Heidelberg, 19. Oktober 2017

Thermische Speicher in Bestandsgebäuden

Forschungsvorhaben ThermSpe4EE

Karin Maar

Wärmewende

Verbundforschungsprojekt ThermSpe4EE

Dezentrale Energiewelt

Thermische Speicherung im Gebäudebestand

Prinzip Wärmepumpe

Lastverschiebung

ThermSpe4EE-Praxistest

Ausblick

Thermische Speicher in Bestandsgebäuden

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Wärmewende

• Klimaschutz - Energiepolitische Vorgaben Bundesregierung

• Überschüsse der Energieerzeugung aus EE

• Wärmebedarf:

40 % des Gesamtenergieverbrauchs Deutschland

20 % des CO2-Kohlenstoffdioxid-Ausstoßes

• Anpassung von Bedarf an Erzeugung → Lastverschiebungen

Laststeuerung

Speichertechnologien

→ Strom und Wärme intelligent vernetzt

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• Trends

Anwendungen: dezentral statt zentral

Erzeugung: regenerativ statt konventionell

Einspeisung: fluktuierend statt kontinuierlich

• Lösungen

Smart Grids

Smart Markets

Flexibilität

Neue Spielräume für Verbraucher

Transformation des Energiesystems

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• ThermSpe4EE:

Thermische Speicher für Erneuerbare Energien

• „Förderinitiative „Zukunftsfähige Stromnetze“

• Interdisziplinärer Forschungsansatz

Stromgeführte Wärmepumpen

Gebäudemasse als Energiespeicher

Einsatz thermischer Speicher

Variable Stromtarife zur Lastverschiebung

Potentialuntersuchungen Metropolregion

• Dauer 11/2014 – 08/2017

Verbundprojekt zur thermischen Speicherung

Projektabschluss September 2017

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ThermSpe4EE Interdisziplinärer Ansatz

• Zeitvariable Stromtarife

• Intelligente Wärmepumpentechnik

• Gebäude + Speichermedien

• Potenziale Metropolregion

Schema: Technische Universität Kaiserslautern

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Verbundpartner im Forschungsprojekt ThermSpe4EE

Thermische Speicherung im Gebäudebestand

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• Wärmepumpen-Anlagen bei Kunden im Gebäudebestand (Metropolregion)

Wärmebedarf im Gebäudebestand

Entwicklung Neubautätigkeit?

Zur Nutzung der CO2-Senkungspotentiale sind Wärmepumpen im

Gebäudebestand nötig

• Wärmepumpe + Pufferspeicher

Bewährte, effiziente Technologie

Günstige Speicherung

von Nutzenergie

Speicher vorhandenQuelle: www.mrn.de

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• Ziel: Betrieb der Wärmepumpe bei hohen EE-Anteilen im Netz (stromgeführt)

• Kunden beeinflusst den Netzbetrieb:

Speicher füllen bei hohem Dargebot, Verbrauch reduziert bei niedrigem EE-Dargebot

• Anreiz für Kundenanlage: Preissignale

• Am Day-Ahead-Markt/Börse orientiert

• 4 fixe Tarifstufen, ohne feste Zeitfenster

• Stündliche Auflösung, 24 Stunden Vorlauf

Lastverschiebungssignale

Konzeption zeitvariable Tarife

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• > 50% Preisbestandteile fix (Steuern / Abgabe / Netzentgelte)

• Chance Digitalisierung:

Günstige und sichere Kommunikation, nicht flächendeckend kurzfristig

verfügbar

• Bildet nicht unbedingt Knappheiten in

einem lokalen Verteilnetz ab

Neue Spielräume für Verbraucher

Randbedingungen zeitvariable Tarife

Quelle: BDEW 2017

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• Kundenwunsch: Erneuerbare Energien spielen eine große Rolle

• Keine Verhaltensänderung erforderlich (intelligente Steuerung)

• Änderungen im System:

Bilanzierungsprozesse (SLP), Netznutzungsentgelte, Flexibilitäts-Prämien?

• Betriebskostenersparnis möglich, aber: Mehrkosten Investition

Nutzeffekte rechtfertigen Mehraufwand derzeit nicht

Perspektiven

Fazit zeitvariable Tarife

Konzeption thermische Speicher

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• Einsatz weiterer Speicher: Phasenwechselmaterialen, Gebäudemasse

• Nutzbarkeit der Masse steigt mit sinkendem Wärmebedarf

• Kurzzeitspeicher für 1-12 h

• Größere Speicher → geringere Betriebskosten, höhere Investitionen

Wirtschaftliche Auslegung für ca. 6 h

Auswirkungen auf das Verteilnetz

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• Keine Entlastung der Niederspannungsnetze

• Netzverstärkung ermöglicht sowohl weitere Integration von Wärmepumpen

als auch von Photovoltaik

Unterstützung der Integration von EE

Verschiebung der elektrischen Last möglich

Quelle: Technische Universität Kaiserslautern

Räumliches Marktpotential von Wärmepumpen in der MRN

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• Eignungsprüfung per App nutzt Web-Service

• Anwendung z.B. zur Vertriebsunterstützung

(Vergleichbar etwa einer Verfügbarkeitsabfrage der

Telekomanbieter)

• Status: Demonstrator

Datenbank-Funktion für ausgewählte Gebäude

potentielle Standortfläche berechnet

gewünschte Attribute abfragt

Nutzung interaktiver digitaler Karten in einem

Webportal

Web APP, Quelle: geomer

Geoinformationssysteme zeigen Potenziale

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• www.maps.thermspe4ee.de/

arcgis/home/

• Abschätzung des

Wärmepumpen-Potenzials im

Hinblick auf die

Ersetzung von Ölheizungen

Ca. 500.00 Gebäude

(EFH, MFH, RH)

geeignet

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• Winter 2016/17: Pilotanlage in Hagenbach installiert

• Einfamilienhaus Baujahr 1991

• Installation von Heizung und Speicher

Wärmepumpe 9,8 Kilowatt, Warmwasserspeicher 1.800 Liter

• 13 Radiatoren ausgetauscht (Niedertemperaturheizkörper)

• Einbau der intelligenten Steuerung (Test-Modus)

• Messung von

Gebäude, Wärmeverteilung, Heizung, Speichern

Praxistauglichkeit und Behaglichkeit!

Verifikation der Simulationen

ThermSpe4EE-Praxistest

Heizungssteuerung über App

Quelle: ait

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Fazit ThermSpe4EE

• Mögliche Modellansätze für Tarife analysieren

• Kommunikationssysteme weiter verfolgen

• Verschiebung elektrischer Lasten möglich

• Keine Entlastung der Niederspannungsnetze

• Energiespeicher

Nutzbarkeit der Gebäudespeichermasse steigt mit sinkendem Wärmebedarf

Weitere Speicher können integriert werden

• Potentiale MRN:

Räumliche Verteilung des Potentials analysiert

Interaktive digitale Karten erarbeitet

Ganzheitlichen Ansatz entwickelt

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Ausblick

• Praxistest

Abschließen

Ergebnisse bewerten

• Ausblick

Interdisziplinäres Vorgehen mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie

Intelligente Anwendungen wie Energiemanagement, Energiespeicherung

Flexibilitätsoptionen im Smart Grid

Projekt Designetz – Wege zur Umsetzung der Energiewende

Viele weitere Innovationsprojekte

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Vielen Dankfür Ihre Aufmerksamkeit.

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