Folie 1 Wien, Totschnig, 17.10.2016

P2H-Pot: Potentiale, Wirtschaftlichkeit und

Systemlösungen für Power-to-Heat

Gerhard Totschnig, Andreas Müller

Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe

TU Wien

Johannes Nagler

Institut für Energietechnik und Thermodynamik

TU Wien

Blickpunkt Forschung 17.10. 2016,

an der TU Wien

Folie 2 Wien, Totschnig, 17.10.20162

P2H-Pot: Potentiale, Wirtschaftlichkeit und

Systemlösungen für Power-to-Heat

Stadt der Zukunft Projekt, gefördert durch das BMVIT im Rahmen des

Programms "ENERGIE DER ZUKUNFT"

http://www.eeg.tuwien.ac.at/P2H-Pot

Projektabschluss: Februar 2017.

Analyse der wettbewerbsfähige Potentiale für Power-to-Heat (P2H) im urbanen

Raum:Elektrokessel, Wärmepumpen und Wärmespeicher

Gemeinsame Betrachtung von Strom, Wärme, Elektromobilität, industrielles

Lastmanagement und von verschiedenen FW-Netzen

Partner:

TUWIEN – EEG

TUWIEN – IET

Energie AG OÖ Wärme GmbH

ECOP Technologies GmbH (Präsentation im Anschluss)

aqotec GmbH

ENERGIANALYSE.DK

e-Think

Folie 3 Wien, Totschnig, 17.10.20163

Arbeitsschritte

Bestimmung der Arbeitszahlen und Kosten geeigneter

Wärmepumpentypen bei unterschiedlichen Wärmequellen und

Systemeinbindungen

Simulation des Gebäudebestands 2020/2030/2050 und von Änderungen

im Fernwärmelastgang

Simulation des Fernwärme-Netzausbaus

Bewertung des Wirtschaftlichkeit durch gemeinsame Simulation von

Strom, Wärme, Elektromobilität, industrielles Lastmanagement

Folie 4 Wien, Totschnig, 17.10.2016

Übersicht

Ergebnisse zu Änderungen bei FW Lastprofilen

Wärmepumpen Simulationen

Ausblick HiREPS

Folie 5 Wien, Totschnig, 17.10.2016

Änderung des Fernwärme Lastprofils 2010-2050

(Simulationen: Andreas Müller)

Mit steigender thermischen Qualität des Gebäudebestandes bis 2050

die Heizsaison wird kürzer

Klimawandel verursacht auch eine Änderung im saisonalen FW Profil

Lastprofil wichtig für optimalen Erzeugungsmix

Methode: Simulation des stündlichen FW Lastgangs mit Invert/EE-

Lab(A. Müller):

Für Gebäudebestand 2050 und 2010 mit historisches Klima 1981-2010

Für Gebäudebestand 2050 Simulation mit REGCM3 Klimadatensatz

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

12

93

58

58

77

11

69

14

61

17

53

20

45

23

37

26

29

29

21

32

13

35

05

37

97

40

89

43

81

46

73

49

65

52

57

55

49

58

41

61

33

64

25

67

17

70

09

73

01

75

93

78

85

81

77

84

69

No

rmie

rt a

uf

Mit

telw

ert

=1

Stunden des Jahres

Normierter Heizwärmebedarf Wien 2010

Folie 6 Wien, Totschnig, 17.10.2016

Änderung FW Lastgang 2010/2050:

Effekte des Gebäudebestandes

Szenario WAMplus: -65% Endenergieeinsatz für Heizen und Warmwasserbereitstellung bis 2050

Folie 7 Wien, Totschnig, 17.10.2016

Änderung FW Lastgang 2010/2050:

Effekte des Klimawandels - WAMplus

Folie 8 Wien, Totschnig, 17.10.2016

VLS Heizenergiebedarf:

VLS Heizenergie-

bedarf

Gebäude 2010 Klima 1995 2332

Gebäude 2050 Klima 1996 1795

Gebäude 2050 RegCM3 2050 1700

Änderung FW Lastgang 2010/2050:

Effekte des Klimawandels 2 - WAMplus

Folie 9 Wien, Totschnig, 17.10.2016

Wärmepumpen Simulationsergebnisse

(Simulationen: Johannes Nagler IET)

9

• Geothermie/Abwärme 60 ºC/40 ºC Ammoniak, Konfig. II

• Geothermie/Abwärme 60 ºC/40 ºC Butan, Konfig. II

COP 70 75 80 85 90 95

40 7.29 6.56 5.97 5.47 5.05 4.69

45 6.99 6.31 5.74 5.28 4.88 4.53

50 6.69 6.05 5.52 5.08 4.70 4.37

55 0.00 5.78 5.29 4.88 4.52 4.21

60 0.00 0.00 5.06 4.67 4.33 4.04

65 0.00 0.00 0.00 4.46 4.15 3.87

70 0.00 0.00 0.00 0.00 3.95 3.69

COP 80 90 100 110 120

50 5.32 4.49 3.87 3.38 2.98

55 5.15 4.36 3.76 3.29 2.91

60 4.97 4.22 3.65 3.20 2.83

Folie 10 Wien, Totschnig, 17.10.2016

Simulationsergebnisse

10

• Rachgaskondensation 50/35 ºC Ammoniak Konfiguration II

COP 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C

40°C 6,91 6,18 5,61 5,14 4,74 4,38

45°C 6,63 5,97 5,43 4,98 4,59 4,25

50°C 6,38 5,77 5,25 4,82 4,44 4,11

55°C 0 5,55 5,06 4,65 4,29 3,98

60°C 0 0 4,86 4,47 4,13 3,83

65°C 0 0 0 4,29 3,97 3,69

70°C 0 0 0 0 3,80 3,54

• Rachgaskondensation 50/35 ºC Butan Konfiguration II

COP 80°C 90°C 100°C 110°C 120°C

50°C 4,66 4,00 3,49 3,08 2,75

55°C 4,50 3,88 3,39 3,00 2,68

60°C 4,35 3,76 3,29 2,92 2,61

Folie 11 Wien, Totschnig, 17.10.2016

Simulationsergebnisse

11

• Abwasser/Flusswasser 5-20 ºC Ammoniak Konfig. II

T_Fluss_ein 5°C 5°C 5°C 5°C 5°C 5°C 10°C 10°C 10°C 10°C 10°C 10°C

COP 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C

40°C 3,08 2,95 2,83 2,72 2,61 2,53 3,41 3,25 3,11 2,99 2,87 2,77

45°C 2,99 2,88 2,77 2,66 2,57 2,48 3,32 3,18 3,04 2,92 2,82 2,71

50°C 2,94 2,81 2,71 2,61 2,51 2,43 3,26 3,11 2,98 2,86 2,76 2,66

55°C 0,00 2,75 2,64 2,54 2,45 2,38 0,00 3,04 2,91 2,80 2,70 2,60

60°C 0,00 0,00 2,58 2,49 2,40 2,32 0,00 0,00 2,85 2,74 2,64 2,55

65°C 0,00 0,00 0,00 2,43 2,34 2,27 0,00 0,00 0,00 2,67 2,58 2,49

70°C 0,00 0,00 0,00 0,00 2,29 2,22 0,00 0,00 0,00 0,00 2,52 2,43

T_Fluss_ein 15°C 15°C 15°C 15°C 15°C 15°C 20°C 20°C 20°C 20°C 20°C 20°C

COP 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C

40°C 3,79 3,59 3,43 3,28 3,14 3,03 4,22 3,98 3,77 3,60 3,44 3,30

45°C 3,70 3,52 3,35 3,21 3,08 2,97 4,12 3,88 3,69 3,52 3,37 3,23

50°C 3,62 3,43 3,28 3,14 3,02 2,90 4,02 3,80 3,61 3,45 3,30 3,17

55°C 0,00 3,36 3,20 3,07 2,95 2,84 0,00 3,71 3,53 3,37 3,23 3,10

60°C 0,00 0,00 3,13 3,00 2,89 2,78 0,00 0,00 3,45 3,29 3,15 3,03

65°C 0,00 0,00 0,00 2,93 2,80 2,72 0,00 0,00 0,00 3,22 3,08 2,96

70°C 0,00 0,00 0,00 0,00 2,75 2,66 0,00 0,00 0,00 0,00 3,01 2,89

Folie 12 Wien, Totschnig, 17.10.2016

HiREPS SimulationsmodellHigh Resolution Power System Model

Gemeinsame Betrachtung von Strom, Wärme, Elektromobilität,

industrielles Lastmanagement

Investitionsoptimierung zur optimalen Auslegung verschiedener

Systemkomponenten

nichtkonventionellen Speichern

Power to Gas, Power to Heat, adiabate Druckluftspeicher (AA-CAES)

Stündliche Kraftwerkseinsatzsimulation

zur Analyse der ökonomischen und technischen Machbarkeit

verschiedener zukünftiger Szenarien

Ausblick: Simulation Strom-Wärme-Verkehr