Transformationsplan für Wärmenetze (BEW-Förderung)

Was ist ein Transformationsplan?

Der Neubau von Wärmenetzen mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien und auch die Dekarbonisierung von bestehenden Wärmenetzen wird im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) gefördert. Ein Transformationsplan zeigt den Weg auf, wie ein Wärmenetz bis spätestens 2045 Treibhausgasneutralität erreicht. Dazu sind der IST-Zustand, der treibhausgasneutrale SOLL-Zustand in 2045 sowie die Wegmarken dorthin auszuarbeiten. Bei der BEW-Förderung wird zwischen Transformationsplänen und Machbarkeitsstudien unterschieden: Transformationspläne werden für bestehende Wärmenetze ausgearbeitet, wohingegen Machbarkeitsstudien für neue Wärmenetze durchgeführt werden.

Unterschied eines Transformationsplans zu einer Machbarkeitsstudie

Im Merkblatt des BAFAs werden die Begriffe "Machbarkeitsstudie" und "Transformationsplan" unterschieden und definiert: Die Machbarkeitsstudie stellt ein Dokument dar, welches die grundsätzliche wirtschaftliche und technische Umsetzbarkeit

• von neu zu bauenden Wärmenetzen darlegt (Machbarkeitsstudie), oder
• eines treibhausgasneutralen Zielbildes von bestehenden Wärmenetzen darlegt (Transformationsplan)

und dabei einen Weg zur Treibhausgasneutralität des Wärmenetzes bis 2045 skizziert. Darin enthalten sind bereits Vorbetrachtungen sowie die Grundlagenermittlung angelehnt an die Leistungsphase 1 der HOAI. Eine Machbarkeitsstudie bezieht sich also auf ein neu zu errichtendes Wärmenetz, wohingegen sich der Transformationsplan auf das Zielbild eines bestehenden Wärmenetzes bezieht.

Neubau eines Wärmenetzes oder Transformation eines bestehenden Wärmenetzes?

Auch die Unterscheidung zwischen Neubau und Transformation ist in den Merkblättern zum BEW definiert: Der Neubau eines Wärmenetzes ist hierbei entweder die erstmalige Errichtung eines Wärmenetzes oder die Erweiterung eines bestehenden Wärmenetzes. Die Erweiterung eines bestehenden Netzes gilt nur als Neubaunetz, wenn die Wärmeeinspeisemenge des zu erweiternden Teils des Wärmenetzes zu maximal 20% aus dem bereits bestehenden Bestandsnetz bereitgestellt wird. Die Transformation eines Wärmenetzes ist dahingegen der Umbau oder die Erweiterung eines bestehenden Wärmenetzes. Bei einer Erweiterung handelt es sich nur um eine Wärmenetz-Transformation, wenn die gesamte Wärmeeinspeisemenge des zu erweiternden Teils zu mehr als 20% aus dem bereits bestehenden Wärmenetz bereitgestellt wird. Die Planungen und Berechnungen müssen sich bei Transformationsplänen auf das komplette Wärmenetz beziehen.

Welche Wärmeerzeuger werden gefördert?

Als förderfähig gelten die folgenden Wärmeerzeugungstechnologien:

• Solarthermie,
• Wärmepumpen zur Nutzung von Umweltwärme (Luft, Oberflächengewässer, Abwasser, oberflächennahe Geothermie, Tiefengeothermie, Abwärme, PVT-Kollektoren),
• Tiefengeothermie (wenn nur zur Wärmeversorgung verwendet),
• feste Biomasse (es gelten Einschränkungen), sowie
• Einbindung von Abwärme.

Nicht förderfähige Anlagen werden als Biomasse bzw. erneuerbare Energie anerkannt, wenn ausschließlich Biomethan (bilanziell), Biogas, Klärgas oder Deponiegas verwendet werden.

Welche Anlagen sind nicht förderfähig?

Anlagen zur Verbrennung von grünem Wasserstoff und synthetischen Brennstoffen sind grundsätzlich nicht förderfähig. Anlagen zur direktelektrischen Erzeugung von Wärme aus Strom (z.B. elektrische Heizstäbe oder Elektrodenkessel) sind nicht förderfähig (es sei denn, der eingesetzte Strom stammt zu 100% aus erneuerbaren Energien, wobei Zertifikate nicht anerkannt werden).

Wann gilt ein Wärmenetz als treibhausgasneutral?

Ein Wärmenetz gilt als treibhausgasneutral, wenn die gesamte Wärmeeinspeisung in das Wärmenetz von förderfähigen Wärmeerzeugungsanlagen stammt (oder von mit erneuerbaren Energien befeuerten KWK- oder Kessel-Anlagen). Ein einfacher Umstieg auf Wasserstoff oder synthetische Brennstoffe gilt daher nicht als treibhausgasneutral. Beim Einsatz von Wasserstoff oder synthetischen Brennstoffen ist ein Umstieg von bis zu maximal 50% der Wärmeeinspeisemenge zulässig. Hierbei ist zu beachten, dass Anlagen zur Verbrennung von grünem Wasserstoff und synthetischen Brennstoffen nicht förderfähig sind.

Förderkriterien für die Antragsstellung

Bei der Antragstellung für eine Machbarkeitsstudie oder einen Transformationsplan werden die folgenden Kriterien herangezogen:

• Anteil erneuerbarer Energien (inkl. Abwärme),
• Zielbild der Treibhausgasneutralität bis 2045,
• maximaler Biomasseanteil (abhängig von Netzgröße),
• Mindestgröße des Netzes,
• maximales Temperaturniveau,
• maximaler Anteil fossil befeuerter Kesselanlagen, sowie
• die bereits bestehende Untersuchungs-/Planungstiefe.

Die Kriterien lauten im Einzelnen wie folgt:
Treibhausgasneutrales Zielbild bis 2045: Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie oder eines Transformationsplans ist ein Pfad zu beschreiben, wie das Wärmenetz bis zum Jahr 2045 Treibhausgasneutralität erreichen wird. Hierbei ist nicht nur das Zielszenario zu skizzieren, sondern auch die drei Zwischenschritte in den Jahren 2030, 2035, und 2040.
Maximaler Biomasseanteil: Bestimmte maximale Anteile an Biomasse dürfen im Wärmenetz nicht überschritten werden. Für kleine Wärmenetze (bis zu 20 km) können dies 100% sein. Für mittelgroße Netze (20-50 km) maximal 25% (zum Zielbild 2045), und für große Netze (über 50 km) maximal 15%.
Mindestgröße: Das Netz muss mindestens 17 Gebäude oder 101 Wohneinheiten versorgen.
Maximales Temperaturniveau: Bei neuen Wärmenetzen (Machbarkeitsstudie) darf das maximale Temperaturniveau 95°C im Vorlauf zu keinem Zeitpunkt überschreiten. Bei Bestandsnetzen (Transformationsplan) muss ein Temperaturniveau von über 95°C im Zielbild 2045 gesondert begründet werden.
Maximaler Anteil fossil befeuerter Anlagen: Für neue Netze (Machbarkeitsstudie): Der Anteil gas- oder ölbefeuerter Kesselanlagen darf maximal 10% aufweisen. Inklusive KWK-Anlagen (gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung) darf der maximale Anteil gas- und ölbefeuerter Anlagen an der eingespeisten Wärmemenge 25% nicht überschreiten. Sowohl für neue Wärmenetze (Machbarkeitsstudie) als auch bestehende Wärmenetze (Transformationsplan) muss dargelegt werden, wie der Anteil fossil befeuerter Kessel- und KWK-Anlagen bis 2045 vollständig ersetzt werden soll.
Bereits bestehende Untersuchungs-/Planungstiefe: Bereits bei der Beantragung müssen erste quantitative Vor-Untersuchungen und Ideenkonzeptionierungen vorliegen.

Was muss eine Machbarkeitsstudie oder Transformationsplan beinhalten?

Der Detaillierungsgrad einer Machbarkeitsstudie (Planung eines neuen Wärmenetzes) ist vergleichbar mit der Leistungsphase 1 der HOAI. Folgende Mindestinhalte sind hierbei zu bearbeiten:

1.) IST-Analyse des Untersuchungsgebiets

Zentral bei der IST-Analyse ist die Wärmebedarfsermittlung der Gebäude, die angeschlossen werden sollen. Hierbei müssen Neubauten, Bestandsgebäude, Gewerbeeinheiten und Industriebetriebe berücksichtigt werden. Das Merkblatt zum BEW-Gesetz sieht hierbei eine tabellarische Form mit folgenden Daten vor:

• Art der jeweiligen zu versorgenden Endkunden (Wohnen, Industrie, ...)
• Anzahl der zu versorgenden Endkunden
• Anzahl der Gebäude und Wohneinheiten
• Anzahl und technische Kennzahlen der Übergabestationen
• Wärmebedarf der jeweiligen Endkunden
• Temperaturniveau des jeweiligen Endkunden
• Derzeitige Art der Wärmeversorgung des Endkunden

Bei Transformationsplänen sind außerdem die Art des Anschlusses (neu oder bestehend) sowie die Art des Gebäudes anzugeben. Ferner ist eine räumliche Darstellung des Untersuchungsgebietes zu erstellen. Bei der Erweiterung eines Wärmenetzes (Machbarkeitsstudie) sind außerdem Daten zum bestehenden Wärmenetz anzugeben. Gleiches gilt für Transformationsstudien, wo eine IST-Analyse des Wärmenetzes zu erfolgen hat. Diese muss die folgenden Parameter umfassen:

• Hydraulische Betriebsbeschreibung und Druckniveaus (Auslastungen, Engpässe und Reserven)
• Temperaturfahrkurven (Vorlauf und Rücklauf)
• Netzart
• Art der Rohrleitung
• Rohrdimensionen
• Leitungslängen (Verteilleitungen und Hausanschlussleitungen)
• Dämmstandard
• Anzahl und Größe von Wärmespeichern und deren Betriebsweise
• Anzahl der Wärmeerzeugungsanlagen
• Energieträger je Wärmeerzeuger
• Leistung je Wärmeerzeuger
• Wärmeeinspeisemenge je Wärmeerzeuger
• Anlagentyp je Wärmeerzeuger (bspw. KWK oder Kessel)
• Wärmequelle des Wärmeerzeugers (vor allem im Hinblick auf Wärmepumpen)

2.) Potentialermittlung erneuerbarer Energien und Abwärme

Für die Potentialermittlung sind alle im Antrag aufgeführten erneuerbaren Energien und Abwärmequellen näher zu diskutieren, insbesondere im Hinblick auf ihre Verfügbarkeiten. Die erneuerbaren Wärmequellen sind hierbei Solarthermie, Geothermie, Umweltwärme (bspw. Luft, Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden, Grundwasser, Flusswasser, Seewasser, Abwasser) und Biomasse. Für Solarthermie ist beispielsweise die Flächenverfügbarkeit zu prüfen (bspw. Freiflächen, Dächer, Deponien). Dies umfasst auch notwendige Gespräche mit den Flächeneigentümern zur Klärung, ob diese prinzipiell bereit sind ihre Flächen zur Verfügung zu stellen. Bei Geothermie soll das Fündigkeitsrisiko im Rahmen von geologischen und seismischen Untersuchungen minimiert werden und ein geeigneter Bohrplatz für die Anlage ermittelt werden. Bei Umweltwärmequellen ist die Nutzbarkeit der Wärmequelle zu prüfen, insbesondere geologische und hydrologische Bedingungen. Dazu kann eine Probebohrung durchgeführt werden. Sofern Biomasse Teil der Wärmeversorgung ist, gilt es die Verfügbarkeit dieser zu prüfen und hierbei die Herkunft und den logistischen Aufwand (Transport und Lagerung) in der Analyse mit einzubeziehen. Für Abwärme muss der der Prozess in der Industrie oder im Gewerbe konkret beschrieben werden einschließlich der relevanten technischen Parameter (Wärmemenge, Temperaturniveau, Verfügbarkeiten, Abhängigkeit von der Produktion). Der Industrieprozess ist ferner unter dem Gesichtspunkt der internen Prozessoptimierung durch Effizienzmaßnahmen zu bewerten. Die dazu notwendigen Gespräche mit Unternehmen sind zu führen und zu dokumentieren.

3.) SOLL-Analyse des Wärmenetzes (inkl. Primärenergieeinsparung und CO2-Einsparung)

Bei der SOLL-Analyse werden die Wärmeerzeuger, Übergabestationen und technischen Parameter des Wärmenetzes dargestellt. Die technischen Parameter umfassen hierbei:

• Netzart
• Art der Rohrleitung
• Rohrdimensionen
• Vor- und Rücklauftemperaturen
• Druckverhältnisse
• Volumenströme

Zur Bestimmung kann eine thermo-hydraulische Simulation des Wärmenetzes durchgeführt werden. Außerdem ist die Primärenergieeinsparung und CO₂-Einsparung zu ermitteln, wobei ein Vergleich zwischen IST- und SOLL-Zustand zu Grunde gelegt wird. Sofern es sich ausschließlich um Neubauten handelt, können für den IST-Zustand der Wärmeversorgung eine Kombination aus Gasbrennwertkessel (85%) und Solarthermieanlage (15%) angesetzt werden.

4.) SOLL-Analyse des Wärmenetzes (inkl. Primärenergieeinsparung und CO2-Einsparung)

Zur Ermittlung des Kostenrahmens sind Wirtschaftlichkeits- und Finanzierungskonzepte anzufertigen. Dazu sind grob die Investitionssummen der einzelnen Komponenten des Wärmenetzes sowie die Betriebs- und verbrauchsbedingten Kosten zu ermitteln. Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung des Wärmenetzes ist darzulegen und es ist zu zeigen, wie die Investitionen finanziert werden sollen. Hierzu sind unter anderem auch Risikoanalysen und eine Kostenvorgabe festzulegen.

5.) Pfad zur Treibhausgasneutralität

In diesem Teil wird ein Zeitplan zur Umsetzung der SOLL-Analyse beschrieben. Hierbei sind die folgenden Parameter tabellarisch für die Wegmarken 2030, 2035, 2040 und 2045 darzulegen.

• Anteil erneuerbarer Energien ohne Biomasse für die jeweilige Wegmarke und Erläuterung der hierfür notwendigen umzusetzenden Maßnahmen)
• Anteil Biomasse
• Anteil Abwärme
• Anteil wasserstoffbefeuerter KWK-Anlagen
• Anteil wasserstoffbefeuerter Kesselanlagen
• Anteil von Müll- und Heizkraftwerken
• Anteil gasbefeuerter KWK-Anlagen
• Anteil gas- und ölbefeuerter Kesselanlagen
• Anzahl Endkunden
• Anzahl Gebäude und Wohneinheiten
• Trassenlänge (Netzgröße) (in km)
• Gesamtwärmebedarf (in GWh/a)
• Temperaturniveau (in °C für Vor- und Rücklauf)

Die Wärmemengen sind in Prozent und GWh/Jahr anzugeben. Außerdem sind die hierfür notwendigen umzusetzenden Maßnahmen zu erläutern.

Software-Tools zur Erstellung einer Machbarkeitsstudie bzw. eines Transformationsplans

Zur Erstellung eine Machbarkeitsstudie oder eines Transformationsplans müssen zahlreiche georeferenzierte technische Daten zum Wärmenetz und zu den angeschlossenen Gebäuden erhoben werden. Um große georeferenzierte Daten zu verwalten eignen sich GIS-Programme. Ein kostenfreies, open-source Programm ist QGIS. QGIS bietet eine Vielzahl von Datenschnittstellen und ist hervorragend für die Datenverwaltung geeignet. Um ein geplantes oder zu transformierendes Wärmenetz digital abzubilden, kann auf spezielle Simulationssoftware für Wärmenetze zurückgegriffen werden. Zur Konzeptionierung von Wärmeversorgungslösungen kann die nPro-Software verwendet werden. Sie eignet sich zur Erstellung von Lastprofilen, der überschlägigen Wärmenetzberechnung sowie der Bestimmung einer optimalen Versorgungsvariante. Auch die Abbildung der Zielmarken beim Pfad zur Treibhausgasneutralität kann mithilfe des nPro-Tools durchgeführt werden.

Wie wird ein Transformationsplan über das BAFA gefördert?

Im Rahmen des Moduls 1 (Machbarkeitsstudie/Transformationsplan) sind Leistungen, die an die Leistungsphasen 2-4 der HOAI angelehnt sind, förderfähig. Im Rahmen von Modul 2 und 3 der Förderrichtlinie sind hingegen Leistungen förderfähig, die angelehnt sind an die Leistungsphasen 5-8 der HOAI.

Transformationsplan für Fernwärmenetze

Die Dekarbonisierung von Fernwärmenetzen ist eine gewaltige Herausforderung für die Netzbetreiber. Gerade im urbanen Raum fehlt es an Flächen, um alternative Wärmequellen, wie Geothermie oder Solarthermie zu erschließen. Technische Umrüstungen des Netzes wie die Verlegung größerer Rohrdurchmesser sind außerdem sehr kostenintensiv (bis zu 10.000 €/m in Innenstädten). Da lediglich der Wechsel des Energieträgers (z.B. von Erdgas auf Wasserstoff) nicht zielführend ist, müssen Netzbetreiber jede verfügbare Wärmequelle erschließen, zuallererst Abwärmequellen und Umweltwärmequellen, wie Flüsse oder Kläranlagen.

Wie viel kostet die Erstellung eines Transformationsplans?

Die Kosten zur Erstellung eines Transformationsplans variieren stark mit der Netzgröße. Sie reichen von rund 150.000 € bei kleinen Netzen bis hin zu mehreren Millionen Euro bei großen Fernwärmenetzen. Aufgrund der attraktiven Förderkonditionen des BEW ist es für Wärmenetzbetreiber und Stadtwerke jedoch immer eine sinnvolle Investition, da durch eine frühzeitige Planung der Transformation ihres Wärmenetzes hohe Folgekosten vermieden werden.

Quellen

1. Bundesförderung für effiziente Wärmenetze

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