Kommunaler Wärmeplan: Potenzialanalyse

Die Ermittlung der Einsparpotenziale durch Gebäudeeffizienz einerseits und der lokalen erneuerbaren Potenziale zur Wärmeerzeugung andererseits ist weitestgehend abgeschlossen. Änderungen und Ergänzungen können im Projektverlauf jedoch weiterhin vorgenommen werden. Die nachfolgenden Ergebnisse sind somit als vorläufig zu betrachten.

Vorgehensweise

Bei der Betrachtung von Potenzialen ist zu beachten, dass nicht alle theoretischen Potenziale auch tatsächlich erschließbar sind. Werden technische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen berücksichtigt, grenzt sich das theoretische Gesamtpotenzial im Laufe der Untersuchungen und nachfolgenden Planungen immer weiter auf das erschließbare Potenzial ein. Die nachfolgend aufgezeigten Potenziale sind vorwiegend als theoretisch/technische Potenziale zu verstehen.

Bedarfssenkung durch Steigerung der Energieeffizienz der Gebäude

Die Einsparung des Wärmebedarfs durch Verbesserung des Wärmeschutzes und der haustechnischen Anlagen stellt ein bedeutendes Potenzial dar, das jedoch nur über einen sehr langen Zeit­raum vollständig auszuschöpfen ist. Durch Effizienzmaßnahmen konnte ein langfristiges Einsparpotenzial für Wohn- und Nichtwohngebäude von circa 36 Prozent ermittelt werden. Bis zum Jahr 2045 liegt das Einsparpotenzial bei circa 14 Prozent (160 Gigawattstunden). Angenommen wurde eine durchschnittliche jährliche Sanierungsrate von 1,5 Prozent. Zum Vergleich: Die Sanierungsrate in Deutschland lag laut einer Marktdatenstudie der B+L Marktdaten Bonn in den ersten drei Quartalen 2024 bei 0,72 Prozent. Im Geoportal ist das Einsparpotenzial von Gebäudeblöcken bis 2045 abgebildet:

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Erfassung lokaler erneuerbarer Potenziale zur Wärmeversorgung

Solare Wärmebereitung auf Dachflächen

Zur Potenzialermittlung der dezentralen solaren Wärmebereitung wurde auf das Solardachkataster der Stadt Trier zurückgegriffen, in dem die potenziellen Erträge dachflächenscharf dargestellt werden.

Für die solare Wärmeerzeugung können solarthermische Anlagen oder Photovoltaikanlagen in Verbindung mit elektrischen Wärmebereitern (Power-to-Heat) genutzt werden. Zur Abschätzung des Potenzials wurden Wärmebedarfe der einzelnen Gebäude der potenziellen solaren Erzeugung gegenübergestellt. Insgesamt beläuft sich das ermittelte Potenzial zur Wärmebereitung aus Solarenergie auf geeigneten Dachflächen auf rund 99 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr. Das Potenzial einzelner Gebäudeblöcke ist auch im Geoportal abrufbar:

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Solare Wärmebereitung auf Freiflächen

Die solarthermische Wärmebereitung auf Freiflächen eignet sich zur Speisung von Wärmeversorgungsnetzen. Solarthermische Freiflächen-Anlagen werden in bivalenten Wärmeerzeugungsanlagen betrieben. Hierbei dient die Solaranlage zur Grundlastdeckung.

Gut geeignete Potenzialflächen sind in der Regel Konversionsflächen und Seitenrandstreifen von Autobahnen und Schienenwegen. Generell eignen sich ebenso landwirtschaftliche Flächen, hierbei ist allerdings eine mögliche Flächenkonkurrenz durch bspw. Lebensmittelproduktion zu beachten.

Der 2023 beschlossene Steuerungsrahmen für Photovoltaik-Freiflächenanlagen soll Nutzungskonflikte, insbesondere mit der Landwirtschaft, minimieren und geeignete Standorte im Stadtgebiet definieren. Kriterien wie maximal 10 Hektar pro Solarpark, ein Kilometer Mindestabstand zwischen zwei Anlagen und maximal 50 Hektar Gesamtfläche bieten Orientierung für Eigentümer und Projektierer. Eine Übereinstimmung mit den Kriterien garantiert jedoch keine Genehmigung. Für die Umsetzung sind Änderungen im Flächennutzungsplan sowie eine standortbezogene Einzelfallprüfung erforderlich.

Oberflächennahe Geothermie

Unter Oberflächennaher Geothermie wird die Wärmeerzeugung mithilfe der Wärme aus dem Erdreich verstanden. Diese kann als effiziente Wärmequelle für Wärmepumpen genutzt werden. Nutzbar ist diese für die Versorgung von Wärmenetzen (Erdwärmefelder) oder in dezentralen Anlagen zur Versorgung einzelner Gebäude. Technisch wird die Erdwärmenutzung mithilfe von Erdkollektoren oder Erdwärmesonden (bis 400 Meter Bohrtiefe) umgesetzt. Einschränkungen der Erdwärmenutzung werden vor allem durch den Flächenbedarf verursacht. Die Potenziale zur dezentralen Wärmeerzeugung aus oberflächennaher Geothermie wurden innerhalb der Grundstücksgrenzen unter Berücksichtigung der durch Gebäude bebauten Flächen und Zuschlägen für weitere Flächenversiegelung ermittelt

Im Geoportal ist das Potenzial der Wärmegewinnung aus oberflächennaher Geothermie je nach Gebäudeblock veranschaulicht:

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Einschränkungen des Potenzials können sich durch Grabungsschutzzonen und durch die wasserrechtliche Erlaubnisfähigkeit ergeben. Das abgeschätzte Potenzial beträgt circa 320 GWh pro Jahr

Feste Biomasse

Holz ist ein kurzfristig verfügbarer erneuerbarer Energieträger. Die Potenziale des Waldes auf Trierer Gemarkung gelten hinsichtlich stofflicher wie auch energetischer Nutzung jedoch als weitestgehend erschlossen.

Abwasserwärme

Abwasserwärme kann sowohl aus dem Abwasserkanal als auch aus dem Auslauf der Kläranalage genutzt werden. Mit Wärmetauschern wird dem Abwasser Wärme entzogen und als effiziente Quelle für eine Wärmepumpe eingesetzt. Diese Art der Wärmeerzeugung ist für die Einspeisung in Nah- und Fernwärmenetze sowie Inselnetzen sehr gut geeignet. Das nutzbare Wärmepotenzial am Ablauf der Kläranlage des Hauptklärwerks Trier-Nord wird auf circa 20 GWh pro Jahr abgeschätzt.

Potenzielle Standorte für Wärmetauscher zur Nutzung von Abwasserwärme. Zum Vergrößern bitte auf die Grafik klicken!

Wie in der Abbildung aufgezeigt, wurden für die Potenzialabschätzung der Abwasser­wärme­nutzung aus Abwasserkanälen beispielhafte mögliche Wärmetauscher-Standorte betrachtet. Die Standorte wurden aufgrund des räumlichen Zusammenhangs zwischen Wärmeerzeugung und potenziellen -abnehmern, gewählt. Darüber hinaus wurden Kanalabschnitte gewählt, wel­che voraussichtlich den Einbau von Wärmetauschern ermöglichen sowie einen hohen konstanten Volumenstrom aufweisen und somit aus wirtschaftlicher Sicht geeignet er­scheinen. An Standort 1 werden mehrere Sammler vereinigt. Das Wärmepotenzial in Verbindung mit Wärmepumpen beläuft sich auf 1,5 GWh pro Jahr. Standort 2 ist am Hauptsammler, welcher zur Kläranlage Nord führt. Das theoretische Wärmepotenzial des Standorts 2 wird in Ver­bindung mit Wärmepumpen auf jährlich 4,7 GWh geschätzt. Die Abwasserpotenziale unterliegen Einschränkungen, wie bspw. dem Zustand und der Bauweise des Abwasserkanals, und müssen im Einzelfall beurteilt werden.

Klärschlammverbrennung

Für an der Kläranlage Nord anfallenden Klärschlamm werden derzeit neue Verwertungswege gesucht. Neben weiteren Verwertungsoptionen wird ebenso eine Klärschlammverbrennung untersucht. Bei dabei  entstehende Wärme könnte ausgekoppelt und in einem Wärmenetz zentral eingespeist werden. Das Potenzial wird auf bis zu 10 GWh pro Jahr geschätzt

Erzeugung von Klär- und Biogas

Die Potenziale zur Klärgasgewinnung durch Klärschlammfaulung in der Kläranlage Trier-Nord sind ausgeschöpft. Verfügbare Potenziale zur Biogaserzeugung aus landwirtschaftlichen Rückständen oder Erzeugnissen auf Trierer Gemarkung konnten nicht ermittelt werden. Die Verwertungswege von biologisch verwertbaren Abfällen der Stadt Trier sind etabliert. Von freiwerdenden Kapazitäten ist in naher Zukunft nicht auszugehen.

Die Stadtwerke Trier (SWT) speisen derzeit Biomethan aus regionalem Bezug in das Erdgasnetz ein. Das Biomethan wird in den KWK-Anlagen bilanziell zur Erzeugung von Strom und Wärme in Wärmenetzen und Wärme-Inseln eingesetzt. Durch langfristige Lieferverträge mit Erzeugern des Biomethans könnte die Einspeisung bis 2030 auf 200 GWh/a gesteigert werden.

Wärmenutzung von Oberflächengewässern

Oberflächengewässer können zur Wärmebereitung als effiziente Quelle für Wärmepumpen eingesetzt werden. Bei der Wärmeauskopplung aus Fließgewässern werden meist Bauwerke errichtet, welche als Bypass zum Flussverlauf dienen. Das abgeleitete Wasser wird durch einen Wärmetauscher geführt und Wärme entzogen. Der Schutz der Gewässerökologie wird durch eine entsprechend geringe Ableitung eines Teilstroms in Verbindung mit geringer Abkühlung sichergestellt. Für die Errichtung eines Bypass-Systems sind entsprechende Bauwerke nötig. Diese sind vor allem an bereits bestehenden (Kanaleinläufen oder Staustufen) genehmigungsfähig. Potenziale wurden für Mosel, Kyll und Ruwer ermittelt. Unter Entnahme des Teilvolumenstroms in Höhe von 10 Prozent und einer Abküh­lung von 3 Grad konnten die folgenden potenziellen Wärmemengen (in Verbindung mit Wärme­pumpen) ermittelt werden:

Mosel
Potenzieller Standort: Moselstaustufe Trier
Geschätzte Wärmemenge: 550 GWh pro Jahr

Kyll
Potenzieller Standort: Kanal Ehrang
Geschätzte Wärmemenge: 26 GWh pro Jahr

Ruwer
Potenzieller Standort: Staustufe Ruwer
Geschätzte Wärmemenge: 3,3 GWh pro Jahr

Industrielle Abwärme

Unvermeidbare Abwärme aus Industrieprozessen kann in Nah- oder Fernwärmenetzen eingespeist oder zur Erzeugung von Kälte eingesetzt werden. Darüber hinaus ist die Nutzung auf Quartiersebene möglich. Für die Erhebung der möglichen Wärmenutzung von unvermeidbarer Abwärme wurden relevante Akteure mittels Fragebogen kontaktiert oder direkt angesprochen. Im Rahmen der Abfrage konnten keine Betriebe ermittelt werden, die nutzbare Abwärme zu Verfügung haben, diese noch nicht selbst nutzen oder nutzen wollen und bereit sind, diese in ein Wärmenetz einzuspeisen.

Synthetische Gase

Von einer flächendeckenden überregionalen Verfügbarkeit von erneuerbar erzeugten synthetischen Gasen (Wasserstoff) ist derzeit nicht auszugehen. Prinzipiell ist die lokale Erzeugung synthetischer Gase mittels Power-to-Gas Anlagen möglich, aus technischen und v. a. wirtschaftlichen Gründen dürften Brenn­stoffe aus diesen Verfahren kurz- und mittelfristig jedoch ausschließlich für die Sektoren Verkehr und Industrie (Hochtemperaturprozesse) zur Anwendung kommen.

Umweltwärme Luft

Elektrisch betriebene Wärmepumpen mit Außenluft als Wärmequelle stellen eine vergleichsweise leicht zu realisierende Wärmeerzeugung, jedoch mit verringerter Effizienz, dar. Herausforderungen entstehen durch die Schallemissionen der Außeneinheit und den Flächenbedarf. Durch Wärmepumpen wird eine zusätzliche Belastung für das Stromnetz verursacht. Daher ist die Nutzung effizienter Quellen (Erdwärmesonden, Abwasserwärmetauscher) für Wärmepumpen zu bevorzugen. Bei dezentralen Systemen eignen sich Wärmepumpen am besten für Objekte mit geringerem Wärmebedarf und niedrigen Vorlauftemperaturen, können aber zunehmend auch für durchschnittliche Bedarfe und Temperaturen im Bestand verwendet werden. Günstig ist außerdem lokal, z.B. aus PV-Anlagen, erzeugter Strom, der zumindest teilweise für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden kann. Ein Potenzial kann nicht beziffert werden, da der Einsatz unter den genannten Herausforderungen immer möglich ist.

Gegenüberstellung erfasster Potenziale

Die nachfolgende Grafik zeigt die Höhe der jeweils ermittelten lokalen Potenziale innerhalb der Gemarkungsgrenzen der Stadt Trier auf.

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Hierbei ist zu beachten, dass die einzelnen Potenziale nicht einfach aufsummiert werden können, um den Bedarf zu decken. Zu beachten ist zudem, dass die Potenziale ggf. untereinander konkurrieren und nicht technisch oder wirtschaftlich gleichwertig erschlossen werden können. Vor der Nutzung der genannten Potenziale sind häufig weitere Untersuchungen zur technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit notwendig.