Merit-Order und Jahresdauerlinie: das methodische Fundament der Wärmeplanung

Warum zwei Konzepte alles entscheiden

Wer einen WNTP erstellt, der einer Behördenprüfung standhält, muss zwei methodische Konzepte sicher beherrschen: die Jahresdauerlinie (JDL) und das Merit-Order-Prinzip. Beide zusammen bestimmen, welche Erzeuger wie viele Volllaststunden fahren, welchen Brennstoffbedarf sie haben und welche CO₂-Emissionen daraus resultieren. Ohne diese Grundlage sind TCO-Berechnungen und EE-Anteile nicht reproduzierbar.

Die Jahresdauerlinie erklärt

Die Jahresdauerlinie ist eine Darstellung des Wärmebedarfs eines Netzes oder Standorts über ein Jahr. Sie ist keine Zeitreihe – sie ist eine Sortierkurve: Alle Stunden des Jahres (8.760) werden nach absteigender Wärmelast sortiert. Die x-Achse zeigt die Betriebsstunden, die y-Achse die zugehörige Wärmelast in MW.

Das Ergebnis ist charakteristisch: ein steiler Abfall im ersten Bereich (Spitzenlaststunden, wenige hundert Stunden pro Jahr) und ein langer flacher Verlauf bis hin zur Grundlast (viele Tausend Stunden). Die Fläche unter der Kurve entspricht dem Jahreswärmebedarf in MWh/a.

Die JDL liefert drei direkt ableitbare Parameter, die für die Wärmeplanung entscheidend sind:

• Spitzenwärmeleistung (P_max, MW): Die maximale benötigte Leistung, die alle installierten Erzeuger gemeinsam bereitstellen müssen.
• Jahreswärmebedarf (Q_a, MWh/a): Die Gesamtenergiemenge, die im Jahr erzeugt werden muss.
• Grundlastanteil: Der Anteil am Jahreswärmebedarf, der konstant über viele Stunden benötigt wird – die Zielgröße für die Dimensionierung von Wärmepumpen und anderen Grundlasttechnologien.

Das Merit-Order-Prinzip in der Wärmeerzeugung

Das Merit-Order-Prinzip stammt ursprünglich aus der Stromerzeugung, ist aber auf die Wärmeerzeugung vollständig übertragbar. Die Idee: Erzeuger werden nach steigenden variablen Kosten (Brennstoffkosten + variable Betriebskosten + CO₂-Kosten) in eine Rangfolge gebracht. Erzeuger mit niedrigen variablen Kosten werden zuerst eingesetzt (Grundlast), Erzeuger mit hohen variablen Kosten nur dann, wenn keine günstigere Alternative verfügbar ist (Spitzenlast).

In einem typischen dekarbonisierten Wärmenetz sieht die Merit-Order etwa so aus:

• Rang 1 – Abwärme: Niedrigste variable Kosten, wenn die Grundgebühr bereits bezahlt ist. Quellen: Industrie oder Rechenzentren.
• Rang 2 – Wärmepumpe: Variable Kosten = Strompreis/JAZ + Wartung. Profitiert von günstigen Strom-Tiefpreiszeiten.
• Rang 3 – BHKW: Variable Kosten = Gaspreis minus Stromerlös. Wirtschaftlich nur, wenn Strom-Erlöse die Gasmehrkosten kompensieren.
• Rang 4 – Biomassekessel: Variable Kosten = Biomassepreis + Betrieb. Saisonale Ergänzung.
• Rang 5 – Gaskessel: Höchste variable Kosten. Reine Spitzenlast, minimale Volllaststunden.

Verknüpfung: Dispatch-Simulation

Die Kombination aus JDL und Merit-Order ermöglicht eine Dispatch-Simulation: Für jede Laststufe der JDL wird geprüft, welche Erzeuger in welcher Reihenfolge eingesetzt werden. Das Ergebnis ist eine Erzeugungsaufteilung, die für jede Variante folgende Kennzahlen liefert:

• Volllaststunden je Erzeuger (Grundlage für Investitions-Amortisation)
• Brennstoffbedarf je Erzeuger (Grundlage für Betriebskosten und CO₂-Bilanz)
• EE-Anteil an der Gesamterzeugung
• CO₂-Emissionen der Gesamtanlage

Diese Kennzahlen sind nicht nur für den Variantenvergleich nötig – sie sind auch direkt in den TCO-Rechner einzuspeisen. Volllaststunden bestimmen, wann eine Anlage abgeschrieben ist. Brennstoffbedarf und Emissionsfaktoren bestimmen die laufenden Kosten.

Ein konkretes Beispiel

Nehmen wir ein Wärmenetz mit folgenden Parametern: Spitzenlast 12 MW, Jahreswärmebedarf 42 GWh/a, Grundlastanteil (unter 6 MW, mehr als 6.000 h/a) 60 %.

Variante 2 sieht eine 6-MW-Wärmepumpe plus einen 12-MW-Gaskessel vor. Die Dispatch-Simulation ergibt:

• Wärmepumpe: 6.500 Volllaststunden, 39 GWh/a Wärmeerzeugung. EE-Anteil bei 80 % erneuerbarem Strom: 72 %.
• Gaskessel: 1.200 Volllaststunden, 3 GWh/a Wärmeerzeugung. CO₂-Emissionen: 620 t/a.

Der EE-Anteil von 72 % ist damit dokumentiert und verteidigbar. Ein Büro, das diese Zahl aus einer Schätzung ableitet, kann sie im Behördengespräch nicht verteidigen.

Was Energie-Zentrale hier liefert

Das Berechnungsmodul von Energie-Zentrale implementiert JDL-basierte Dispatch-Simulation als deterministische Berechnungslogik. Ingenieure parametrieren die Erzeuger, das System berechnet automatisch Volllaststunden, Brennstoffbedarf, CO₂-Emissionen und EE-Anteil – für alle Varianten gleichzeitig, in einem konsistenten Modell.

Das Ergebnis ist eine reproduzierbare Methodik, die der Behördenprüfung standhält und direkt in den WNTP-Bericht übernommen werden kann.