie kaum Strom benötigen. Ausserdem kann Umweltwärme aus Gewässern effizienter gewonnen werden, als dies mit individuellen Luft-Wasser-Wärmepumpen möglich ist.

HERAUSFORDERUNG NETZAUSBAUGESCHWINDIGKEIT

Viele Verbraucher müssen in den nächsten Jahren ihre fossilen Wärmeerzeuger ersetzen. Stehen keine thermischen Netze zur Verfügung, müssen die Wärmebezüger auf Individuallösungen wie z. B. Wärmepumpen zurückgreifen. Die Wirtschaftlichkeit thermischer Netze hängt stark von der Anschlussdichte ab, welche sich direkt auf den Wärmepreis auswirkt. Die Kundengewinnung ist in diesem Zusammenhang entscheidend: Wird mit dem Ausbau der thermischen Netze zu lange gewartet oder kommt es zu Verzögerungen steigen viele potenzielle Kunden auf Alternativen um, womit die Anschlussdichte der thermischen Netze tiefer ausfällt und die Wirtschaftlichkeit leidet. Manchmal bieten sich Übergangslösungen an [5], aber trotzdem bleibt das Tempo des Netzausbaus entscheidend.

INDUSTRIELLE ABWÄRME

Risikofonds benötigt

Ein Grossteil des enormen Potenzials industrieller Abwärme in der Schweiz von etwa 4 TWh pro Jahr [6] bleibt aufgrund tiefer Versorgungssicherheit und des damit verbundenen Risikos ungenutzt. Die Schaffung entsprechender Rahmenbedingungen würde die Einbindung von solchen oft noch ungenutzten Wärmequellen erleichtern. Aus diesem Grund engagieren sich die Vereine InfraWatt, Thermische Netze Schweiz TNS und der Verband der Betreiber Schweizerischer Abfallverwertungsanlagen VBSA für einen Fonds für Ausfallrisiken.

Wärmespeicher schaffen

Eine entscheidende Rolle für eine bessere Nutzung des Potenzials industrieller Abwärme spielen Wärmespeicher. Diese ermöglichen, beispielsweise schwankend anfallende Abwärme oder Wärme aus Quellen mit hohem Ausfallrisiko zwischenzuspeichern, und gleichen so die Versorgung aus. Mittels Wärmespeicher können industrielle Abwärmequellen besser in thermische Netze eingebunden werden. Mit saisonalen Speichern können die nicht genutzten Wärmemengen des Sommers im Winter zur Verfügung gestellt werden. Mit dieser in Skandinavien erprobten Technik kann der jährliche Wärmeabsatz aus kontinuierlich verfügbaren Abwärmequellen (z. B. KVA) gesteigert werden [7].

SPITZENLAST: SYNTHETISCHE STATT FOSSILE BRENNSTOFFE

Moderne thermische Netze erzeugen Wärme massgeblich aus erneuerbaren Energiequellen und Abwärme. Zur Deckung der Spitzenlast werden aber immer noch meist fossile Energieträger eingesetzt. Diese sollten mittelfristig durch Optimierungen und den Einsatz von Wärmespeichersystemen reduziert und der Restbedarf durch klimaneutrale Brennstoffe gedeckt werden. Bei neuen Netzen liegt der Anteil der Spitzenlast bei etwa 5 Prozent der jährlichen Energiemenge.

PRIORITÄTEN UND POTENZIALE DER ENERGIEQUELLEN

Das grösste Potenzial zur Steigerung der Fernwärmeproduktion mit erneuerbaren Energien bieten Seen, Flüsse sowie Grund- und Abwasser (vgl. Projektbeispiel). Thermische Netze sind die einzige Möglichkeit, diese ortsgebundenen und lokalen Energiequellen zu nutzen. Auch die mitteltiefe Geothermie kann nur über thermische Netze erschlossen werden. Der Verband Geothermie Schweiz schätzt, dass diese Quelle bis 2050 bis zu 8 TWh liefern kann.

Steigerung der Abwärmenutzung

Eine weitere Möglichkeit, die Fernwärmeproduktion zu steigern, bietet die intensivere Nutzung von Abwärme aus der Industrie und der Dienstleistungsbranche (z. B. Rechenzentren) sowie aus KVA. Beim Energiemix von thermischen Netzen (Fig. 1) ist der hohe Stellenwert von KVA ersichtlich: Mit 4 TWh pro Jahr decken KVA heute etwa 36 Prozent des Fernwärmebedarfs. Nimmt man die effizientesten Schweizer KVA als Massstab, lässt sich das Potenzial der Abwärmenutzung aus KVA mit 8 TWh pro Jahr verdoppeln [8]. Die Erhöhung des Wärmepotenzials ist jedoch nicht auf die Erhöhung der Abfallmenge zurückzuführen – diese wird über die nächsten Jahre voraussichtlich konstant bleiben [4] –, sondern auf einen möglichen Ausbau der Wärmenetze und der einhergehenden vermehrten Nutzung der Abwärme.

Netto-Null-Strategie der KVA-Branche

Die Schweizer KVA-Branche entwickelt zurzeit eine eigene Netto-Null-Strategie. Neben Massnahmen, welche die CO₂-Emissionen möglichst verringern sollen, könnten auch die Abscheidung und Speicherung von CO₂ (CCS, carbon capture and storage) in Zukunft eine wichtige Rolle spielen: Dabei könnten KVA die verbleibenden, schwer vermeidbaren CO2-Emissionen direkt aus dem Rauchgas abscheiden und anschliessend dauerhaft im Untergrund speichern. Da ein Teil des Abfalls aus biogenen Quellen stammt und damit in der Bilanz kein zusätzliches CO₂ ausstösst, könnten KVA durch dessen Abscheidung sogar negative CO₂-Emissionen generieren. Die Zielvereinbarung zwischen dem VBSA und dem Bund sieht vor, dass ein erstes solches CCS-Projekt an einer KVA in der Schweiz bis 2030 in Betrieb gehen soll.

CHANCEN DANK FÖRDERUNG DER STIFTUNG KLIK

Die im vorangegangenen Kapitel genannten Energiequellen werden alle durch das Programm Wärmeverbünde der Stiftung Klimaschutz und CO₂-Kompensation KliK unterstützt [9]. Zusätzlich fördert die Stiftung die Nutzung von Biomasse als erneuerbare Wärmequelle. Entsprechende Wärmeverbünde erhalten bis 2030 eine Förderung von 100 bis 160 Franken pro Tonne anrechenbarer CO₂-Reduktion, abhängig vom Projektstandort. Eine wichtige Voraussetzung für eine Förderung ist, dass die Auftragsvergabe für den Bau, die Erweiterung oder die Umstellung des Wärmenetzes nicht vor der Anmeldung beim Programm stattgefunden hat. Zudem können nur Wärmeverbünde gefördert werden, die ohne Förderung unwirtschaftlich wären.

Bislang hat die Stiftung KliK im Rahmen des Förderprogrammes insgesamt rund 80 Mio. Franken für 96 Wärmeverbünde in der ganzen Schweiz vertraglich zugesichert. Neue Projekte können nach wie vor eingegeben werden. Das Programm läuft noch bis und mit 2030, es gilt also, jetzt von den Fördergeldern zu profitieren. Das Antragsverfahren zur Programmteilnahme ist dank der standardisierten und vom BAFU genehmigten Berechnungsmethode einfach. Projektträger erhalten nach kurzer Zeit einen Bescheid über die Förderwürdigkeit des eingereichten Projekts. Weitere Informationen zum Programm, ein Beitragsrechner sowie die Online-Antragsstellung sind über www.waermeverbuende.klik.ch verfügbar. Für Machbarkeitsstudien bieten viele Kantone oder auch Städte finanzielle Unterstützung an. Eine weitere Möglichkeit zur Umsetzung von Wärmeverbünden ist die Zusammenarbeit mit Kontraktoren. Diese übernehmen – falls gewünscht – die Planung, Finanzierung, den Bau und den Betrieb eines Wärmenetzes innerhalb eines vertraglich festgelegten Zeitraumes.