Potenziale von Wärmespeichern für das Land Berlin

In diesem Projekt analysieren Wissenschaftler:innen des RLI gemeinsam mit Projektpartnern das Potenzial und den Bedarf von Wärmespeichern in Berlin. Sie ermitteln ebenso den daraus resultierenden Flächenbedarf für den Status-quo bis hin zum klimaneutralen Wärmesystem in 2045. Die Expert:innen erarbeiten Maßnahmen und Instrumente zur Entwicklung und Umsetzung von Wärmespeichern in Berlin.

Die Rolle von Speichern bei der Transformation des Wärmesektors

Für die Umgestaltung des Berliner Wärmesektors spielen verschiedene Wärmespeicher eine zentrale Rolle. Kurzzeitwärmespeicher verbessern das Lastmanagement für die Anpassung des Stromverbrauchs und steigern die Effizienz des Energiesystems durch Sektorenkopplung von Wärme und Strom. Langzeitwärmespeicher ermöglichen es, überschüssige erneuerbare Energie in Monaten mit geringerem Heizbedarf zu speichern, um sie in der Heizperiode zu nutzen. Das führt zu einer Steigerung des erneuerbaren Deckungsgrads in der Wärmeversorgung. Das ist der Anteil am Wärmebedarf, der durch erneuerbare Energien (oder Abwärme) gedeckt werden kann.

Anwendungsfälle und Speichertechnologien

Das Projektteam identifiziert relevante Anwendungsfälle für den Einsatz von Wärmespeichern und verknüpft diese mit geeigneten Speichertechnologien. Die Expert:innen analysieren außerdem rechtliche Rahmenbedingungen sowie ökonomische Kennwerte der Speichertechnologien.

Analyse und Bewertung von Speichern

Für ihre Analyse nutzen die Wissenschaftler:innen Dekarbonisierungsfahrpläne der Wärmenetzbetreiber, Studien zur Entwicklung dezentraler Wärmepumpen in Berlin, Geobasisdaten sowie Prognosen und Annahmen zur Entwicklung von Quartierswärmenetzen. Gleichzeitig identifiziert das Team Einflussfaktoren und Hemmnisse anhand von Fallbeispielen und relevanten Stakeholdern, wie zum Beispiel Fernwärmenetzbetreibende, Betreibende kleinerer Nahwärmenetze und Wohnungsbaugenossenschaften.

Mithilfe von Simulationen dieser Fallbeispiele kann das Team verschiedene Wärmespeicher anhand technischer, energetischer, ökonomischer und ökologischer Kenngrößen analysieren und bewerten.

Siehe auch: https://www.berlin.de/sen/uvk/klimaschutz/waermewende/gesamtstaedtische-waermeplanung/potenzialanalysen/ermittlung-der-waermespeicherpotenziale/

Projektzeitraum: 03.01.2024 bis 15.12.2024

• Darstellung der Funktionsweise verschiedener Wärmespeicher-Typen und Ermittlung geeigneter Speichertechnologien für die Anwendungsfälle in Berlin
• Erfassung und Beschreibung existierender und geplanter Wärmespeicher in Berlin
• Definition relevanter Anwendungsfälle; Verknüpfung mit geeigneten Wärmespeichertechnologien.
• Entwicklung von konkreten Fallbeispielen mit der SenMVKU und relevanten Akteuren
• Modellerstellung, Optimierung, Analyse und Bewertung der Fallbeispiele in unterschiedlichen Anwendungsfällen mit und ohne Speicher
• Ausweisung der Speicherbedarfe und Ableitung der Flächenbedarfe sowie Schlussfolgerungen zu Standorten
  Formulierung von Maßnahmen und Instrumenten zur Unterstützung des Ausbaus von Wärmespeichern

Der Abschlussbericht steht hier zur Verfügung: Download Abschlussbericht 

Das sind die zentralen Ergebnisse:

• Wärmespeicher als zentrales Element der Wärmewende
  Wärmespeicher spielen eine zentrale Rolle für die klimaneutrale Wärmeversorgung Berlins. Sie ermöglichen die Nutzung überschüssiger Wärme, entlasten das Stromnetz und machen das Energiesystem unabhängiger von fossilen Brennstoffen. Wärmespeicher werden bei zukünftig steigenden Preisen fossiler Brennstoffe und höheren Anteilen an EE-Wärme wirtschaftlicher und damit relevanter.
• Wärmespeicher optimieren Abwärme- sowie EE-Wärme-Nutzung im Verbundnetz
  Langzeitwärmespeicher könnten bei einer EE- und Abwärmeleistung von 700 MW und einer Wärmespeicherkapazität von bis zu 440 GWh den Anteil von Abwärme und erneuerbarer Wärme im Berliner Verbundnetz um ca. 5 % erhöhen. Entsprechend weniger externe Brennstoffe oder Elektrizität für die Spitzenlast würden benötigt. Kurzzeitspeicher können zusätzlich das Stromnetz entlasten und ein effektives Lastmanagement unterstützen. Dabei wird eine Verdoppelung bis Verdreifachung der Kapazität im Verbundnetz auf bis zu 6,6 GWh als sinnvoll erachtet.
• Wärmespeicher im Quartier ermöglichen vollständige Nutzung von EE- Wärmequellen
  In Quartiersnetzen könnten Aquiferwärmespeicher bis zu 33 % der Jahreswärme speichern, indem sie in den Sommermonaten überschüssige EE- und Abwärme einspeichern und in der Heizperiode verfügbar machen. Somit tragen Aquiferwärmespeicher dazu bei, dass urbane Wärmequellen wie Rechenzentren oder das Abwasserentsorgungssystem nahezu vollständig nutzbar gemacht werden können. Sie machen Quartierssysteme außerdem flexibler und entlasten das Stromnetz.
• Platzsparende Wärmespeicher sind für Berlin essenziell
  In Berlin ist die Flächenverfügbarkeit eingeschränkt. Oberirdische Wärmespeicher  stoßen in Innenstädten oft auf flächenplanungs- und baurechtliche Hürden. Die rechtliche Genehmigung hängt stark vom Einzelfall ab, insbesondere von der Bauweise (ober- oder unterirdisch) und dem jeweiligen Baugebiet. Unterirdische Wärmespeicher können hier Abhilfe verschaffen. Erdbeckenspeicher benötigen viel Platz, den ein urbaner Raum häufig nicht mitbringt. Aquiferspeicher hingegen beanspruchen oberirdisch nur vergleichsweise kleine Flächen, was sie für den urbanen Raum besonders geeignet macht. Allerdings bestehen in Berlin noch Wissenslücken über die standortbezogene Eignung des Berliner Untergrunds für die Wärmespeicherung. Die geplante Roadmap Geothermie des Berliner Sentas soll den Wissenstand verbessern. Hochtemperatur-Aquiferwärmespeicher sind flächeneffizienter als Erdbeckenwärmespeicher. Ein Mix aus Technologien wird nötig sein, um den Wärmespeicherbedarf standortspezifisch zu decken.
• Rechtsunsicherheiten im Genehmigungsverfahren und Wissenslücken bremsen den Ausbau
  Unklare Genehmigungsverfahren, fehlendes Wissen über den Untergrund und begrenzte Flächen erschweren die Umsetzung. Politische Weichenstellungen könnten Wärmespeicher als Teil der öffentlichen Daseinsvorsorge privilegieren. Hohe Investitionskosten und weitere technoökonomische Aspekte sind ebenfalls ein Hemmnis, sind jedoch weniger Berlin-spezifisch, sondern fallen grundsätzlich an mit übergeordneten und gesamtsystemischen Fragen der Wärme- und Energiewende.