Wie Chinas ländliche Solarpolitik auch Wärmepumpen fördern könnte

Von Anders Hove, ursprünglich veröffentlicht von Carbon Brief

23. August 2023

Seit 2021 hat Chinas „Whole County PV“-Programm die Nutzung von Solarenergie in ländlichen Gebieten durch den Bau auf Regierungs-, Gewerbe-, Industrie- und Wohndächern dramatisch ausgeweitet.

Allerdings stößt das Programm auf eine Reihe von Hindernissen, so wurden beispielsweise Probleme bei der Einführung in der Provinz Shandong im Osten Chinas gemeldet.

Es bietet aber auch Vorteile, die das Größenproblem überwinden können. Die großflächige Installation von Photovoltaikmodulen (PV) auf Dächern kann den Verwaltungsaufwand verringern und die „weichen Kosten“ reduzieren, die mit der Vermarktung und Installation von Solarmodulen für Haushalte oder Unternehmen nacheinander verbunden sind.

Dies wirft eine interessante Möglichkeit auf: Könnte ein solches Programm für andere Verbesserungen der sauberen Energie, wie etwa Energieeffizienz oder saubere Heizung, funktionieren?

Basierend auf meiner neuen Analyse für das Oxford Institute for Energy Studies der chinesischen Landkreise, die am Whole County PV-Programm teilnehmen, scheint die Antwort „Ja“ zu lauten.

Darüber hinaus stellte ich fest, dass das Solarprogramm überraschend gut mit elektrischen Wärmepumpen harmoniert.

Dies ist eine wichtige Erkenntnis angesichts der enormen Größe des ländlichen China, in dem Hunderte Millionen Menschen leben und das größer ist als viele Regionen der Welt. Und es könnte auch dazu beitragen, eine weitere Herausforderung anzugehen: Chinas Landbewohner leiden derzeit unter einer hohen gesundheitlichen Belastung durch die Nutzung von Kohle für Wärme und Strom.

Bis vor kurzem wurden die meisten Solar-PV-Anlagen in China in abgelegenen westlichen Regionen installiert, sodass teure Übertragungsleitungen erforderlich waren, um den Strom in die östlichen Provinzen zu transportieren, die den meisten Strom verbrauchen.

Eine Reihe riesiger „sauberer Energiebasen“ in Wüstenregionen sind weiterhin ein wichtiger Teil der Energiewende des Landes. Dennoch haben diese groß angelegten, zentralisierten Entwicklungen Hunderten Millionen Bewohnern in ländlichen Gebieten kaum kohlenstoffarmen Strom geliefert.

Das PV-Pilotprogramm „Whole County“, das im Juni 2021 von Chinas oberster Energieregulierungsbehörde, der National Energy Administration (NEA), initiiert wurde, wurde entwickelt, um die Nutzung dezentraler Solaranlagen auf Dächern, auch in ländlichen Gemeinden, auszuweiten.

Bis September 2021 hatte die NEA eine Liste von 676 teilnehmenden Kreisen und anderen Verwaltungseinheiten veröffentlicht – was etwa der Hälfte der kreisfreien Gebiete Chinas entspricht.

Die am Programm teilnehmenden Landkreise sind nicht alle ländlich geprägt, weisen jedoch einen geringeren Urbanisierungsgrad als der Durchschnitt auf, was die Ziele des Programms widerspiegelt.

Obwohl sie rund die Hälfte der kreisfreien Gebiete ausmachen, repräsentieren sie nur 24 % der Bevölkerung des Landes – eine dennoch beträchtliche Zahl von Menschen.

Das Programm fordert die teilnehmenden Landkreise dazu auf, 20 % der Dächer von Wohngebäuden mit Solar-PV auszustatten, zusammen mit anderen Zielen für Gewerbe-, Industrie- und Regierungsdächer.

Die wichtigste Neuerung des Programms besteht darin, den Landkreisen die Durchführung einer einzigen Auktion für alle Dächer zu ermöglichen, wodurch die Soft Costs erheblich gesenkt werden können.

Das PV-Programm „Whole County“ ist auch nicht auf dünn besiedelte Gebiete im Westen Chinas beschränkt, in denen normalerweise große PV-Projekte angesiedelt sind.

Wie in der Karte unten dargestellt, weisen die dunkelrot markierten Provinzen Guangdong (Süden), Henan (Mitte), Shandong (Zentraler Osten) und Jiangsu (Südosten) den höchsten Anteil der vom Programm erfassten Kreisbevölkerung auf.

Mit Ausnahme von Guangdong haben sich in den anderen drei Provinzen etwa die Hälfte ihrer Landkreise angemeldet, in denen zusammen mehr als 140 Millionen Menschen leben.

Im Allgemeinen gibt es in den Landkreisen, die im Westen am Programm teilnehmen, weniger Menschen (hellgelb markiert) als im Osten (gelb markiert).

Anteil der Bevölkerung des Landkreises, der vom PV-Programm des gesamten Landkreises abgedeckt wird. Dunklere Farben weisen auf einen höheren abgedeckten Anteil hin. Die verwendeten Bezeichnungen und die Darstellung des Materials auf dieser Karte bedeuten nicht, dass Carbon Brief irgendeine Meinung zum rechtlichen Status eines Landes, Territoriums, einer Stadt oder eines Gebiets oder seiner Behörden oder zu deren Abgrenzung zum Ausdruck bringt seine Grenzen oder Grenzen. Quelle: Anders Hove, OIES, 2023

Die Hauptinnovation des Programms besteht darin, die Kosten dezentraler Solarenergie – insbesondere die Soft-Kosten der Kundenakquise und Vertragsabschlüsse – durch eine Ausschreibung oder Auktion zu senken, um einen einzigen Lieferanten und Installateur auszuwählen, der alle in jedem Kreispilotprojekt enthaltenen Dachinstallationen abdeckt.

Dem Programm wurde seit seiner Einführung bereits ein dramatischer Anstieg der dezentralen Solarenergie zugeschrieben. Die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission (NDRC), die Planungsbehörde der chinesischen Zentralregierung, hat festgestellt, dass im Rahmen des Programms bis Ende 2022 mehr als 66 Gigawatt (GW) an geplanten Projekten registriert waren.

(Zum Vergleich: Dies entspricht in etwa der gesamten Solarkapazität Deutschlands, das über die viertgrößte Solarkapazität der Welt verfügt.)

Allerdings verlief es nicht ohne Herausforderungen: Die Provinzen Shandong und Hebei stehen in der Kritik, weil sie die NEA-Richtlinien missachten, indem sie alle neuen Dachinstallationen vorübergehend sperren oder staatseigenen Unternehmen eine Vorzugsbehandlung gewähren. Trotzdem geht Shandong davon aus, dass das Programm bis Ende 2025 die gesamte Solarkapazität der Provinz um 20 GW erweitern könnte.

Eine allgemeinere Herausforderung ist die Integration von Solarenergie in ländlichen Gebieten, wo eine übermäßige PV-Spitzenleistung am Mittag die lokalen Netze überlasten könnte.

Shandong und andere Provinzen haben Speicheranforderungen für dezentrale Solarenergie eingeführt, um dieses Problem anzugehen. Unsere Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass dies die Kosten erhöht und die Wirtschaftlichkeit der Solarenergie gefährden könnte.

Wärmepumpen und Solar-PV werden typischerweise als zwei getrennte Bereiche behandelt: PV dient der Energieerzeugung und Wärmepumpen dienen der Gebäudeenergieeffizienz.

Die Politik behandelt sie als unterschiedliche Themen, ordnet sie verschiedenen Ministerien zu, bietet unterschiedliche Anreize und legt unterschiedliche Ziele fest.

Heute lohnt es sich jedoch, darüber nachzudenken, wie kohlenstoffarme Technologien im Rahmen der chinesischen Politik, die eine Integration von Stromversorgung, Netz und Nachfrage fordert, kombiniert werden können.

Unter den richtigen Bedingungen können Wärmepumpen dazu beitragen, den Verbrauch von lokal erzeugtem Solarstrom zu steigern. Der Einsatz von solarbetriebenen Wärmepumpen kann auch die Notwendigkeit bestehender Heizsysteme, die fossile Brennstoffe nutzen, überflüssig machen, was mit Treibhausgasemissionen und negativen Auswirkungen auf die lokale Luftqualität und die Luftqualität in Innenräumen verbunden ist.

Wenn ein Haus bereits über Solarenergie verfügt, verbessert die Nutzung des billigen Stroms, den es erzeugt, um eine Wärmepumpe anzutreiben, die Wirtschaftlichkeit des kombinierten Systems, wie meine Analyse ergab.

Obwohl Strom in China relativ günstig ist, bieten Wärmepumpen für Haushalte oder Dörfer, die ihren eigenen Strom erzeugen können, immer noch eine bessere Amortisation als die Rückspeisung überschüssigen PV-Stroms ins Netz mittags.

Das funktioniert nicht nur in der Sommerhitze, wenn Wärmepumpen zur Kühlung eingesetzt werden können. Wir haben festgestellt, dass die Kombination von PV mit Wärmepumpen auch im Winter wirtschaftliche Vorteile bietet, auch wenn sich der Heizbedarf möglicherweise nicht mit den Tageslichtstunden überschneidet, wenn Solarenergie Strom erzeugt.

In China sind die Winter viel sonniger als in den meisten anderen Ländern. In Shandong beispielsweise könnte ein Haushalts-Solarpanel im Winter 76 % mehr Strom produzieren als im Sommer – vergleichbar mit Phoenix, Arizona. Vergleichen Sie das mit London oder München, wo die PV-Leistung im Winter durchschnittlich nur 20–25 % des Sommerniveaus beträgt.

Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann zudem die Menge des durch PV erzeugten Stroms erhöht werden, den der Haushalt selbst nutzen kann, anstatt ihn wieder ins Netz einzuspeisen – dies wird als „Eigenverbrauch“ bezeichnet. Wärmepumpen erhöhen diesen Wert je nach Klimazone von deutlich unter 10 % ohne Wärmepumpen auf 20–30 %. Mit zusätzlicher Speicherung kann der Eigenverbrauchsanteil auf über 40 % steigen.

Vor allem haben wir herausgefunden, dass der Einbau von Wärmepumpen in bestehende Solarhaushalte trotz der hohen anfänglichen Kapitalkosten wirtschaftlich attraktiv ist.

In den meisten Teilen Zentral- und Ostchinas haben wir festgestellt, dass sich die höheren Vorabkosten für den Einbau von Wärmepumpen in bestehende PV-Haushalte im Vergleich zu einer neuen Widerstandsheizung oder einem Gaskessel in der Regel innerhalb von sechs Jahren amortisieren, wie die dunklere Farbschattierung zeigt die drei Karten unten.

Amortisationszeit für Wärmepumpe im Vergleich zu Widerstandsheizung (RH), Gasheizung und Kohleheizung nach Provinz. Die verwendeten Bezeichnungen und die Darstellung des Materials auf dieser Karte bedeuten nicht, dass Carbon Brief irgendeine Meinung zum rechtlichen Status eines Landes, Territoriums, einer Stadt oder eines Gebiets oder seiner Behörden oder zu deren Abgrenzung zum Ausdruck bringt seine Grenzen oder Grenzen. Quelle: OIES, 2023

In den letzten Jahrzehnten hat China der Energiewende in ländlichen Gebieten mehr Aufmerksamkeit und Investitionen gewidmet, um sowohl die Lebensqualität durch die Reduzierung der Raumluftemissionen zu verbessern als auch ländliche Haushalte durch die Förderung kohlenstoffarmer Energie wirtschaftlich zu unterstützen.

Doch ländliche Gebiete stehen vor besonderen Hürden, insbesondere wenn es um die Einführung von Wärmepumpen geht.

In unserem Bericht haben wir drei Hauptprobleme identifiziert, die alle potenziell durch das Whole County PV-Programm oder ein ähnliches Programm angegangen werden könnten.

Das erste Hindernis ist das öffentliche Bewusstsein. Im städtischen China ist der Bau von Heizsystemen weitgehend eine Angelegenheit von Gebäudeeigentümern und lokalen Wärmeunternehmen, während die Landbewohner die Energieeffizienz von Gebäuden und emissionsarme Heizung eher als staatliche Aufgabe betrachten.

Darüber hinaus stellten wir fest, dass im ländlichen China kaum ein Bewusstsein für die potenziellen Kosteneinsparungen durch die Einführung „sauberer Heizung“ besteht, zu der in China „saubere Kohle“- und Gasöfen gehören.

Ein zweites Hindernis stellen die Kapitalkosten dar, da die Verbraucher fast überall dagegen sind, im Voraus mehr für effiziente Geräte auszugeben, die im Laufe der Zeit Geld sparen.

Das Whole County PV-Programm könnte dazu beitragen, diese Bedenken auszuräumen, indem es die Kapitalkosten des Programms mit gewerblichen und industriellen Kunden bündelt, die solche Investitionen möglicherweise besser über Energiedienstleistungsunternehmen oder gewerbliche Kredite finanzieren können.

Ein drittes Hindernis stellen die Verwaltungskapazität und die Koordinierung dar. In der Vergangenheit litten die Energieeffizienz- und emissionsarmen Energiepolitiken in ländlichen Gebieten unter unklaren Zuständigkeiten, Fragmentierung zwischen verschiedenen Regierungsbehörden und mangelhafter Durchsetzung.

Die Gestaltung des PV-Programms für den gesamten Landkreis könnte zumindest dazu beitragen, einige dieser Koordinationsprobleme zu lösen.

Unsere Forschung zeigt, dass erhebliches Potenzial besteht, auf dem Erfolg des Whole County PV-Programms aufzubauen.

Mit einer Gesamtbevölkerung von weit über 100 Millionen könnten die teilnehmenden Landkreise in den kommenden Jahren einen erheblichen Beitrag zur Solarstromerzeugung leisten, auch wenn viele Landkreise die ursprünglichen Ziele nicht erreichen.

Darüber hinaus legt unsere Analyse nahe, dass das Whole County PV-Programm ein Modell für politische Maßnahmen in China und anderswo sein könnte, das das Problem der weichen Kosten angeht und gleichzeitig kleinen Landbewohnern hilft, die sonst kaum einen Grund sehen, Zeit und Energie – geschweige denn Geld – in Veränderungen zu investieren wie sie ihre Häuser mit Strom versorgen, heizen oder kühlen.

Ein Schritt, der den Einsatz von Wärmepumpen in China jetzt ausweitet, könnte die Emissionen an sich weiter reduzieren und die Installation kostengünstiger Wärmepumpen in anderen Teilen der Entwicklungsländer ausweiten, wo der Kühlbedarf wahrscheinlich unglaublich schnell wachsen wird in den kommenden Jahren, wenn sich der Planet erwärmt.

Während ein großer Vorteil, den wir bei der Kombination von PV mit Wärmepumpen festgestellt haben, geringere Heizemissionen sind, könnte PV in Kombination mit Kühlung auch dazu beitragen, die solare und sommerliche Spitzenstromlast zu absorbieren.

Unsere Forschung zeigt, wie das innovative politische Design des Whole County PV-Programms auf andere Technologien ausgeweitet werden könnte, was größere Vorteile in Bezug auf Wirtschaftlichkeit, Treibhausgasemissionen, Luftverschmutzung und die Integration zusätzlicher Solarenergie mit sich bringen würde.

Stichworte:Chinas Energiepolitik, Wärmepumpen, Solardächer

Von Andrew Hazzard, Ensia

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