Primärenergieeffizienz - Vergleich von Heizungsmethoden

Ich kann mich nicht recht mit den Definitionen anfreunden, sie decken sich nicht mit den mir Bekannten. Warum stellst du Strom mit Endeenergie gleich und verwendest für Primärenergie ausschließlich Kohle und Gas ?

Zitat von alikante

Ich kann mich nicht recht mit den Definitionen anfreunden,

Mir geht es ähnlich. Nach meinem Verständnis ist PE schon halbwegs klar definiert und beinhaltet unter anderem auch Wind, Wasser und Solar.

Vielleicht wäre es sinnvoll, mit fossiler PE (fPE) zu arbeiten? Denn darum geht es doch primär?

(Wobei ich eine Diskussion dazu hochinteressant finde)

Zitat von bkohl

Welchen SCOP kann ich für Radiatoren ohne Dämmung typisch erwarten? (Vorlauf 40-55°)

der SCOP hängt nicht von der Dämmung ab, sondern von der Vorlauftemperatur, wobei die natürlich indirekt wieder von der dämmung abhängt.

Zitat von bkohl

Das Ergebnis, dass ein BHKW mit 30% Wirkungsgrad die beste Wärmepumpe schlägt, hat mich selbst überrascht.

Ob man das so pauschal sagen kann, sei einmal dahin gestellt. Aber BHKW wäre für mich eine strategische Zwischenlösung der Energiewende, die kurzfristig viel Effekt für wenig Geld bringt und damit die Mittel für tragfähige langfristige Lösungen frei hält, anstatt mit Unsummen Illusionen zu verfolgen.

Diese Meinung vertrete ich seit mehr als 10 Jahren, obwohl das für mich selbst nicht passt. (Eigene Wasserkraft).

Moin, ich kann deine Rechenwege nachvollziehen. Nur die Annahmen sind m.M. nicht korrekt. Den Zukunftigen PEF für Strom im Jahresmittel auf 2,54 zu schätzen ist nicht belegt, die meisten Quellen gehen sogar von in Zukunft von 1,3 aus. Die Annahmen für BHKW sind auch "geschönt". Bei großen Anlagen wird meist der Gesamtwirkungsgrad zu Gunsten des el. Wirkungsgrades reduziert. Und kleine bis mittlere Anlagen im Modulationsbetrieb verlieren auch eta. Kurz 95% im Jahresmittel halte ich für Übertrieben. Aber dennoch bin ich auch der Meinung das BHKW in bestimmten Anwendungsfällen effizienter sein können als Wärmepumpen.

Moin,

Zitat von bkohl

Was ist die ökonomisch/ökologisch beste Heizung für mich?

Ich finde es interessant und wichtig, die Effizienz unterschiedlicher Heizungsmethoden unter dem Aspekt des Klimaschutzes zu diskutieren (Wirtschaftlichkeit ist dann noch eine ganz andere Frage). Ich glaube aber nicht, dass der Bezug auf den Primärenergieverbrauch dafür der optimale Ansatz ist. Am Ende des Tages geht es doch um die Frage, auf welche Weise man Wärme mit dem geringstmöglichen Klimagas-Fußabdruck erzeugen kann. Ich würde deswegen die verschiedenen Heizmethoden nicht nach dem Primärenergieverbrauch sondern nach der CO2-Emission vergleichen.

Für die CO2-Emission unterschiedlicher Energieträger findet man im Netz Tabellen wie hier, wobei die verlinkte Quelle besonders interessant ist, weil sie für Erdgas auch die je nach Herkunft sehr unterschiedlichen Vorketten-Emissionen auflistet. LNG weist wegen des beachtlichen Energieverbrauchs für Verdichtung und Transport mehr als doppelt so hohe Vorketten-Emissionen auf wie Pipeline-Gas. Die Methanverluste bei der "unkonventionellen" Gasförderung (Fracking) erhöhen diese Emissionen nochmals, so dass unkonventionell gefördertes LNG aus USA mit insgesamt 286 g CO2/kWh (Hi) etwa 25% höhere Gesamtemissionen aufweist als Pipelinegas aus Norwegen oder den Niederlanden. Russisches LNG (das konventionell gefördert wird und über Belgien auch nach Deutschland kommt) ist hier nicht gelistet, dürfte aber ähnliche Emissionen haben wie LNG aus Katar. Im 2025er Mix (Norwegen 44%, Niederlande 24%, Belgien bzw. Russland (LNG) 21%, USA (LNG) 10%) würde ich für Erdgas in Deutschland Brutto-Emissionen von 237 g CO2/kWh (Hi) ansetzen.

Die Emissionen einer Wärmepumpe sollten meiner Meinung entsprechend den Emissionen aus dem Strommix berechnet werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass eine WP gut 80% ihres Stroms im Winterhalbjahr verbraucht. Im abgelaufenen Winterhalbjahr lagen die Emissionen des deutschen Strommixes bei ca. 380g CO2/kWh, im Sommerhalbjahr 2025 bei ca. 300g CO2/kWh. (Quelle: Strommix aus Energy Charts und Emissionsfaktoren nach Quaschning, Details kann ich gerne nachliefern.)

Für den SCOP einer Wärmepumpe die Kennzahlen der hervorragenden aber sehr teuren Lambda-WP anzusetzen kann man machen, aber repräsentativ ist das für die Wärmepumpen in unserem Land meiner Meinung nach nicht. Ich habe deshalb lieber die Kennzahlen der Vitocal 250 von Viessmann genommen, die in Tests auch sehr gut bewertet wird aber mit den meisten hierzulande verkauften WP wohl mehr gemeinsam hat als die Lambda.

Nimmt man ein mäßig gedämmtes Standardhaus im Bestand mit Heizkurve 1,5 (d..h. VLT= 50°C bei AT= 0°C und 60°C bei -10°C) und einem Warmwasser-Anteil am Verbrauch von 18%, so lässt sich der SCOP einer Vitocal im Winterhalbjahr mit 3,07 abschätzen. Im Sommerhalbjahr liegt er bei 4,5 und im Jahresmittel bei 3,34. (Die Excel-Tabellen kann ich bei Interesse gerne nachliefern.)

Mit den o.g. Emissionsfaktoren aus dem Strommix kommt die Vitocal im Winter auf Emissionen von (380/3,07=) 124g CO2/kWh, im Sommer auf (300/4,5=) 67g CO2/kWh. Gewichtet mit den Verbrauchsanteilen (82% im Winter, 18% im Sommer) gibt das ca. 114g CO2/kWh.

Beim gasbetriebenen BHKW setze ich die Emissionen aus dem Gasverbrauch mit den o.g. 237g CO2/kWh (Hi) an. Dann ergibt sich für ein gutes BHKW wie das NeoTower 4.0 folgende Rechnung:

Gaseinsatz pro Betriebsstunde: 13,11 kWh (Hi) , daraus Emissionen 237g/kWh = 3.107g CO2 pro Betriebsstunde.

Hiervon abzuziehen ist die CO2-Gutschrift für den erzeugten Strom. Meiner Meinung nach kann auch hierfür der Jahreszeiten-bezogene Emissionsfaktor des Strommixes genommen werden. Geht man davon aus, dass ein wärmegeführtes BHKW wie eine Wärmepumpe ca. 82% seiner Laufzeit (und damit seiner Stromerzeugung) im Winterhalbjahr absolviert, so errechnet sich die CO2-Gutschrift im Schnitt mit (4*0,82*380 + 4*0,18*300=) 1.462g CO2 pro Betriebsstunde. Es bleiben (3.107-1.462=) 1.645g CO2 pro Betriebsstunde für 8,8 kWh Wärme, also 187g CO2/kWh.

Eine gute Gastherme erreicht einen Wirkungsgrad von 98% (Hs) bzw. 109% (Hi). Mit dem o.g. Emissionsfaktor kommt sie damit auf (237/1,09=) 218 g CO2/kWh.

(Dass alle genannten Wirkungsgrade in der Praxis etwas schlechter sein werden ist mir bewusst. Aber für einen Vergleich kann man m.E. die Werte aus den Datenblättern nehmen.)

Fazit: Bezogen auf das Heizen mit einer guten Gastherme spart ein gasbetriebenes BHKW (nach CO2-Gutschrift mit dem aktuellen Strommix) etwa 14% CO2 ein. Eine normale Wärmepumpe kommt mit dem gegenwärtigen Strommix – selbst unter mäßigen Betriebsbedingungen – auf eine Einsparung von 48%. (Mit einer Lambda halte ich 60% und mehr Einsparung für möglich.)

Mit zukünftig (hoffentlich) steigendem EE-Anteil am Strommix und dadurch fallendem CO2-Emissionsfaktor gehen die Emissionen der WP ebenso zurück wie die Emissionsgutschrift für den BHKW-Strom. Das heißt: Je sauberer der Strommix wird, desto deutlicher wird der Vorteil der Wärmepumpe, während der Vorteil des BHKW zurückgeht.

Zitat von bkohl

Es lohnt offenbar auf den Strom-Emissionswert etwas genauer zu schauen, wer ihn in welche Richtung verbiegt, um sein Narrativ zu stützen.

Dass Annahmen grundsätzlich der Überprüfung bedürfen ist korrekt. Allerdings würde ich empfehlen, nicht hinter jeder abweichenden Annahme ein (bewusstes) "Verbiegen" zu vermuten, um damit ein bestimmtes "Narrativ zu stützen". Hinzu kommt die Empfehlung, von ChatGPT generierte Informationen ganz besonders zu hinterfragen.

Meine Zahlen sind jedenfalls das Ergebnis einer konventionellen (um nicht zu sagen altmodischen) Netzrecherche, bei der ich anstatt künstlicher Intelligenz ausschließlich meine eigene Intelligenz eingesetzt habe. Und ein Narrativ habe ich nicht, sondern versuche einfach (wie man das als Naturwissenschaftler so macht) aus den mir zugänglichen Informationen – völlig wert- und ideologiefrei und ergebnisoffen – logische Schlussfolgerungen zu ziehen.

Was beispielsweise den ChatGPT-Vorschlag zu den Emissionen von Erdgas betrifft, so muss man leider feststellen, dass diese Zahl (202 g CO2/kWh Heizwert) für unsere Überlegungen schlicht unbrauchbar ist. Dieser Wert entspricht einfach der Emission aus der Verbrennung von Erdgas so wie es bei uns aus der Leitung kommt, und lässt die Vorketten-Emissionen vollständig außer Acht. Jetzt kann man natürlich streiten, ob der von mir (aufgrund der Quellenangaben zu Vorketten-Emissionen und zum deutschen Gasmix) errechnete Wert von 237 g CO2/kWh – bezogen auf den Heizwert Hi, für den Brennwert Hs sind es 214 g/kWh – so stimmt. Aber ein Zuschlag von 15-25% auf den nominalen Emissionswert ist jedenfalls notwendig, um die Vorketten-Emissionen abzubilden.

Wichtiger ist aber in der Tat die Frage, welcher Strom-Emissionswert bei dieser Rechnung anzusetzen ist. Wo ChatGPT die Zahl 500g CO2/kWh für den Winter-Mix her hat, wissen wir nicht. Meine Zahlen errechnen sich aus dem Strommix von April-September 2025 bzw. Oktober 2025 bis März 2026 und den spezifischen Emissionen der verschiedenen Kraftwerksarten und stimmen jedenfalls für die abgelaufenen zwölf Monate.

Diskutieren kann man aber ob es richtig ist für den Strom, den eine Wärmepumpe verbraucht bzw. den ein BHKW verdrängt, einfach den Strommix anzusetzen. Setzt man stattdessen die Emissionen der jeweils zugeschalteten bzw. verdrängten "Grenzkraftwerke " an, so wird es sich dabei in der Regel um Gaskraftwerke handeln. Für diese gibt Quaschning einen Durchschnittswert (einschl. Vorketten-Emissionen, hier mit einem Zuschlag von 22%) von 436 g CO2/kWh an. Auf dieser Basis ergeben sich im Jahresschnitt folgende Zahlen: Brennwerttherme 224g CO2/kWh; Wärmepumpe 131g (-42%); BHKW 165g (-26%).

Extremer wird das Ergebnis, wenn man die Emissionen der Gasturbinen-Kraftwerke ansetzt, die jetzt gebaut werden sollen um die Residuallast abzudecken. Quaschning gibt hierfür (wegen des schlechten Wirkungsgrades von 39,2%) Emissionen von 624g CO2/kWh an, was kaum noch besser ist als die Emission aus den besten Kohlekraftwerken (742g). Würden Wärmepumpen rechnerisch ausschließlich mit Strom aus Gasturbinen-Kraftwerken laufen, so müsste man mit Emissionen von 187 g/kWh rechnen (-17%) und das BHKW käme auf sagenhafte 79g (-65%). Voraussetzung für diese Rechenweise wäre aber, dass Wärmepumpen zukünftig vorzugsweise dann laufen wenn wenig Wind- und PV-Strom verfügbar ist, d.h. wenn der Strom besonders teuer ist – eine wenig sinnvolle Annahme. Beim BHKW setzt diese Rechenweise im Gegenzug eine vollständig netzoptimierte Betriebsweise voraus. Mit Hilfe von Strom- und Wärmespeichern ließe sich das wohl weitgehend hinkriegen, und mit Echtzeit-Einspeisevergütungen, die sich mit Hilfe von Smart Metern am Börsenstrompreis orientieren, (sowie einer Grundförderung, die sich am Kapazitätsmarkt orientiert) könnte sich das vielleicht sogar rechnen.

Unterm Strich ergeben sich für mich aus diesen Überlegungen zwei Schlussfolgerungen:

1) Unter realistischen Betriebs- und Einsatzbedingungen sind normale wärmeführte BHKW's deutlich klimafreundlicher als Brennwert-Gasthermen, aber Wärmepumpen sind nochmals besser – selbst wenn sie unter suboptimalen Betriebsparametern (mäßig gedämmte Standardhäuser mit mittelsteiler Heizkurve) arbeiten müssen.

2) Es sollte dringend geprüft werden, inwieweit der jetzt geplante Zubau neuer Gasturbinen-Kraftwerke dadurch ersetzt werden kann, dass das Potential netzdienlich betriebener BHKW's besser genutzt wird. Allerdings müsste sich das sowohl für den Staat als auch für die Betreiber rechnen. Ob das in der Praxis wirtschaftlich darstellbar ist, vermag ich nicht abzuschätzen.

Übrigens würde ich an Stelle der Politik auch darüber nachdenken, an Stelle neu zu bauender Gasturbinen erstmal die besten Kohlekraftwerke noch so lang weiterlaufen zu lassen bis das Wasserstoff-Zeitalter kommt. Damit meine ich alle Steinkohle-Kraftwerke, die sich technisch für die Abdeckung der Residuallast eignen (schnelle und hohe Lastwechsel!) und die wegen ihres hohen Wirkungsgrades nur 20% höhere Emissionen haben als Gasturbinen und/oder in Kraft/Wärmekopplung arbeiten. Die so eingesparten Subventionen lassen sich besser für den weiteren Ausbau der EE – sowie von Leitungen und Speichern zur Verbesserung der "Grundlastfähigkeit" – einsetzen.