Wärmezukunft 2050: Entwicklung und Auswirkungen des Strombedarfs für Raumwärme und Warmwasser in Österreich bis 2050

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Frieder Schäfer
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2050 Michael Hartner, Lukas Kranzl, Andreas Müller, Richard

1 Wärmezukunft 2050: Entwicklung und Auswirkungen des Strombedarfs für Raumwärme und Warmwasser in Österreich bis 2050 Michael Hartner, Lukas Kranzl, Andreas Müller, Richard Büchele, - TU Wien TU Wien - Energy Economics Group (EEG)

2 Inhalt 1. Strombedarf für Wärme in Österreich Status quo 2. Wärmebedarfsentwicklung bei hohen Dekarbonisierungsszenarien in Österreich Ergebnisse aus dem Projekt Wärmezukunft Die Rolle der Wärmepumpen im Wärmewende Szenario 4. Entwicklung des Strombedarfs zur Raumwärme- und Warmwasserbereitstellung im Wärmewende Szenario 5. Diskussion und Schlussfolgerung 2

Strombedarf für Wärme im österreichischen Gebäudebestand Energieträgereinsatz der Haushalte - Quelle: Sta6s6k Austria Strom hat derzeit bereits einen relativ hohen Anteil

3 Strombedarf für Wärme im österreichischen Gebäudebestand Energieträgereinsatz der Haushalte - Quelle: Sta6s6k Austria Strom hat derzeit bereits einen relativ hohen Anteil an der Wärmeversorgung Gesamtstromverbrauch ca TWh (ca. 15% des Gesamtstromverbrauch in Österreich!) Vor allem im Neubau gibt es einen starken Trend zu Wärmepumpen 3

4 Stromlasten in Abhängigkeit der Außentemperatur Hohe Stromlasten bei niedrigen Temperaturen Last [MW el ] Temperatur [ C] ê Stromlastspitzen entstehen aktuell durch Heizlasten ê Welche Auswirkungen sind bei zukünftig höheren Anteilen von Wärmepumpen zu erwarten? 4

5 Wärmewende-Szenario Ergebnisse Entwicklung des Endenergieeinsatzes Endenergieeinsatz, Heizen und Warmwasserbereitstellung [TWh] Sta$s$sche Daten Simula$onsergebnisse Öl und Kohle Biomethan, erneuerb. H2 und Synthesegas Erdgas Strom direkt Strom, Wärmepumpen Umgebungswärme Solar Fernwärme Pellets Hackgut Stückholz Die historische Entwicklung des Energieeinsatzes ist heizgradtag-bereinigt und enthält einen Trend von -150 Gradtagen [Kd] pro Dekade. ê Halbierung des Endenergieverbrauches ê Biomasse (dezentral) gefolgt von Fernwärme und Wärmepumen stellen insgesamt 75 % der Wärme bereit ê Der Rest durch Solartechnologien und gasförmige Energieträger 5

6 Szenarienergebnisse ê Entwicklung der beheizten Flächen Beheizte Brutto-Grundfläche [km²] Öl und Kohle Gas Strom direkt Wärmepumpen Fernwärme Pellets Hackgut Stückholz ê Ausbau des Wärmepumpeneinsatzes: % mehr als Biomasse ê Im berechneten Wärmewende Szenario steigen die jährlichen Installationen von derzeit ca Stück auf über Stück im Jahr 2030 ê Was bedeutet das für das Stromsystem und Emissionen? 6

Szenarioergebnisse Strombedarf für Wärmebereitstellung ê Trotz starkem Anstieg der Wärmepumpen sinkt der Strombedarf für die Wärmebereitstellung im

7 Szenarioergebnisse Strombedarf für Wärmebereitstellung ê Trotz starkem Anstieg der Wärmepumpen sinkt der Strombedarf für die Wärmebereitstellung im Wärmewende Szenario Starke Substitution von Stromdirektheizungen Gebäudesanierung führt generell zu geringerem Wärmebedarf Wärmepumpen im Modell vorwiegend im Neubau 7

Szenarioergebnisse - stündliche Lasten durch elektrische Wärme ê Spitzenlasten durch strombasierte Heizungen gehen im Wärmewende-Szenario zurück ê Szenario erscheint damit aus

8 Szenarioergebnisse - stündliche Lasten durch elektrische Wärme ê Spitzenlasten durch strombasierte Heizungen gehen im Wärmewende-Szenario zurück ê Szenario erscheint damit aus Sicht des Stromsystems durchführbar ê Lastverschiebung von Wärmepumpen ist dennoch sinnvoll, besonders relevant bei Luftwärmepumpen (geringe Leistungszahlen bei Wärmelastspitzen) 8

9 Lastverschiebung der elektrischen Wärmeversorgung Durchschnittliche Tagesspitze Last [MW el ] Durchschnittliche Last 600 Durchschnittliche Tagesminimum Delta Tagesspitze - Tagesminium Monat ê Theoretisch hohe Lastverschiebungspotentiale durch Power to Heat im Gebäudebestand - v.a. kurzfristig im Bereich von 1h ê Längerfristige Verschiebepotentiale (>6h) bei Warmwasser aber auch Raumwärme wenn Speicher vorhanden ê Technische Infrastruktur dafür teilweise schon gegeben (Rundsteuerung) ê Anpassung der Tarife (nicht nur Nachtstromtarife), sowohl Energie als auch Netz ê Wirtschaftlichkeit der Lastverschiebung aus Sicht der Verbraucher ist dennoch fraglich zusätzliche Investitionen 9

10 Sinnvolle Anteile von Wärmepumpen im Gesamtsystem? ê Vollständige Umstellung auf Wärmepumpen nicht sinnvoll Stromspitzen wären enorm! ê Anteile fossiler Energieträger im Stromsystem der Nachbarländer sind immer noch hoch ê Nur bei gleichzeitiger Dekarbonisierung des Stromsystems (v.a. Kohlekraftwerke) ergeben sich signifikante Emissionseinsparungen ê Bei geringen Jahresarbeitszahlen (<3) der Wärmepumpen sind die CO 2 -Emissionen derzeit vergleichbar mit Erdgasheizungen 10

11 Schlussfolgerung Wärmepumpen in der Wärmewende ê Wärmepumpen können einen signifikanten Beitrag zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung leisten. Voraussetzungen: Gleichzeitige Dekarbonisierung der Stromversorgung Beschränkung der Nutzung von Wärmepumpen auf niedrige Vorlauftemperaturen ê Im berechneten Wärmewende-Szenario kommt es trotz steigenden Anteils von Wärmepumpen zu einem Rückgang des Strombedarfs für Wärme aus Sicht des Stromsystems also machbar: Voraussetzung: Substitution von bestehenden Stromdirektheizungen Beschränkung auf effizienten Einsatz der Wärmepumpen Speziell bei Luftwärmepumpen sind Wärmespeicher bzw. Maßnahmen zur Reduktion der Gleichzeitigkeit mit Stromnachfragespitzen wichtig ê Es gibt große Flexibilitätspotentiale die zur Reduktion der Spitzenlasten bzw. zur Integration von variablen erneuerbaren Energien genutzt werden können. Infrastruktur dafür ist teilweise schon vorhanden (Rundsteuerung von Nachtspeicherheizungen) Finanzielle Anreize für Endkunden nicht immer gegeben 11

Orig. Photo: Patrick Stargardt Danke für die Aufmerksamkeit! www.

12 Orig. Photo: Patrick Stargardt Danke für die Aufmerksamkeit!

13 BACKUP Slides

14 Mögliche Jahresarbeitszahlen der Wärmepumpen in Österreich Jahresarbeitszahl (JAZ 3) Erdkollektor-Wärmepumpe Außenluft-Wärmepumpe Jahresdurchschnittliche Vorlauftemperatur [ C] ê Nur bei entsprechend niedrigen Vorlauftemperaturen des Wärmeverteilsystems sinnvoll ê Beschränkung auf Neubau und thermisch stark sanierte Bestandsgebäude ê Nutzung von vorhandenen Wärmequellen wie Erdwärme, Grundwasser, Abwärme für Wärmepumpen zu bevorzugen 14

15 Mögliche Jahresarbeitszahlen der Wärmepumpen in Österreich Jahresarbeitszahl (JAZ 3) Heizen Sole-Wasser Wärmepumpe mit horizontalen Erdkollektoren N Aktueller Wohngebäudebestand Erdkollektor-Wärmepumpe Gebäudesanierung: Reduktion des HWB um 50% Zusätzliche Radiatorflächen oder Renovierung ohne HS-Optimierung Bestand (Vorlauf auf max. 60 C beschränkt) Gebäude ohne zentraler Wärmeverteilung Heizwärmebedarf Wohngebäude [GWh] Jahresarbeitszahl (JAZ 3) Heizen N Außenluft-Wasser Wärmepumpe Jahresarbeitszahl berechnet auf Basis eines österr.-durchschnittlichen Klimas Aktueller Wohngebäudebestand Außenluft-Wärmepumpe Gebäudesanierung: Reduktion des HWB um 50% Zusätzliche Radiatorflächen oder Renovierung ohne HS-Optimierung Bestand (Vorlauf auf max. 60 C beschränkt) Gebäude ohne zentraler Wärmeverteilung Heizwärmebedarf Wohngebäude [GWh] ê Vor allem bei Luftwärmepumpen ist das Potential für effizienten Einsatz im Bestand gering Großteil mit erwarteten Jahresarbeitszahlen unter 2,5! ê Verwendung nur bei entsprechend niedrigen Vorlauftemperaturen sinnvoll ê Für einen Großteil der Altbauten sind Arbeitszahlen >3 nur möglich wenn entsprechende Wärmequellen vorhanden sind (Erdwärme, Grundwasser, Abwärme) 15

16 Lastgang Winterwoche

17 Lastgang Winterwoche

18 Vergleich zu Lasten aus erwarteten Kühlenergiebedarf 18

19 Jährlicher Lastgang 2015, 2030,

20 Vergleich Wärmewende Szenario der Agora Energiewende 20

21 Lastverschiebungspotentiale der elektrischen Wärmeversergung Jahresdurchschni>slast [GW] Täglich Maximum- Minium Durchschni> [GW] Lastspitze [GW]

22 Wärmewende-Szenario Ergebnisse Installierte Leistung Anteile jährlich installierter Leistung in Gebäuden 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Wärmepumpe Strom direkt Pellets Hackgut Stückholz Gas Öl und Kohle Fernwärme ê Kessel für Heizöl, Kohle werden beinahe vollständig aus dem Markt genommen, geringe Neuinstallationen von Gaskessel in urbanen Regionen verbleibt ê Wärmepumpen bauen Marktanteil von derzeit 10 % auf 40 % aus. ê Anteile von dezentralen Biomassekessel steigen auf etwa 35 %. 22

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