Die Potenzialanalysen zur Wärmeplanung

Die oberflächennahe Geothermie nutzt die in den oberen 400 Metern des Untergrunds gespeicherte Wärme mit Temperaturen von 10 bis 20°C, die über Erdwärmesonden oder Erdkollektoren erschlossen wird. Letztere sind in hochverdichteten Stadtbereichen aufgrund der geringen Flächeneffizienz eher ungeeignet, sodass in Berlin überwiegend Erdwärmesonden zum Einsatz kommen. Eine weitere Option ist die Nutzung des Grundwassers aus oberflächennahen Schichten für den direkten Wärmeentzug in offenen Brunnensystemen. In jedem Fall hebt eine Wärmepumpe die Temperatur auf 35 bis 65°C für Heizung und Warmwasser an. In Berlin ist diese Technologie besonders für Ein- und Zweifamilienhäuser sowie Neubaugebiete und kleinere Nahwärmenetze in Quartieren geeignet. Allerdings ist das Potenzial durch Wasserschutzgebiete, Flächenkonkurrenzen und Genehmigungsauflagen zur Bohrtiefe begrenzt. Eine Kombination geothermischer Anlagen mit Gebäudekühlung oder Solarthermie kann die Systemeffizienz steigern, indem der Untergrund im Sommer mit überschüssiger Wärme ‚regeneriert‘ wird.

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Die mitteltiefe und tiefe Geothermie erschließt Aquifere in einer Tiefe ab 400 Metern. Über eine Dublette als offenes System mit einer Förder- und einer Reinjektionsbohrung lassen sich Wärmeleistungen von mehreren Megawatt realisieren. Das technische Potenzial an mitteltiefer und tiefer Geothermie im Berliner Untergrund ist bisher nicht exakt quantifiziert. Die aktuellen Erkenntnisse lassen vermuten, dass perspektivisch bis zu einem Fünftel des Berliner Wärmebedarfs mit mitteltiefer und tiefer Geothermie zur Verfügung gestellt werden könnte. In 1.500 bis 2.000 m Tiefe werden ergiebige Thermalwasservorkommen mit Temperaturen von mindestens 55°C erwartet. Die Potenziale eignen sich aufgrund der hohen Leistung und des Temperaturniveaus zur Einspeisung in große Wärmenetze. Aktuell werden im Rahmen der Roadmap Tiefe Geothermie Berlin Tiefenbohrungen und seismische Messungen vorbereitet, um das gesamtstädtische Potenzial genauer zu erkunden und erste Anlagen in Betrieb zu nehmen.

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Unter Gewässerthermie wird die Nutzung von Wärme aus Flüssen, Seen und Kanälen für die Wärmeversorgung insbesondere über Wärmenetze in Verbindung mit Wärmepumpen verstanden. Gewässerthermie kann vor allem in dicht besiedelten urbanen Räumen eine relevante Option für eine klimaneutrale Wärmeversorgung sein. Viele Gewässer haben eine weite Ausdehnung über das Stadtgebiet und befinden sich oftmals in räumlicher Nähe zu Wärmenetzen. Zudem benötigen die technischen Anlagen vergleichsweise wenig Fläche. Häufig sind alte Gewerbeflächen oder Standorte fossiler (Heiz-)Kraftwerke direkt an Fließgewässern gelegen, sodass die vorhandene Infrastruktur teilweise genutzt werden könnte. Die berlinweiten Wärmepotenziale aus Fließgewässern werden aktuell über eine Modellerweiterung des landeseigenen ‚Berechnungs- und Informationssystem Berliner Oberflächengewässer‘ (BIBER) ermittelt. Der notwendige Gewässerschutz erfordert jedoch eine systemische, interdisziplinäre Betrachtungsweise, die energiewirtschaftliche Nutzungsinteressen mit ökologischen Anforderungen in Einklang bringt. Der sommerliche Entzug von Wärme aus den Gewässern ist auch eine Chance für deren ökologische Aufwertung.

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Abwärme aus Industrie, Rechenzentren oder der Abfallverbrennung bietet ein erhebliches Potenzial für die Wärmeversorgung. In Berlin fallen aktuell 1.200 bis 1.800 GWh pro Jahr an, wobei Rechenzentren mit etwa 400 GWh pro Jahr einen bedeutenden Anteil ausmachen. Zukünftig ist eine deutliche Zunahme – eine Verdopplung bis potenziell Verdreifachung – der Abwärmemenge zu erwarten – vor allem wegen des erwarteten Zubaus an Rechenzentren. Die Nutzung von Abwärme erfordert in der Regel Wärmepumpen, da die Temperaturen der Abwärmeströme häufig unter 65°C liegen. Die Verteilung von Abwärmeaufkommen im Stadtgebiet und die Menge an Abwärme pro Standort unterscheidet sich je nach Abwärmequelle deutlich. Die Abwärme aus größeren Rechenzentren und die Restwärme im Rauchgas der Müllverbrennungsanlage verteilen sich nur auf wenige Standorte und sind aufgrund der Potenzialhöhe in der Regel nur für die Einbindung in große Wärmenetze interessant. Die Potenziale an Abwärme aus U-Bahn-Stationen fallen hingegen sehr kleinteilig und verteilt über das Stadtgebiet an. Diese Wärmequelle kommt damit durchaus für die Einzelgebäudeversorgung oder auch für eine Integration in ein kleineres warmes oder kaltes Wärmenetz in Frage.

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Abwasser bietet aufgrund des ganzjährig relativ konstanten Temperaturniveaus von 12 bis 20°C und der breiten Verfügbarkeit im Stadtgebiet ein bedeutendes Potenzial für eine nachhaltige Wärmeversorgung. Über Wärmetauscher in Kanälen oder Druckleitungen wird dem Abwasser Wärme entzogen, die dann mithilfe von Wärmepumpen auf ein nutzbares Niveau für Heizung und Warmwasser angehoben wird. Auch das geklärte Abwasser transportiert viel Wärme. Das theoretische Potenzial liegt insgesamt bei etwa 300 MW Entzugsleistung, wobei sich dieses auf Kanäle, Abwasserdruckleitungen und Klärwerksableiter zu etwa gleichen Anteilen aufteilt. Besonders Abwasserdruckleitungen und Klärwerksableiter eignen sich für größere Projekte, etwa zur Einspeisung in Quartiers- oder Fernwärmenetze. Eine besondere Herausforderung bei der Erschließung der Potenziale in Abwasserdruckleitungen liegt in der Kopplung der Sanierungszyklen mit dem Einbau von Wärmetauschern, da außerhalb des Sanierungszyklus deutliche Mehrkosten und andere Belastungen durch erneute Tiefbauarbeiten entstehen. Die Nutzung von Abwasserwärme in geeigneten Kanälen ist hingegen einfacher zu realisieren.

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Solarthermie bietet ein großes theoretisches und auch technisches Potenzial für eine nahezu emissionsfreie Wärmeversorgung. Die Technologie nutzt die Sonnenenergie und wandelt sie über Kollektoren (Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren) in Wärme um. Auch wenn in den letzten Jahren im Bundesgebiet vermehrt große Solarthermieanlage errichtet wurden, die sehr günstig Wärme in Wärmenetze einspeisen, wird das erschließbare Potenzial in Berlin von vielen Akteuren dennoch als eher gering eingeschätzt. Denn abseits von der solarthermischen Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung für Einzelgebäude ist die Bereitstellung höherer Anteile von Solarthermie für die Wärmeversorgung Berlins mit großen Herausforderungen verbunden. An erster Stelle steht die zeitliche Diskrepanz zwischen Wärmebedarf und Wärmeverfügbarkeit. Solarthermie liefert die Energie vor allem im Sommer, geheizt wird im Winter. Eine weitere Herausforderung liegt außerdem in der Flächenverfügbarkeit und der Flächenkonkurrenzen zu Photovoltaik oder Gründächern. Für die Herausforderungen gibt es jeweils Lösungsansätze: Der Ausbau und Einsatz von saisonalen Speichern, kombinierte PVT-Hybrid Kollektoren (Photovoltaik-Thermie Hybrid-Kollektoren) oder eine multicodierte Flächennutzung. In Kombination mit Geothermie kann überschüssige Solarthermie im Sommer auch zur Regenation von Erdwärmesonden genutzte werden.

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Biomasse ist eine prinzipiell sehr begrenzte Ressource, deren energetische Nutzung oft in Konkurrenz zu Lebens- bzw. Futtermittelproduktion, stofflicher Verwertung oder ökologischen Zielen steht. Zwar gilt sie gemäß Wärmeplanungsgesetz als klimaneutral, doch bei der Verbrennung wird CO₂ freigesetzt – hierbei entsteht bis zur erneuten Bindung durch nachwachsende Pflanzen eine jahrzehntelange ‚Kohlenstoffschuld‘. Zudem sind Feinstaub- und NOₓ-Emissionen sowie Logistikbelastungen negative Auswirkungen einer zu starken Nutzung von Biomasse im Energiesystem, die sich vor allem in Städten bemerkbar machen. Leitungsgebundene Bioenergie wie grünes Methan ist teuer und nur in geringen Mengen verfügbar. Gleichzeitig bietet Biomasse für das Wärmeversorgungssystem Vorteile: Sie ist lagerfähig, flexibel einsetzbar und kann bestehende Wärmenetze oder unsanierte Gebäude mit hohem Temperaturanforderungen effizient versorgen.

Um negative Auswirkungen der energetischen Biomassenutzung zu minimieren gilt es, das Kaskadenprinzip zu berücksichtigen: Biomasse sollte zuerst als Lebensmittel und stofflich (z. B. als Baumaterial) und erst danach energetisch genutzt werden. Das führt zu einem notwendigen Fokus auf biogene Abfall- und Reststoffe. Die Priorität für den Einsatz dieser wertvollen Ressource sollte dabei in schwer zu dekarbonisierenden Bereichen wie Industrie oder Fernwärme liegen – nicht in dezentralen Heizungen.

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Grüner Wasserstoff und grünes Methan können perspektivisch als klimaneutrale Brennstoffe für die Spitzenlastabdeckung in Wärmenetzen oder Industrieprozessen genutzt werden. In Berlin gibt es jedoch derzeit keine nennenswerte Produktion von grünem Wasserstoff. Auch zukünftig ist von einer begrenzten Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff auszugehen. Für die erste Phase eines Ausbaus der Wasserstoffinfrastruktur (bis 2032) hat sich die NBB Netzgesellschaft Berlin-Brandenburg gegenüber der Bundenetzagentur verpflichtet, ein sogenanntes “Startnetz” zu etablieren, das Großverbraucher bzw. die großen Heizkraftwerke der BEW Berliner Energie und Wärme mit Wasserstoff versorgen soll. Später könnte eine Erweiterung und die Versorgung weiterer Großverbraucher folgen. Der Einsatz von Wasserstoff in Berlin ist daher im Wärmesektor zunächst ausschließlich für Heiz(kraft)werke absehbar, um dort Strom- und Wärmelastspitzen an kalten Tagen sowie zu Zeiten geringer Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien abzusichern. Von einer flächendeckenden dezentralen Wärmeversorgung von Einzelgebäuden durch Wasserstoff wird aktuell nicht ausgegangen.

Auch Biomethan wird langfristig stark begrenzt und damit absehbar teuer bleiben. Zwar kann davon ausgegangen werden, dass bestehende Biogasanlagen in Brandenburg teilweise auf eine Biomethanaufbereitung umstellen werden und demnach mehr Biomethan als bislang in das überregionale Gasnetz eingespeist werden wird, die Bedingungen für eine nachhaltige Biomassenutzung sind aber auch hier einzuhalten. Eine Machbarkeitsuntersuchung der GASAG geht davon aus, dass unter geeigneten Rahmenbedingungen langfristig etwa 1,5 TWh an Biomethan für Berlin über die bestehenden Transportleitungen zur Verfügung gestellt werden könnten.

Erneuerbare Wärmequellen wie Solarthermie, Abwasser oder Rechenzentren liefern oft mehr Energie, als sofort benötigt wird – besonders im Sommer. So entstehen in Wärmenetzen mit hohen Anteilen an erneuerbarer Energie und Abwärme im Sommer Überschüsse. Im Winter, wenn der Bedarf am höchsten ist, reicht das Angebot oft nicht aus. Saisonale Wärmespeicher können diese Lücke teilweise schließen: Sie speichern überschüssige Wärme langfristig und geben sie bei Bedarf ab. So kann das Berliner Potenzial an erneuerbaren Energien und Abwärme umfassender genutzt werden. Auch Wärmespeicher mit kürzeren Speicherzyklen spielen eine tragende Rolle, um Angebot und Nachfrage abzugleichen und Wärmeversorgungssysteme betriebswirtschaftlich zu optimieren.

Der Einsatz von Wärmespeichern in Fernwärmenetzen und im Rahmen von Quartierskonzepten ist von besonderer Bedeutung. Hier können Aquiferspeicher zum Einsatz kommen. Unterirdische, wasserführende Schichten, sogenannte Aquifere, bieten ein großes Potenzial: Bei immensen Speicherkapazitäten benötigen sie oberirdisch kaum Fläche und sind ideal für dicht bebaute Städte. Aktuell fehlen jedoch flächendeckende Daten zur Eignung des Berliner Untergrunds. Die Roadmap Geothermie soll diese Lücken schließen. Erste Erfahrungen sammelt das Projekt GeoSpeicherBerlin in Adlershof, wo bis 2027 ein 30-GWh-Speicher entstehen soll.

Wärmespeicher sind damit ein zentraler Baustein für eine klimaneutrale, flexible und kosteneffiziente Wärmeversorgung Berlins.

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