Fernwärme – die Technik verständlich erklärt
Fernwärme wurde bereits vor über 2000 Jahren bei den Römern eingesetzt. Aus archäologischen Funden weiß man heute, dass die Römer das heiße Thermalwasser nicht nur zum Baden nutzten, sondern dieses auch über Leitungen in die Gebäude geleitet und dort in Fußbodenheizungen verwendet haben.
Das Wichtigste in Kürze
- Fernwärme entsteht überwiegend in Kraft-Wärme-Kopplung: Ein Brennstoff liefert gleichzeitig Strom und Wärme und wird so doppelt genutzt.
- Das Netz transportiert heißes Wasser zum Gebäude; eine Übergabestation mit Wärmetauscher verbindet es mit dem Heizkreislauf.
- Der Primärenergiefaktor ist für jedes Netz individuell; der veröffentlichte Wert des Versorgers erleichtert den Primärenergie-Nachweis nach GModG.
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Heutzutage bestehen Fernwärmenetze in Deutschland aus Heizkraftwerken, Fernwärmenetzen, die in der Regel mit Heißwasser betrieben werden, und den Hausanschlüssen mit der Übergabestation. Erzeugt wird Fernwärme meist in Heizkraftwerken mit Kraft-Wärme-Kopplung. Über ein in der Erde verlegtes und gedämmtes Rohrleitungssystem wird sie dann an die Verbraucher transportiert.
Da auch bei sehr guter Dämmung des Leitungsnetzes Energieverluste entstehen, kann ein Fernwärmenetz nur über eine bestimmte Distanz bis etwa 20 oder maximal 30 Kilometer wirtschaftlich betrieben werden. Üblich sind sternförmige Verteilstrukturen.
Fernwärme versorgt die Gebäude der Abnehmer mit Raumwärme und Warmwasser.
Erzeugung der Wärme
Der größte Teil der per Fernwärme bereitgestellten thermischen Energie wird innerhalb einer KWK-Anlage gewonnen. Die benötigte Wärme wird dabei vom Kraftwerk selbst durch einen Verbrennungsvorgang erzeugt. Hierbei kann generell jeder Brennstoff verwendet werden. Neben fossilen Energieträgern wie Kohle, Gas und Öl, kommen auch erneuerbare Energieträger wie Holz, Biogas oder Solarthermie in Frage, ebenso wie Geothermie und Müll in Müllverbrennungsanlagen. Teilweise wird auch die Abwärme von Industriebetrieben wie Raffinerien oder Stahlwerke genutzt.
Besonders nachhaltig sind Fernwärmenetzwerke, wenn sie mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energiequellen betrieben werden. Hier spricht man dann von sogenannter grüner Fernwärme. Diese energieeffizienten Systeme, die nur geringe CO2- und Schadstoff-Emissionen erzeugen, werden stetig weiterentwickelt. Unser Nachbarland Dänemark ist hier beispielsweise schon wesentlich weiter als Deutschland und kann uns mit Erfahrungswerten unterstützen.
Zum Einsatz kommen aktuell in Deutschland immer noch überwiegend fossile Brennstoffe, an erster Stelle Erdgas. Der Anteil klimafreundlicher Wärme wächst dagegen nur langsam: 2024 stammten laut BDEW 33,6 Prozent der in die Wärmenetze eingespeisten Wärme aus erneuerbaren Energien und unvermeidbarer Abwärme; für 2025 weist der BDEW/EY-Fortschrittsmonitor rund 34 Prozent aus.
Neue Wärmequellen: Großwärmepumpen, Geothermie und Abwärme
Die Erzeugung steht vor einem grundlegenden Umbau: Das Wärmeplanungsgesetz verpflichtet die Betreiber, bestehende Wärmenetze schrittweise auf erneuerbare Energien und unvermeidbare Abwärme umzustellen. Viele Versorger setzen dafür auf Großwärmepumpen, die Flüssen, Abwasser oder der Umgebungsluft Wärme entziehen, auf tiefe Geothermie sowie auf große Solarthermie-Anlagen in Kombination mit saisonalen Wärmespeichern.
Auch elektrische Erhitzer (Power-to-Heat) kommen zunehmend zum Einsatz, wenn viel günstiger Strom aus Wind und Sonne verfügbar ist. Für Verbraucher ändert sich an der Technik im Haus dadurch nichts – Übergabestation und Heizkreislauf bleiben gleich. Wie sich der Umbau auf die Kosten der Fernwärme auswirkt, hängt vom jeweiligen Netz ab.
Wie funktioniert Kraft-Wärme-Kopplung?
Thermische Kraftwerke nutzen die aus einem Brennstoff freigesetzte Wärme zur Stromerzeugung. Das Besondere an Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen ist, dass diese die entstehende Abwärme nicht einfach an die Umgebung abgeben, sondern in ein Fernwärmenetz einspeisen. Dadurch haben sie einen höheren Nutzungsgrad, das heißt mit derselben Menge Brennstoff wird mehr nutzbare Energie bereitgestellt.
Gegenüber einer separaten Strom- beziehungsweise Wärmeerzeugung erzielt die Kraft-Wärme-Kopplungs-Technik bis zu 30 Prozent Einsparungen bei den Brennstoffen.
Kraft-Wärme-Kopplung und getrennte Erzeugung im Vergleich
| Merkmal | KWK-Anlage | Getrennte Erzeugung |
|---|---|---|
| Abwärme der Stromerzeugung | wird als Fernwärme genutzt | bleibt weitgehend ungenutzt |
| Brennstoffbedarf für Strom und Wärme | geringer – ein Einsatz für beides | höher – zwei getrennte Anlagen nötig |
| CO2-Ausstoß je nutzbarer Energie | niedriger bei gleichem Brennstoff | höher, weil Abwärme verloren geht |
| Typische Anlagen | Heizkraftwerk, Blockheizkraftwerk | Kondensationskraftwerk plus separater Heizkessel |
In KWK-Anlagen können unterschiedliche Techniken genutzt werden. Beispielsweise kommen Dampf- oder Gasturbinen oder eine Kombination daraus zum Einsatz. Auch Verbrennungsmotoren, Dampf- oder Stirlingmotoren bis hin zur Brennstoffzelle werden eingesetzt. Je nachdem welche Technik verwendet wird, unterscheiden sich die Stromkennzahl, der elektrische Wirkungsgrad und der Gesamtwirkungsgrad. Dies sind wichtige Kennzahlen einer KWK-Anlage, die allerdings nicht unbedingt eindeutige Aussagen über die Effizienz der Anlage geben.
Die Stromkennzahl ist das Verhältnis zwischen abgegebener elektrischer Leistung zur nutzbaren Wärmeleistung. Der elektrische Wirkungsgrad beschreibt wie viel des eingesetzten Brennstoffs prozentual in Strom umgewandelt wird. Während der Gesamtwirkungsgrad, auch Brennstoffausnutzungsgrad genannt, die gesamt nutzbare elektrische wie thermische Energie im Verhältnis zum eingesetzten Brennstoff beschreibt.
Die KWK-Prozesse sind anhand der technischen Verschiedenheiten und Randbedingungen nur schwer vergleichbar. Aus diesem Grund sind die oben genannten Kennzahlen lediglich beschreibende Werte des Betriebs der Anlage.
Die Anwendungsfelder von Kraft-Wärme-Kopplung liegen in der öffentlichen Versorgung von Verbrauchern über Fernwärmenetze, in der industriellen Versorgung und in der Objektversorgung von Mehrfamilienhäusern, Krankenhäuser oder Hotels. Bei industriellen Kraft-Wärme-Kopplung wird ebenfalls ein Potential gesehen, die überschüssige Wärme über Fernwärmenetze an Dritte zu liefern. Aus diesem Grund sieht der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft die Fernwärme über Kraft-Wärme-Kopplung als wichtigen Bestandteil der städtischen Wärmewende.
Fernwärme nutzt die Kraft-Wärme-Kopplung, © Bild: BFW Bundesverband Fernwärmeleitungen
Primärenergiefaktoren von Fernwärmenetzen
Wie der Primärenergiebedarf eines Gebäudes berechnet wird, ist im Gebäudemodernisierungsgesetz (GModG, bisher GEG) festgelegt. Für eine Baugenehmigung ist die Berechnung des Jahres-Primärenergiebedarfs notwendig.
Unter dem Primärenergiebedarf versteht man nicht nur die tatsächlich benötigte und gemessene Energie, sondern auch den Energiebedarf zur Förderung, Aufbereitung und Umwandlung des Brennstoffs sowie der Verteilung der Wärme.
Der Primärenergiefaktor unterscheidet sich je nach Energieträger erheblich. Ein niedriger Primärenergiefaktor erleichtert Hausbesitzern vor allem den rechnerischen Nachweis des Jahres-Primärenergiebedarfs; die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz der Gebäudehülle bleiben im GModG separat geregelt.
Bei Fernwärmenetzen wird die Wärmeerzeugung häufig durch eine individuelle Kombination verschiedener Quellen gewährleistet. Deshalb ist für den Nachweis nach GModG der vom Versorger ermittelte und veröffentlichte Primärenergiefaktor maßgeblich; fehlt ein solcher Wert, können ersatzweise die Werte der anzuwendenden Berechnungsverfahren genutzt werden (§ 22 GModG).
Primärenergiefaktor: Was die Zahl für Hausbesitzer bedeutet
1Warum der Wert zählt
Der Primärenergiefaktor des Wärmenetzes fließt in den Jahres-Primärenergiebedarf ein, den das Gebäudemodernisierungsgesetz für Neubauten und viele Sanierungen verlangt. Ein niedriger Faktor erleichtert diesen Primärenergie-Nachweis; die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz bleiben separat zu erfüllen.
2Woher Hausbesitzer den Wert bekommen
Vor dem Anschluss den Primärenergiefaktor des Netzes erfragen – er entscheidet mit über den Nachweis nach dem GModG.
Die Berechnung wird nach dem Arbeitsblatt AGFW FW 309 Teil 1 „Energetische Bewertung von Fernwärme und Fernkälte – Teil 1: Primärenergie- und Emissionsfaktoren nach Stromgutschriftmethode“ (Ausgabe 2023) vom Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e.V. erstellt. Die Bescheinigung über die energetische Bewertung nach AGFW FW 309-1 wird von geprüften Gutachtern ausgestellt, die die Prüfung nach AGFW FW 609 bestanden haben.
Transport und Verteilung der Wärme
Als Transportmedium für die in der KWK-Anlage ausgekoppelte Abwärme wird in der Regel Wasser, entweder als Dampf oder in flüssiger Form verwendet, da es sich durch seine große Wärmekapazität besonders gut für den Wärmetransport eignet.
Aktuell sind überwiegend Heißwassernetze im Einsatz. Über isolierte Rohrleitungssysteme wird das heiße Wasser unter Druck zu den Verbrauchern transportiert.
Übergabestation, © Bild ulrichulrich wikipedia
Eine indirekte Versorgung findet dabei über zwei getrennte Kreisläufe statt – dem Fernwärmenetz und dem hauseigenen Heizkreislauf. Über eine Kompaktstation erfolgt die Wärmeübergabe dann in den Heizungs- und Warmwasserkreislauf des Gebäudes. Dafür trennt ein Wärmetauscher Fernwärmenetz und Hausanlage hydraulisch und überträgt die Wärme auf den Hauskreislauf. Bei Großverbrauchern kann der Fernwärmekreislauf auch direkt, ohne eine Trennung, an den Verbraucherkreislauf angekoppelt sein. Bei dieser Version gibt es keinen Wärmetauscher.
Wie die Auslegung der Übergabestation beim Verbraucher beschaffen ist, richtet sich dabei in erster Linie nach dem Wärmebedarf für das Brauchwasser, weniger nach dem primären Bedarf an Heizwärme. Der Grund: In größeren Trinkwarmwasser-Anlagen soll das Wasser am Speicheraustritt 60 Grad Celsius nicht unterschreiten, um der Vermehrung von Legionellen vorzubeugen (DVGW-Arbeitsblatt W 551).
Fernwärme – was ist das? Fernwärme wird zentral in Kraftwerken erzeugt und an die Haushalte in der Nähe geliefert. Es… weiterlesen
