Dieser Artikel stammt aus der Ausgabe 01/2024 von neue energie.
Schnee fällt in Kopenhagen selten. Berge gibt es auch keine. Trotzdem können Skifahrer in der dänischen Hauptstadt ihrem Hobby frönen. 450 Meter lang ist die Piste, die auf Kunststoffmatten den „Amager Bakke“ – den „Hügel von Amager“ – herabführt. Ein Skilift bringt die Sportler nach jeder Abfahrt wieder zurück in gut 80 Meter Höhe, mit Blick auf Oper, Hafen und die nahe Altstadt.
Gleich neben der Bergstation reicht nur ein wuchtiger, zylindrischer Schornstein noch höher. Er erinnert daran, was unter der Skipiste auf dem geneigten Dach rund um die Uhr geschieht: In zwei riesigen Öfen verbrennt bei rund 1000 Grad Hitze Müll, bis zu 560 000 Tonnen jedes Jahr. Die freigesetzte Wärme heizt über ein Fernwärmenetz seit Fertigstellung 2017 rund 140 000 Haushalte und deckt im Winter ein Fünftel des städtischen Wärmebedarfs. Parallel erzeugen Generatoren genug Strom für bis zu 70 000 Haushalte.
„Fernwärme ist eine Schlüsselkomponente für die dänische Energiewende“, sagt Toke Liengård von der Dänischen Energieagentur im Klima- und Energieministerium. So speist der Hügel von Amager neben weiteren Heizkraftwerken ein Wärmenetz, das fast alle städtischen Haushalte erreicht. Eigene Ölkessel, Gasbrenner oder Wärmepumpen braucht in der Hauptstadt niemand. Auch andere Großstädte wie Aarhus, Odense oder Aalborg kommen auf Fernwärmeanteile von mehr als 90 Prozent.
Schwieriger wird es wegen der größeren Entfernungen in ländlichen, dünn besiedelten Regionen. Doch landesweit heizen bereits zwei Drittel der Haushalte mit Fernwärme. In den 98 Kommunen sind dafür 400 Wärmeversorger verantwortlich. Mit der Fernwärme gelingt in Dänemark auch der Umstieg auf erneuerbare Energieträger. „Im Jahr 2022 betrug der Anteil klimaneutraler Energien in der dänischen Fernwärme satte 79 Prozent“, sagt Christian Bjerrum Jørgensen, Botschaftsrat für Energie in der dänischen Botschaft in Berlin.
Erdgas und Erdöl zeichneten nur noch für je zwei Prozent, Kohle für sieben Prozent der Fernwärmeerzeugung verantwortlich. Der Anteil der Müllverbrennung summiert sich auf elf Prozent. Mit 53 Prozent deckt das Land seinen Wärmebedarf heute vor allem mit Biomasse, rund die Hälfte davon importiert. Die restlichen kleineren Anteile zwischen zwei und vier Prozent verteilen sich auf Wärmepumpen, industrielle Abwärme, Biogas, solarthermische Kraftwerke und erste Power-to-Heat-Anlagen, in denen etwa Windstrom zum Aufheizen von Wasser genutzt wird.
Vielfältige Bausteine
„Fernwärme ist wie Lego“, sagt Magnus Højberg Mernild von „State of Green“, einer gemeinsamen Plattform der dänischen Regierung und Vertretern aus Industrie, Landwirtschaft und Energieversorgung. Viele verschiedene Wärmequellen – vom Gas- oder Biomassekraftwerk über Kläranlagen bis zum Industriebetrieb mit viel Abwärme – lassen sich kombinieren. Neue, klimaneutrale Anlagen können relativ einfach ergänzt, ältere, mitunter noch fossil befeuerte Wärmespender aus dem Netzsystem entfernt werden.
Odense, die mit 180 000 Einwohner drittgrößte Stadt Dänemarks auf der Insel Fünen, ist ein Paradebeispiel für das Fernwärme-Lego. Heute heizt der kommunale Wärmeversorger Fjernvarme Fyn dort über ein 2300 Kilometer langes Verteilnetz mehr als 100 000 Haushalte. Auf Kohle als Wärmespender verzichtet Odense seit 2017. Den größten Beitrag liefert ein Biomasse-Kraftwerk, befeuert mit Holzchips und Stroh. Einen weiteren Teil der Grundlast trägt ein Müllheizkraftwerk.
Bio- oder notfalls Erdgas verbrennt Fjernvarme Fyn nur bei Verbrauchsspitzen an kalten Wintertagen. Weitere Wärmemengen werden mit überschüssigem Windstrom von zwei elektrischen Wasserboilern mit je 50 Megawatt Leistung erzeugt. Große Wärmepumpen von insgesamt 100 Megawatt Leistung nutzen beispielsweise die Abwärme vom städtischen Klärwerk. Sie entziehen dem Prozesswasser Energie und kühlen es dabei um bis zu acht Grad ab.
Besonders stolz ist das Unternehmen auf seine Kooperation mit Meta. Der Facebook-Konzern betreibt vor den Toren von Odense eine große Serverfarm. Abertausende Prozessoren werden mit Windstrom versorgt und erzeugen dabei viel Abwärme. Zugleich muss das Rechenzentrum permanent gekühlt werden. Dank eines mehrstufigen Prozesses profitieren beide Unternehmen: Fjernvarme Fyn erhält warmes Wasser für sein Fernwärmenetz und Meta bekommt im Austausch kaltes Wasser, um die Luft in seiner Serverfarm zu kühlen.
Kooperation mit Rechenzentrum
„Wir zahlen nicht für die Wärme, Meta zahlt nicht für die Kühlung“, beschreibt Kenneth Jensen von Fjernvarme Fyn diese Win-Win-Kooperation. Ingesamt gewinnt Fyn so 160 000 Megwattstunden Wärme, genug für etwa 11 000 Haushalte. Die Details des lukrativen Austauschs sind nicht trivial. Zuerst heizt 40 Grad warme Abluft aus dem Rechenzentrum in einem Wärmetauscher Wasser auf etwa 30 Grad auf. Dieses Wasser wird mit Wärmepumpen von insgesamt 45 Megawatt Leistung auf 80 Grad erhitzt und ins Fernwärmenetz eingespeist. Umgekehrt fließt danach auf rund 40 Grad abgekühltes Wasser zurück.
Damit lässt sich über den Weg der gleichen Wärmetauscher die Abluft des Rechenzentrums auf kühlende 20 Grad senken. Um Schwankungen im Kälte- oder auch Wärmebedarf abzupuffern, stellte Fjernvarme Fyn in direkter Nachbarschaft einen knapp 26 Meter hohen Wassertank auf. 10 000 Kubikmeter Wasser lassen sich darin auf bis zu 27 Grad erwärmen oder 15 Grad abkühlen. So können Wartungszeiten überbrückt oder der Betrieb der Wärmepumpen in Zeitintervallen mit besonders hohen Strompreisen ausgesetzt werden.
Mit dieser Kooperation ist der Ausbau der Fernwärme-Versorgung in Odense aber noch lange nicht abgeschlossen. „Unser Ziel ist Klimaneutralität bis zum Jahr 2030“, sagt Jensen. So soll das Gaskraftwerk bis dahin geschlossen oder wenigstens komplett auf Biogas umgestellt werden. Parallel sind weitere Warmwasserboiler mit 100 Megawatt Leistung vorgesehen, die mit Windstrom betrieben werden. Sehr ambitioniert ist der Aufbau einer Anlage, um aus den Abgasen der Müll- und Biomassekraftwerke Kohlendioxid abzuscheiden. Ob das Klimagas ab 2029 dauerhaft beispielsweise im Meeresboden gelagert (CCSSteht für Carbon Capture and Storage: das Einfangen und dauerhafte Einlagern von CO2. Beim verwandten CCU dient das eingefangene CO2 als Rohstoff für Produkte.Steht für Carbon Capture and Storage: das Einfangen und dauerhafte Einlagern von CO2. Beim verwandten CCU dient das eingefangene CO2 als Rohstoff für Produkte.) oder für die Produktion von synthetischen Kraftstoffen (CCU) genutzt wird, ist heute noch offen. Jensen hat dabei die Vision, nicht nur Klimaneutralität, sondern vielleicht sogar negative CO2-Emissionen zu erreichen.
Ganz so weit ist die Energiewende in Esbjerg, der wichtigsten dänischen Hafenstadt an der Nordseeküste mit 70 000 Einwohnern, noch nicht. Zwar plant Meta auch dort den Aufbau einer Serverfarm, ein 212 Hektar großes Grundstück hat sich der Facebook-Konzern schon gesichert. Wie in Odense könnte die Abwärme der Rechner zum Heizen genutzt werden. Doch wann genau eine kombinierte Heiz- und Kühlanlage gebaut und Wärme in das Fernwärmenetz für derzeit 25 500 Haushalte einspeisen wird, ist noch offen.
Wärme aus Meerwasser
Bereits heute nutzt der lokale Wärmeversorger DIN Forsyning dagegen die Abwärme aus einer Müllverbrennung. Im Einsatz ist allerdings auch noch ein 378-Megawatt-Kohlekraftwerk. Ohne die Anlage im Hafen würden viele Einwohner Esbjergs frieren. „Aber der Betrieb endet zum 1. Juli 2024“, sagt der Sprecher von DIN Forsyning, Hans-Christian Damm Obel. Einen Teil der Grundlast wird ein Holzschnitzel-Kraftwerk auffangen, teils mit importierter Biomasse aus Norwegen und dem Baltikum. Als Reserve für Spitzenlastzeiten dienen darüber hinaus mehrere kleinere Heizwerke, die allerdings mit Bio- und Heizöl befeuert werden.
Schon in Kürze wird Esbjerg sein Wärme-Lego zudem um einen ganz speziellen Baustein ergänzen. In der Nähe des Hafens, wo sich Dutzende Turbinenhäuser und Rotorblätter für die geplanten Offshore-Windparks in der Nordsee aufreihen, steht die größte Meerwasserwärmepumpe der Welt. Die von der Volkswagen-Tochter MAN Energy Solutions in Zürich entwickelte Anlage hat eine Leistung von 60 Megawatt. Zum Vergleich: Handelsübliche Wärmepumpen für das Eigenheim leisten mit 0,015 Megawatt nur einen Bruchteil davon.
In zwei Kreisläufen mit je 30 Megawatt Leistung zirkuliert Kohlendioxid als Kältemittel durch Wärmetauscher, Röhren und Kompressoren. Jede Sekunde strömen 4000 Liter Meerwasser durch die Leitungen, die Pumpen aus sechs Meter Wassertiefe entnehmen. „Mit dieser Kombination ist die Anlage weltweit einzigartig“, sagt Leonhardt Wolscht, der bei MAN Energy Solutions maßgeblich an der Entwicklung beteiligt war.
Die Anforderungen an das System sind – insbesondere beim Umweltschutz – nicht gering. Filter verhindern, dass Seetang, Fische oder Muscheln in die Röhren gesogen werden. Spezielle Kunststoffe sollen ohne Einsatz von Chemikalien vermeiden, dass Muscheln an der Anlage haften bleiben. Etwaige Lecks im Kühl-Wärme-Kreislauf wären keine große Gefahr, da Kohlendioxid im Vergleich zu anderen Kältemitteln wie Ammoniak ungiftig ist und sich schnell verflüchtigt.
Dem Meerwasser selbst wird nur relativ wenig Wärme entzogen, sommers wie winters sinkt seine Temperatur durch die Kühlung lediglich um zwei Grad. All diese Maßnahmen sollen sicherstellen, dass das biologische Gleichgewicht im nahen Unesco-Schutzgebiet Wattenmeer gewahrt bleibt. Dennoch kann die Wärmepumpe – angetrieben mit Offshore-Windstrom – Wasser auf 60 bis 90 Grad erhitzen, um über Fernwärmeleitungen die Heizungen von rund 25 000 Haushalten zu versorgen.
Das Schwierigste kommt noch
So spielt jede Stadt und jede Kommune in Dänemark ihr eigenes Wärme-Lego, passt ihre Versorgung an die verschiedenen Möglichkeiten vor Ort an. Abgeschlossen ist die dänische Wärmewende aber noch nicht. „Bisher haben wir die niedrig hängenden Früchte geerntet“, sagt Magnus Højberg Mernild von „State of Green“. Der nächsten Schritte auf dem Weg zu einer klimaneutralen Energieversorgung bis 2045 werden schwieriger. Schon bis 2030 soll die Fernwärme zu 95 Prozent klimaneutral sein.
Laut der aktuellen Wärmeplanung werden dann rund 200 000 weitere Haushalte ans Wärmenetz angeschlossen sein. Nach und nach sollen nicht nur fossile Brennstoffe vollständig aus dem Wärmesektor verbannt, sondern auch der Anteil der Biomasse reduziert werden. Dabei helfen die Elektrifizierung mit Wärmepumpen und Power-to-Heat-Anlagen. Auch der bisher bescheidene Anteil an Erdwärme könnte in den kommenden Jahren deutlich wachsen. Die geologischen Bedingungen im Untergrund sind jedenfalls gut genug, um diese Wärmequelle gekoppelt mit Wärmepumpen verstärkt zu nutzen.
Aktuell gilt das Unternehmen Innargi, eine Tochter der A.P. Møller Holding, zu der auch die Reederei Maersk gehört, als Vorreiter dieser Entwicklung. Ende November 2023 begannen die ersten Bohrungen für ein Geothermie-Heizkraftwerk in Aarhus, der mit knapp 300 000 Einwohnern zweitgrößten Stadt Dänemarks an der Ostküste der Halbinsel Jütland. Aus 2500 Meter Tiefe soll genug warmes Wasser gefördert werden, um ein Fünftel des städtischen Fernwärmebedarfs zu decken. Laut Planungen von Innargi wäre die Anlage dann mit insgesamt sieben Teilkraftwerken das größte geothermische Fernwärmesystem der EU. „Geothermie hat sowohl in Dänemark als auch in Europa ein enormes Potenzial“, ist Samir Abboud, CEO von Innargi Dänemark, überzeugt.
Im Vergleich zu Deutschland ist Dänemark bei der Wärmewende Jahrzehnte voraus. Das hat einen einfachen Grund. „Während der Ölkrise in den 1970er Jahren war Dänemark zu 99 Prozent von importierter Energie abhängig“, sagt Magnus Højberg Mernild. Als Reaktion auf den Engpass entwickelte das Land jedoch schon 1976 einen nationalen Energieplan, der zu einem massiven Ausbau der Fernwärmesysteme führte. In Deutschland bekommen dagegen bisher nur 15 Prozent der Haushalte ihre Wärme aus der Röhre geliefert. Gerade mal sechs Prozent aller Gebäude verfügen über einen Fernwärmeanschluss. „Aber gerne teilen wir unsere Erfahrungen mit unseren deutschen Partnern“, sagt Botschaftsrat Jørgensen.
Konkurrenzlos günstig
Tatsächlich sind deutsche Großstädte mit dem jüngst verabschiedeten Wärmeplanungsgesetz verpflichtet, bis Ende Juni 2026 detaillierte Wärmepläne zu erstellen, kleinere Städte müssen bis Mitte 2028 nachziehen. Das soll den Stadtbewohnern gesichert Aufschluss darüber geben, ob sie Chancen auf einen Anschluss an ein Fernwärmenetz haben. Vor einem vorgreifenden Einbau eigener, kleiner Wärmepumpen warnt Magnus Højberg Mernild. „Wenn in einem Fernwärmesysteme nur 30 bis 40 Prozent der Haushalte angeschlossen werden, rechnet sich das nicht.“
Mindestens 60 Prozent sollten es schon sein, damit sich das Geschäft eines Fernwärmeversorgers lohnt. Mit großer Wahrscheinlichkeit wäre Fernwärme langfristig auch die preiswerteste Option. „Der Kostenvergleich von 2020 bis 2022 zeigte bei uns, dass sich mit Fernwärme mit Abstand am günstigsten und stabilsten heizen lässt“, sagt Toke Liengård von der Dänischen Energieagentur. Eine strenge Regulierung des Wärmesektors hilft bei der Minimierung der Verbraucherpreise.
„Essenziell ist, dass die 400 Fernwärmeversorger Dänemarks gemeinnützig und fast alle in Besitz von Kommunen und Genossenschaften sind“, sagt Jørgensen. Die Einnahmen müssen die Kosten von Aufbau, Betrieb und Wartung decken können, aber Gewinnausschüttungen an etwaige Investoren sind nicht erlaubt. Eine Preisaufsicht schützt vor überzogenen Fernwärmepreisen, garantiert jedoch zugleich auch die Refinanzierung von laufenden Kosten und Investitionen.
So vielfältig die Baustein-Palette des dänischen Wärme-Legos bereits ist – auch für neue Technologien ist das System offen. Sollte in den 2030er Jahren beispielsweise genug grüner Wasserstoff zur Verfügung stehen, könnte das Gas in einem zentralen Gaswärmekraftwerk verbrannt werden. Nach Einschätzung des Energieexperten Toke Liengård wäre das einfacher und sehr viel effizienter, als Wasserstoff in den Gasbrennern einzelner Häuser und Wohnungen zu verheizen, die zudem noch an ein flächendeckendes H2-Leitungsnetz angeschlossen werden müssten.
