Thermische Seewassernutzung in Deutschland: Bestandsanalyse, Potential und Hemmnisse seewasserbetriebener Wärmepumpen

271 Pages·2018·4.421 MB·German

by  Henriette Kammer (auth.)

Henriette Kammer
Thermische
Seewassernutzung
in Deutschland
Bestandsanalyse, Potential und
Hemmnisse seewasserbetriebener
Wärmepumpen
Thermische Seewassernutzung
in Deutschland
Henriette Kammer
Thermische
Seewassernutzung
in Deutschland
Bestandsanalyse, Potential und
Hemmnisse seewasserbetriebener
Wärmepumpen
Henriette Kammer
Esslingen, Deutschland
Dissertation Universität Würzburg, 2017
ISBN 978-3-658-20900-1 ISBN 978-3-658-20901-8 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-20901-8
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Danksagung
An erster Stelle möchte ich mich recht herzlich bei Prof. Dr. Benno Rothstein be-
danken, der mir diese Promotion ermöglichte und mich zu jeder Zeit unterstützte
und mir mit Rat und Tat zur Seite stand. Ebenso bedanke ich mich ganz herzlich
bei Prof. Dr. Roland Baumhauer, der mich ebenfalls als Betreuer bei der Promo-
tion begleitete. Durch den regelmäßigen Austausch unterstützte er mich mit kon-
struktiven Diskussionen, Ermunterungen und half mir bei all meinen Fragen
beharrlich und großzügig weiter.
Großer Dank gilt ebenfalls Prof. Dr. Gerald Steil, der sich viel Zeit für Diskussio-
nen und Fragen nahm. Des Weiteren möchte ich mich ganz herzlich bei allen Ex-
perten bedanken, die sich bereiterklärt haben an meinen Experteninterviews
teilzunehmen und mir auf all meine Fragen zu antworten. Leider können die Na-
men an dieser Stelle nicht genannt werden, da die Interviews anonym durchgeführt
wurden. Ebenfalls bin ich allen Unteren Wasserbehörden sehr dankbar, die sich an
der Befragung beteiligt haben. Ohne sie wäre die Arbeit nicht möglich gewesen.
Vielen Dank dafür!
Herzlich bedanken möchte ich mich auch bei allen weiteren Personen, die mich
bei der Promotion unterstützt haben und mir mit ihrem Expertenwissen, ihren Hin-
weisen, mit Kontaktvermittlung u.v.m. sehr geholfen haben. Dazu zählen Prof. Dr.
Alfred Wüest (Seenphysiker ETH Zürich, Universität Lausanne und Leiter Ea-
wag) und Adrien Gaudard (Eawag) sowie Dr. Gabriel Fink (Center for Environ-
mental Systems Research University of Kassel) und Dr. Ulrich Lang
(Geschäftsführer Ingenieurbüro Kobus und Partner (kup)).
Für interessante Exkursionen und Fachgespräche möchte ich mich bei Jürgen
Herre (Vermögen und Bau Konstanz), bei Rainer Schellenberg (ewz) und bei Wer-
ner Hübner (Fachbetrieb für Wärmepumpen und Energieberatung) recht herzlich
bedanken. Eine große Hilfe speziell im Bereich der Wärmepumpentechnologie
waren mir Jürgen Strebe (Geschäftsführer PS Pumpen Strebe), Hanko Völkel (Bu-
derus Heiztechnik GmbH), Luk End (Geschäftsführer Leplan AG), Ralf Both (Ge-
schäftsführer Franz Both GmbH), Rolf Schuhmacher (Geschäftsführer HTP
V
Ingenieur GmbH & Co. KG), Gerd Lungert (Frank GmbH), Hans-Joachim Albers
(Architekturbüro Albers), Dr. Falk Auer (Lokale Agenda-21-Gruppe Lahr), Ha-
rald Höflich (Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Würt-
temberg), Dr. Marek Miara (Gruppenleiter Wärmepumpen ISE Fraunhofer
Freiburg), Dr. Matthias Schmitt (Geschäftsführer Zentralverband Kälte Klima
Wärmepumpen) und Dr. Martin Sabel (stellvertretender Geschäftsführer Bundes-
verband Wärmepumpe e.V.). Herzlichen Dank!
Ebenfalls sehr dankbar bin ich für die Unterstützung im Bereich des Wasserrechts
von Heinz Ehmann (Amt für Umwelt Thurgau), Klaus Ruff und Ulrich Schwenk
(Landratsamt Bodenseekreis) sowie Michael Losert (Landratsamt Konstanz).
Weiterer Dank gilt Stefanie Hambaleck (Stadtwerke Radolfzell), Gordon Appel
(Stadtwerke Konstanz), Sven Fitz (BHAteam Ingenieure AG), Thalia Meyer (Ge-
schäftsführerin der Spektrum-Energie GmbH), Gunter Maurer (Energiebeauftrag-
ter Kreuzlingen), Wolfgang Gäbeler (Geschäftsführer Stadtwerke Forst) sowie
Daniel Bearzatto (Geschäftsführer Klimaschutzagentur Tübingen).
Ein ganz besonderer Dank gilt der HTWG Konstanz, Fakultät Bauingenieurwesen,
die diese Arbeit überhaupt ermöglichte. Dabei soll gesondert das Sekretariat mit
Angelika Hirschmann und Christine Böhm genannt werden, die sich um alle or-
ganisatorischen Dinge kümmerten. Aber auch den anderen akademischen Mitar-
beitern Andrea Ammermann, Simon Krolitzki und Nicole Sauer möchte ich ganz
herzliche für gemeinsame Mittagspausen, Diskussionen und Anregungen danken
sowie Claudia Clausner für die Unterstützung im Bereich IT. Ganz besonders
dankbar bin ich aber Christina Stein für die tolle Zimmernachbarschaft und für das
große offene Ohr.
Ebenfalls dankbar bin ich dem kooperativen Promotionskolleg der HTWG mit der
Referentin Geraldine Kortmann und den Doktoranden Anna Wiebe, Melanie Hu-
ber, Lisa Schöttl, Hannes Gaschnig und Florian Heidtmann. Herzlich bedanken
möchte ich mich zudem bei Lisa Zernickel, Amelie Lindmeyer und Iris Steinhau-
ser für die Unterstützung bei allen GIS-Analysen, Ralf Schäfer für die Hilfe bei
den Wärmebedarfsberechnungen und Dr. Thomas Wolf (Institut für Seenfor-
schung) für die vielen interessanten Ausflüge und Diskussionen.
VI
Abschließend möchte ich mich bei allen Personen bedanken, die mich während
der gesamten Zeit unterstützt haben, ganz besonders bei meinem Mann Jan Bulmer
für die vielen Aufmunterungen und meiner Familie für das Korrekturlesen der Ar-
beit. Herzlichen Dank!

VII
Vorwort
Diese Arbeit wurde an der Fakultät für Bauingenieurwesen der HTWG Konstanz
in Kooperation mit dem Institut für Geographie und Geologie an der Universität
Würzburg angefertigt. Das Thema wurde gewählt, da es gerade am Bodensee sehr
aktuell ist und häufig diskutiert wird. Es folgen einige Hinweise für eine bessere
Verständlichkeit der vorliegenden Arbeit.
1) Unter dem Begriff Seewasser wird in dieser Arbeit Wasser aus Seen, sowohl
aus natürlichen als auch aus künstlichen Seen verstanden. Meer- oder Brack-
wasser, das auch als Seewasser bezeichnet wird, wird in dieser Arbeit nicht
mit in diesen Begriff eingeschlossen.
2) Für eine bessere Lesbarkeit werden in der vorliegenden Arbeit die Wärme-
pumpen je nach genutztem Gewässer mit den Abkürzungen WP , für see-
See
wasserbetriebene Wärmepumpen, WP für Wärmepumpen an Flusswasser
Fluss
und WP für Wärmepumpen an Oberflächengewässer (See-, Fluss- und
OFG
Meerwasser) genutzt. Für die Umweltwärmequelle Grundwasser wird die aus
der Literatur bekannten Abkürzung WW-WP (Wasser-Wasser-Wärme-
pumpe), für die Umweltwärmequelle Erdreich SW-WP (Sole-Wasser-Wär-
mepumpe) und für die Umweltwärmequelle Luft LW-WP (Luft-Wasser-
Wärmepumpe) übernommen. Dabei können für WP technisch gesehen
OFG
auch SW-WP eingesetzt werden, in dieser Arbeit bezieht sich diese Abkür-
zung jedoch lediglich auf das Erdreich. Liegt keine Spezifizierung eines Ge-
wässers oder einer bestimmten Wärmequelle vor, wird ausschließlich die
Abkürzung WP genutzt.
3) In dieser Arbeit wird ausschließlich dasjenige Potential untersucht, das sich
aus dem grundsätzlich vorhandenen Wärmebedarf an Seeufern ergibt. Ein-
schränkende Faktoren wie Seewassereigenschaften, beispielsweise die See-
wassertiefe oder -temperatur, aber auch Nutzungskonkurrenzen, wie sie sich
etwa in Naturschutzgebieten ergeben, werden hingegen mit dieser Potential-
analyse nicht erfasst.

IX
Zusammenfassung
Bisher sind in Deutschland kaum WP vorhanden, obwohl in der Schweiz ent-
See
sprechende Anlagen bereits seit Jahrzehnten die Funktionalität und grundsätzliche
Wirtschaftlichkeit dieser Technologie zeigen. Das Hauptziel dieser Arbeit besteht
darin, anhand von Experteninterviews die Hemmnisse zu ermitteln, die in
Deutschland gegenüber dieser Technologie vorhanden sind. Als Zwischenergeb-
nis stellte sich bei dieser Untersuchung heraus, dass neben mitunter auftretenden
Problemen mit der Wirtschaftlichkeit und neben dem geringen Bekanntheitsgrad
vor allem auch das deutsche Wasserrecht den Einsatz von WP erschwert oder
See
diesen erst gar nicht erlaubt. Aus diesem Grund wurde zusätzlich eine Befragung
bei allen zuständigen Wasserbehörden in Deutschland (425) durchgeführt, in der
nach vorhandenen Anlagen, nach Einsatzmöglichkeiten und nach Einschränkun-
gen bzw. Auflagen durch die Wasserbehörde gefragt wurde. Trotz einer hohen
Rücklaufquote von 74% der Fragebögen konnten dabei lediglich 15 WP in
See
Deutschland ermittelt werden. In den Verantwortungsbereichen von über 70% der
Wasserbehörden sind zum einen überhaupt keine WP vorhanden, andererseits
OFG
wurden dort bisher aber auch noch keine Wasserrechtsanträge gestellt. Die Ergeb-
nisse der Befragung zeigen darüber hinaus, dass die Bewertungen und die Aufla-
gen durch die Behörden sehr unterschiedlich und vielfältig sein können.
Um das in Deutschland vorhandene Potential der WP genauer zu ermitteln,
See
wurde zudem der Wärmebedarf an Seen in Deutschland berechnet. Das Ergebnis
zeigt, dass in einem Umkreis von 1000 m um alle Seen ≥ 50 ha ein jährlicher Wär-
mebedarf von insgesamt 58,73 TWh besteht; dies entspricht 4,6% des gesamten
Wärmebedarfs in Deutschland. Würde diese Wärme nun mittels WP (JAZ 4)
See
bereitgestellt, könnten auf diese Weise 8,58 Mio. t CO -Äquivalente vermieden
2
werden. Dies wiederum entspricht 1,13% der gesamten Treibhausgasemissionen
der Energiewirtschaft in Deutschland.
Durch die Zusammenführung der Teilergebnisse, die durch Experteninterviews,
Befragung und Potentialermittlung erzielt wurden, verbunden mit Erkenntnissen
aus der aktuellen Innovationstheorie, wurde abschließend ein Hemmnis-Modell
XI
entwickelt. In diesem werden Zusammenhänge und Rückkopplungseffekte der
einzelnen Hemmnisse, wie Wasserrecht, Wirtschaftlichkeit und Bekanntheitsgrad,
aufgezeigt. Daraus wiederum werden Handlungsempfehlungen abgeleitet, die auf
eine verlässliche Förderpolitik und transparente, einheitliche Bewilligungsverfah-
ren zielen, um so den Einsatz von WP auch in Deutschland weiter vorantreiben
See
zu können.
XII