Umfassende Bewertung des Potenzials für eine effiziente Wärme- und Kältenutzung für Deutsch- land [Comprehensive Assessment Heating and Cooling Germany] Gemäß Artikel 14 Absatz 1 und Anhang VIII der Richtlinie 2012/27/EU Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Zuständige Behörden: Bundesstelle für Energieeffizienz (BfEE) Umweltbundesamt (UBA) Forschungsnehmer: IREES - Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien GmbH ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg gGmbH Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) Prognos AG II I Übersicht über die Wärme- und Kälteversorgung Inhaltsverzeichnis A. Executive Summary ............................................................................................... 8 B. Hintergrund und Zielsetzung ................................................................................ 11 I. Übersicht über die Wärme- und Kälteversorgung ...................................... 14 I.1. Bewertung des jährlichen Wärme- und Kältebedarfs .............................. 14 I.1.a. Endenergieverbrauch für Wärme und Kälte ................................................... 15 I.1.b. Nutzenergie zur Deckung des Wärme- und Kältebedarfs .............................. 16 I.2. Wärme- und Kältebereitstellung............................................................... 20 I.2.a. Technologien zur Wärme- und Kälteversorgung............................................ 20 I.2.b. Anlagen und Potenziale der Abwärme und -kälte .......................................... 31 I.2.c. Erneuerbare Energien und Abwärme oder -kälte im Fernwärme- und Fernkältesektor .............................................................................................. 38 I.3. Landkarten Wärme- und Kältekarten für Deutschland............................. 41 I.3.a. Wärme- und Kältebedarfsgebiete .................................................................. 42 I.3.b. Bestehende Wärme- und Kälteversorgungspunkte und Fernwärmeübertragungsanlagen ................................................................... 45 I.3.c. Geplante Wärme- und Kälteversorgungspunkte und Fernwärmeübertragungsanlagen ................................................................... 49 I.4. Prognose der Trends für den Wärme- und Kältebedarf........................... 51 II. Ziele, Strategien und politische Maßnahmen ............................................ 57 II.1. Geplanter Beitrag des Mitgliedstaates zu seinen nationalen Zielen, Vorgaben und Beiträgen .......................................................................... 57 II.1.a. Dimension Dekarbonisierung ......................................................................... 57 II.1.b. Dimension Energieeffizienz ........................................................................... 59 II.1.c. Dimension Sicherheit der Energieversorgung................................................ 60 II.1.d. Dimension Energiebinnenmarkt ..................................................................... 61 II.1.e. Dimension Forschung, Innovation und Wettbewerbsfähigkeit ....................... 62 II.2. Überblick über die bestehenden Politiken und Maßnahmen ................... 62 II.2.a. Dimension Dekarbonisierung ......................................................................... 63 II.2.b. Dimension Energieeffizienz ........................................................................... 65 II.2.c. Dimension Sicherheit der Energieversorgung................................................ 68 II.2.d. Dimension Energiebinnenmarkt ..................................................................... 70 II.2.e. Dimension Forschung, Innovation und Wettbewerbsfähigkeit ....................... 71 III. Analyse des wirtschaftlichen Potenzials für eine effiziente Wärme- und Kälteversorgung ........................................................................................ 73 III.1. Überblick Vorgehensweise ...................................................................... 73 III.2. Geografische Grenzen und Systemgrenzen ............................................ 74 I Übersicht über die Wärme- und Kälteversorgung III III.3. Grundlagenszenario................................................................................. 76 III.3.a. Nutz- und Endenergiebedarf nach Sektoren .................................................. 76 III.3.b. Derzeitiger und künftiger Mix der Wärme- und Kälteversorgung und der damit verbundenen Austauschrate ................................................................. 79 III.3.c. Räumliche Disaggregation des Wärme- und Kältebedarfs ............................. 81 III.3.c.i. Wohngebäude und Sektor Dienstleistungen ................................. 82 III.3.c.ii. Sektor Industrie ............................................................................. 84 III.3.c.iii. Kältebedarf .................................................................................... 88 III.4. Ermittlung geeigneter technischer Lösungen .......................................... 88 III.4.a. Berücksichtigte Technologien und Rahmendaten für die Bewertung des wirtschaftlichen Potenzials ............................................................................. 90 III.5. Ermittlung der technischen Potenziale .................................................... 96 III.5.a. Industrielle Abwärme ...................................................................................... 96 III.5.b. Thermische Abfallbehandlungsanlagen ......................................................... 99 III.5.c. Hocheffiziente KWK ..................................................................................... 100 III.5.d. Tiefengeothermie ......................................................................................... 101 III.5.e. Solarthermische Großanlagen ..................................................................... 102 III.5.f. Biomasse ..................................................................................................... 109 III.5.g. Energie aus Abwasser, Kläranlagen ............................................................ 110 III.5.h. Großwärmepumpen ..................................................................................... 115 III.5.i. Ermittlung der Fernwärmepotenziale ........................................................... 117 III.5.j. Ermittlung der Fernwärme-Verteilkosten ...................................................... 119 III.5.k. Zusammenfassung der ermittelten technischen Potenziale ......................... 119 III.6. Erstellung der alternativen Szenarien .................................................... 121 III.6.a. Vorgehen ..................................................................................................... 121 III.6.a.i. Vorgehen zur Ermittlung der alternativen Szenarien im Jahr 2030 ............................................................................................ 122 III.6.a.ii. Vorgehen zur Ermittlung der dezentralen Optionen .................... 132 III.6.b. Ergebnisse ................................................................................................... 135 III.6.b.i. Zentrale Versorgung im Jahr 2030 .............................................. 135 III.6.b.ii. Zentrale Versorgung im Jahr 2050 .............................................. 142 III.6.b.iii. Zentrale Kältebereitstellung ......................................................... 145 III.6.b.iv. Dezentrale Wärme-Versorgungsoptionen – Wohngebäude und Sektor Dienstleistungen .............................................................. 145 III.6.b.v. Dezentrale Kälteversorgung in Gebäuden .................................. 151 III.6.b.vi. Dezentrale Wärme- und Kälteversorgung in der Industrie: Industrielle KWK-Anlagen ........................................................... 151 III.7. Kosten-Nutzen-Analyse entsprechend Anhang VIII .............................. 153 III.7.a. Zentrale Rahmendaten für die Kosten-Nutzen-Analyse ............................... 155 III.7.b. Vorgehensweise zur Ermittlung der Kostenwirkung ..................................... 155 IV I Übersicht über die Wärme- und Kälteversorgung III.7.c. Berechnung der Gestehungskosten des Grundlagenszenarios ................... 157 III.7.d. Ergebnisse ................................................................................................... 158 III.7.d.i. Endenergiebereitstellung der Fernwärme ................................... 158 III.7.d.ii. Wirtschaftliches Potenzial in einer einzelwirtschaftlichen Betrachtung ................................................................................ 160 III.7.d.iii. Wirtschaftliches Potenzial in einer gesamtwirtschaftlichen Perspektive ................................................................................. 169 III.7.d.iv. THG-Emissionen und Primärenergieeinsparungen .................... 170 III.7.d.v. Energieversorgungssicherheit .................................................... 173 III.7.d.vi. Arbeitsplatzeffekte ...................................................................... 174 III.8. Sensitivitätsanalyse ............................................................................... 174 III.8.a. Rahmendaten .............................................................................................. 175 III.8.b. Ergebnisse ................................................................................................... 176 III.9. Erkenntnisse der Kosten-Nutzen-Analyse und der Sensitivitätsanalyse ..............................................................................