Ein gemeinsames Positionspapier zum möglichen Beitrag von Wärmepumpen für die Integration von Strom aus erneuerbaren Energiequellen veröffentlichte die HEA (Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung) sowie der Bundesverband Wärmepumpe (BWP), der Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke (ZVEH) und der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI).
Der steigende Anteil regenerativen Stroms führt zu immer größeren Lastschwankungen im Stromnetz, die schwer auszugleichen sind. Daher steht in der Energiewirtschaft ein Paradigmenwechsel bevor, nämlich von der generell verbrauchsabhängigen Erzeugung zum teilweise erzeugungsabhängigen Verbrauch.
Eine zunehmende Anzahl dezentraler Erzeuger bewirkt bereits heute, dass Stromnetze zum Teil bidirektional arbeiten. Die Energiespeicherung ist künftig nicht nur auf Batterien, Pump- oder Druckluftspeicherkraftwerke zu beschränken, sondern auf thermische Speichersysteme wie Wärmepumpenanlagen für die Raumheizung und Warmwasserbereitung auszudehnen. Diese stellen neben Warmwasserspeichern, Wärmespeicherheizungen, Gefriergeräten und Kühlhäusern ein Erfolg versprechendes System im Speichermix dar.
Die Wärmepumpe bietet Potenzial für den Einsatz in „intelligenten“ Netzen. Als schalt- und steuerbares System kann sie regionale Leistungsspitzen in der Stromerzeugung, die durch hohe Erzeugungsleistungen bei Wind und Photovoltaik auftreten, glätten und Umweltenergie in Form von Wärme speichern. Somit kann mehr Strom aus erneuerbaren Energien effektiv genutzt und so der regenerative Wert der Wärmepumpe weiter gesteigert werden.
Ein einfaches Lastmanagement gibt es bei Wärmepumpen schon
Wärmepumpen werden bereits seit über 20 Jahren für ein statisches Lastmanagement genutzt. Der Bestand bietet dabei ein nennenswertes Potenzial für das Lastmanagement. Weitere Investitionen in zusätzliche Regelungs- und Anlagentechnik und die Datenkommunikation müssen sich aber für alle Beteiligten lohnen. Das Positionspapier fordert, hierfür geeignete Anreizmechanismen zu entwickeln.
Der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromproduktion könnte bis 2020 auf 30 % steigen. Den größten Teil davon werden fluktuierende Energiequellen wie Wind und Photovoltaik ausmachen. Zusätzlich zur zentralen Stromerzeugung gewinnt damit die Einspeisung aus zahlreichen dezentralen Anlagen an Bedeutung.
Da kleinere Erzeugungseinheiten wie zum Beispiel Photovoltaikanlagen auch ins Niederspannungsnetz einspeisen, verläuft der Energiefluss im Netz nicht mehr nur in eine Richtung von höheren Spannungsebenen hin zu niedrigeren, sondern auch umgekehrt. Diese Trends führen zu wechselnden regionalen Überlastungen der Stromnetze, die einen Infrastrukturausbau und dezentrale Lösungen zum Lastausgleich erfordern.
Die Investitionen in den physikalischen Netzausbau können durch intelligente Netze und steuerbare Verbrauchssysteme nach Angaben des Positionspapiers reduziert werden. Die Wärmepumpe kann hierzu einen nennenswerten Beitrag leisten.
Ziel des Lastmanagements ist es, die Gesamteffizienz der Energieversorgung in Deutschland zu erhöhen und das vorhandene Potenzial zur Erzeugung erneuerbaren Stroms möglichst vollständig und sinnvoll auszunutzen. Abschaltungen aufgrund fehlender Netz- oder Speicherkapazitäten sollen vermieden werden. Heute zeigen kurzzeitig negative Strompreise an der EEX bereits, dass das vorhandene Potenzial zur Nutzung regenerativen Stroms nicht ausgeschöpft werden kann und Verbesserungsbedarf besteht.
Lastenmanagement ist ohne Komforteinbußen möglich
Die Wärmepumpenanlage kann ohne Komfortverlust geschaltet und gesteuert werden, beispielsweise über ein Preissignal. Um die nutzbare Leistung und die Zeitdauer zu vergrößern und relevante Mengen an Regelenergie anzubieten, können einzelne Wärmepumpen gebündelt und zu virtuellen Großspeichern zusammengeschlossen werden. Durch die regionale Netzeinbindung bietet sich die Wärmepumpe insbesondere für die dezentrale Netzentlastung an.
Die Wärmebereitstellung bietet im Haushalt das größte Potenzial für ein Lastmanagement. Wärmepumpen mit einer Fußbodenheizung, die als thermischer Speicher dient, überbrücken derzeit bereits bis zu zwei Stunden Stromabschaltung (Sperrzeit) am Stück. Mit zusätzlichen Investitionen in größere Pufferspeicher oder bei Gebäuden schwerer Bauart mit einer hohen thermischen Speicherfähigkeit können Wärmepumpen über deutlich längere zusammenhängende Zeiträume in ein Lastmanagement einbezogen werden. Durch die Bündelung zu virtuellen Großspeichern können die nutzbaren Leistungen sowie die Zeitintervalle weiter vergrößert werden.
Das Hauptpotenzial der Wärmepumpe liegt derzeit im Heizungsbereich und fällt mit den saisonalen Windspitzen zusammen. Die Warmwassernutzung kann ganzjährig zum Lastausgleich herangezogen werden. Zusätzliche Potenziale können sich durch den reversiblen Betrieb von Wärmepumpen zur Kühlung, die saisonal mit der Photovoltaik-Einspeisung zusammenfällt sowie aus der Erzeugung industrieller Prozesswärme und -kälte ergeben.
Elektroauto und Wärmepumpe – Energiespeicher der Zukunft
Derzeit sind über 350000 Wärmepumpen mit einer elektrischen Anschlussleistung von rund 1400 MW an das Stromnetz angeschlossen. Aktuell werden bis zu 3000 MW Regelleistung gehandelt. Somit können theoretisch bereits die heute installierten Wärmepumpen einen großen Teil der benötigten Regelleistung bereitstellen.
Bis 2020 rechnet der Bundesverband Wärmepumpe bei entsprechenden politischen Rahmenbedingungen mit rund 1,2 Millionen Wärmepumpen in Deutschland, die etwa 4400 MW elektrischer Anschlussleistung darstellen.
Bei den Elektroautos wird ebenfalls mit einer erheblichen Steigerung des Bestands von derzeit 1500 auf 1 Million Fahrzeuge bis 2020 gerechnet. Somit können die Energiespeicherung im Wärmemarkt und die Elektromobilität zukünftig einen erheblichen Beitrag zum Ausgleich von Lastspitzen im Stromnetz leisten, wenn die Rahmenbedingungen entsprechend gesetzt werden.
SBZ-Extras
Das komplette Positionspapier Smart Grid können Sie bei uns als PDF-Datei (acht Seiten) herunterladen:
