Warum die waermepumpe das bessere elektroauto ist von arend leers zum uponor kongress 2013

WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG

Das Haus der Zukunft… oder

„Warum die Wärmepumpe das bessere Elektroauto ist…“

Arend Leers | St. Christoph am Arlberg | 18. März 2013

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Pressestimmen…

›Es ist 5 Minuten vor 12 ›Wir verschwenden immer noch zu viel kostbare Energie

›Die globale Umweltbelastung und der damit verbundene Klimawandel wird zum weltweiten Unfrieden führen

›Die Industriestaaten gefährden durch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ihre Wettbewerbsfähigkeit

› Das ist aber „nur“ ein temporäres Phänomen der Modernen…

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Der aktuelle Verbrauch aller Reserven schädigt die zukünftigen Generationen nachhaltig und irreversibel

Optionaler Titel

fossiler Energieverbrauch

2000 1000 0 3000 Zeit/ a

Quelle: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen, TU München, 4. Quartal 2011

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Das Energiekonzept der Bundesregierung – 3 Säulen

› Beschleunigter Ausbau Erneuerbarer Energien

› Schrittweiser Ausstieg aus friedlicher Nutzung der Kernenergie bis 2020

› Reduktion des Energieverbrauchs durch Sparen von Energie

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Entwicklung WSVO / EnEV

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Technisch kann der Wärmebedarf von Neubauten weit über die Anforderungen der EnEV 2009 hinaus reduziert werden

› Wärmebedarf verschiedener moderner Neubautypen

Quellen: Industrie Initiative effizienter Klimaschutz, Booz & Company Analyse

Niedrig-energiehaus

3-Liter-Haus Passivhaus Nullenergiehaus Plusenergiehaus

< 70 kWh/m2/a < 30 kWh/m2/a < 15 kWh/m2/a ~0 kWh/m2/a < 0 kWh/m2/a

> Als Niedrigener-giehäuser bezeichnet man Gebäude, die den momentan gesetzlichen geforderten EnEV Max. noch unterschreiten

> Gebräuchlich ist mittlerweile die KfW-Energiehaus 60 Definition

> Der 3-Liter-Haus Standard ist definiert durch einen maximalen Energiebedarf von 30 kWh/m2/a, was etwa 3 Litern Heizöl pro m2/a entspricht

> Im Passivhaus kann aufgrund der Dämmung auf eine konventionelle Heizung verzichtet werden

> Wärme wird primär passiv (z.B. Sonneneinstrahlung) erzeugt

> In der jährlichen Bilanz benötigt das Nullenergiehaus keine ext. Energie-zufuhr (Elektrizität, Gas, Öl usw.)

> Die benötigte Energie wird im bzw. am Haus selbst erzeugt (z.B. durch Solaranlagen)

> Das Plusenergiehaus ist ein energie-effizientes Haus, das mit einer PV-Anlage ausgerüstet ist, die mehr Energie produziert als für Heizung, Warmwasser und Haushaltsstrom über das Jahr gerechnet benötigt wird

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doch… Deutschland ist gebaut!

› Ca. 75% des Wohngebäudebestands sind vor der 1. WSVO 1978 gebaut worden und weisen einen sehr hohen Energiebedarf auf

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Bestandsanalyse Heizungsmarkt Deutschland

› Ca. 20% des heutigen Heizungsbestandes sind komplett veraltet und ökologisch wie wirtschaftlich ineffizient

Quelle: RWE, BDEW, DENA, Viessmann

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Das Energiekonzept der Bundesregierung

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1990 2008 2020 2030 2040 2050

Verän

deru

ng

[%

]

Endenergieverbrauch Strom

Anteil Erneuerbarer Energien

Primärenergieverbrauch

Treibhausgasemission

Quelle: Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch, , TU Braunschweig, 4. Quartal 2011

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Strom-Mix in Deutschland: 2010-2020-2050

Kernenergie*

Gas, Kohle

Sonstige

Photovoltaik

Wasserkraft

Biomasse

Windenergie

Geothermie

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2010 2020 2050

Stro

mm

ix in

%

Technisch-Ökologische Potenziale der Erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung

Geothermie

Windenergie

Biomasse

Wasserkraft

Photovoltaik

Sonstige

Gas, Kohle

Kernenergie

Trendlinie

*Das Gesetz sieht vor, das spätestens 2022 das letzt Kernkraftwerk in Deutschland abgeschaltet wird Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien, Stand 1/2009 und 1/2011, sowie Umweltbundesamt, Stand 7/2010 Fundierte Zahlen nach den neuesten Entscheidungen zur Energiepolitik 2011 werden von der Bundesregierung erst für die EEG-Novelle 2012 erwartet; bis dahin bleibt das Energiekonzept vom 28.9.2010 unverändert bestehen

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Stromerzeugung über eine Woche im Frühjahr 2008 Quelle: Prof. Dr. V. Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Berlin 07/2011

EINFLUSS AUF ENERGIEERZEUGUNG UND NETZAUSLASTUNG

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Einfluss auf Energieerzeugung und Netzauslastung: Szenario Frühjahr 2020

Photovoltaik und Wärmepumpe

Quelle: Prof. Dr. V. Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Berlin 07 | 2011

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Lastferne Erzeugungsstruktur in 2030 bedingt zunehmende Netzengpass-Situationen in Deutschland.

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Wo sind die Stellschrauben zum Energiesparen/Speichern ???

Quelle: AG Energiebilanzen 2007 / CO2 Gebäudereport 2007 des BMVBS; asue.de

Energieverbrauch nach Sektoren

Aufteilung Energieverbrauch eines typischen Haushalts

15%

29%

Verkehr

27%

Industrie

Gewerbe,

Dienstleistungen

Private

Haushalte

29%

78% Heizung

11% Warmwasser

5% Sonstige Geräte

2% Kochen/Waschen/Spülen

3% Kühlen/Gefrieren

1% Licht

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Das intelligente Haus im Mittelpunkt des Energiewandels

WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG

Verfügbare Lösungen Bereich Heizung, Warmwasser und Photovoltaik

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Die Perspektive: Lastenabhängige Stromtarife

› Energieversorger gibt nur Signal vor:

› Strompreis hoch

› Strompreis normal

› Strompreis günstig

› „…dass viele Stromkunden ihr Nutzungsverhalten ändern, wenn die Preise für Energie stundenabhängig variieren und der Kunde Einsparungen erzielen kann. (…) Ein solches Verhalten der Kunden ist wichtig, um die Energieversorgung für die Zukunft aktiv zu gestalten. Fließt zum Beispiel mehr Windenergie ins Netz, dann kann Strom günstiger angeboten werden… . Seien Sie also gespannt auf zukünftige Produkte und Tarife … - Sie werden damit noch mehr Möglichkeiten bekommen, aktiv Ihre Energiekosten zu senken.“ Quelle: E.ON Kundenzeitschrift, Editorial 3. Quartal 2011

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Lösung 1: Virtuelle Kraftwerke

› Wärmepumpen können zum Lastausgleich geschaltet und gesteuert werden. Sie gleichen regionale Lastspitzen aus und sorgen für ein stabiles Stromnetz.

› D.h. ungefähr 10% der heutigen Windlast könnte bereits heute von der Wärmepumpe sinnvoll genutzt werden. Die größten Windlasten fallen zudem in der Heizperiode an.

› Erste Projekte gibt es unter dem Namen „virtuelle Kraftwerke“ seit Ende 2011 in Zusammenarbeit mit Vattenfall.

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Lösung 1: Virtuelle Kraftwerke

› „Mehr als 87.000 Wohneinheiten werden über das Virtuelle Kraftwerk versorgt. Bis Ende des Jahres werden es 100.000 Wohneinheiten sein.“ Quelle: Vattenfall, 1. Quartal 2012

Das_Virtuelle_Kraftwerk_von_Vattenfall_DE+Ton.mpg

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Lösung 2: Eigenverbrauch optimieren - Stromnetze entlasten

Quelle: SMA

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Zwei Lösungen…

› Die Unstetigkeit der erneuerbaren Energiequellen (Wind und Sonne) bedingen einen Paradigmenwechsel, von der generell verbrauchsabhängigen Erzeugung zu mehr erzeugungsabhängigem Verbrauch

…um günstigen (PV-)Strom im Haushalt nutzbar zu machen:

› Arbeit verschieben (Mittags waschen, Geschirrspüler…)

› Energie speichern

› Elektrisch (Batteriesysteme)

› Thermisch (Wärmepumpe, Speicherheizung)

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Energie speichern – aber wie?


Li-Ionenakku 5 kWh Entladung max. 80% Entladezyklen: 4.000

Preis: ca. 8.000,- €

100 Liter H2O 5 kWh bei delta T = 45K

Entladung: 100% Entladezyklen: unbegrenzt

Preis: ca. -,38 €

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Aufteilung des Energieverbrauchs eines typischen Haushalts

Quelle: AG Energiebilanzen 2007 / CO2 Gebäudereport 2007 des BMVBS; asue.de

27%

29%

78% Heizung !!!

11% Warmwasser

5% Sonstige Geräte

2% Kochen/Waschen/Spülen

3% Kühlen/Gefrieren

1% Licht

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„Strom ist zum Verheizen zu teuer!“ – Stimmt das ???

› Einspeisung des Überschüssigen Stromes ins Netz

› Einspeisevergütung = -,18 € / kWh

› „Veredlung“ mit Umweltwärme

› Wärmepumpe mit COP/JAZ von z.B. 3,5

› Speicherung in Form von Brauchwarmwasser

› z.B. SBK oder WWK 300

5 kWh /elektrisch x 3,5 = 17,5 kWh (thermisch)

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„Strom ist zum Verheizen zu teuer!“ – Stimmt das???

›5 kwh x -,18 € › Entspricht damit ›17,5 kWh a. -,05 €

5 kWh /elektrisch x 3,5 = 17,5 kWh (thermisch)

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Entwicklung und Prognose von Strompreise in Deutschland

› Quelle: Volker Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin

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Erster Schritt, WWK 300 PV.

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WWK 300 PV


› Integration einer einfach zu realisierenden 230 Volt Schnittstelle zur Steuerung der Aufladung

› Schaltuhr sorgt für Mindestaufladung an sonnenarmen Tagen

› Interne Verschaltung und Design des Interfaces sorgt für hohe Betriebssicherheit und hohen Kompatibilitätsgrad zu externen Anlagen und Steuerungen

› 3 Installations- bzw. Betriebsvarianten

› Schaltuhrbetrieb

› Wechselrichteransteuerung

› Automationsgesteuert (Smart Home mit Smart Meter)

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Energie speichern – aber wie?


Li-Ionenakku 5 kWh Entladung max. 80% Entladezyklen: 4.000

Preis: ca. 8.000,- €

300 Liter H2O 17,5 kWh bei delta T = 40K

Entladung: 100% Entladezyklen: unbegrenzt

Preis: ca. 2.650,-€

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PV-Planungstool


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PV-Planungstool (2)


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PV-Planungstool (3)


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… und die Heizung?

› Grundsätzlich das gleiche Thema

› Geringere ΔT - größere Speichervolumina möglich

› 1.000 l bei 45/30°C -> 17,5 kWh (thermisch)

› 1.000 l bei 60/30°C -> 35 kWh (thermisch)

› Nächtlicher Absenkbetrieb verlagert „Arbeitszeit“

› „Smarte“ Regelung möglich

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DAS KONZEPT

Lokal Mobil

SERVICEWELT PORTAL

PC

Smart Device

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DIE LÖSUNG

Verknüpfung intelligenter Heizungsregelungen mit „dem Rest der Welt“

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Der neue Wärmepumpenmanager

Einer für alles - Einheitliche Bedienung

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INTERNET SERVICE GATEWAY

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Smart Energy Extension

Die Smart Energy Extension ist die Hardwareerweiterung für das ISG

Eingänge für den Anschluß an zwei

Koppelrelais

Einfacher Einbau als Nachrüstung

Optimierung des Eigenverbrauchs durch Kopplung mit dem Relaisausgang eines kompatiblen Wechselrichters

Kopplung mit einem Rundsteuerempfänger

SG Ready ist der neue Kommunikations- standard für die Anbindung an das Smart Grid

Vorteile gegenüber einer reinen „Reglerlösung“

• Betriebs- und Tarifanpassungen über das ISG remote möglich • Monitoring und Optimierung des Wärmepumpenverhaltens möglich

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Smart Energy Extension

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ISG Erweiterungen

Softwareerweiterungen für das ISG

kostenpflichtige Erweiterung der Kommunikationsfähigkeiten durch Remote Update

KNX IP

Webschnittstelle (EMI)

Weitere IP basierte Schnittstellen in Planung

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KNX IP

Showcase auf der ISH: Gira Control 19

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Energy Management Interface (EMI)

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Systemübersicht

Kein WP Tarif (Zähler) möglich

Z1 Zweirichtungszähler

Z2 PV-Ertragszähler

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SMA Sunny Home Manager

› Erstellung von Erzeugungs- und Verbrauchsprognose

› Steigerung der Eigenverbrauchsquote durch intelligente Lastverschiebung

› Einfache Anlagenvisualisierung und -überwachung via Sunny Portal

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› 20 – 40 % natürlicher Eigenverbrauch

› + 10 % Eigenverbrauch durch Energiemanagement oder

› + 30 % Eigenverbrauch durch Energiemanagement und Wärmepumpe

› +10% Eigenverbrauch bei Einsatz eines 2 kWh Batteriespeichers

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Intelligente Systemlösung von Stiebel Eltron

› Beispiel Einfamilienhaus

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Intelligente Systemlösung von Stiebel Eltron

› Beispiel Mehrfamilienhaus

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Fazit

› Die Energiewende birgt viele Herausforderungen – bietet aber reichhaltige Chancen.

› Die Wärmepumpe ist heute und auch in Zukunft ein unverzichtbares Produkt in der Energieversorgung und Wärmegewinnung.

› Neben dem Heizen, Kühlen und der Warmwasserbereitung kommen die Funktionen Speicherung von schwankenden Strommengen hinzu.

› In der Kombination mit einer PV-Anlage kann sie den Eigenverbrauch im Haus erhöhen und entlastet damit die Zuführung von Strom in die Netze.

› Die Kombination von PV und WP erfüllt die Anforderung der Politik ab 2020, nur noch Plusenergiehäuser zu bauen.

› Wenn Sie den Trend aktiv für sich nutzen wollen: STIEBEL ELTRON hilft Ihnen, die neuen Herausforderungen zu meistern!

Optionaler Titel

fossiler

Energieverbrauch

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DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT

“ANDERE SYSTEME HABEN TRADITION…

…WÄRMEPUMPEN HABEN ZUKUNFT!“

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