Electricity goes heating zur stärkeren Vernetzung des Strom-Wärme-Systems
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- Steffen Brandt
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1 Electricity goes heating zur stärkeren Vernetzung des Strom-Wärme-Systems Impulsvortrag für das Fachforum 2: Nachhaltige Energiewende mit Wärme und Gas im Rahmen der Siebten Niedersächsischen Energietage Goslar, den 9. Oktober 2014 Prof. Dr. Uwe Leprich Institut für ZukunftsEnergieSysteme (IZES)
2 2 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar] Die IZES ggmbh
3 Energiewende 2014 die Stromwende als Herzstück 3 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
4 Der Stromsektor ist besonders wichtig! Quelle: nach UBA [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
5 Quelle: Expertenkommission 2014 der Wärmesektor auch! 5 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
6 Das strompolitische Zieldreieck der neuen Bundesregierung 40-45% Erneuerbare bis 2025 Schnittstelle Bioenergie keine Reduktion bis % KWK bis [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
7 Das künftige Stromsystem Fluktuierende Erneuerbare Energien Quelle: IZES [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
8 Das künftige Stromsystem Fluktuierende Erneuerbare Energien Quelle: IZES [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
9 Stromeinsatz und Heizungssektor unter der Lupe 9 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
10 Quelle: eigene Graphik auf Basis Johannes Kochems Stromverbrauch nach Anwendungen und Sektoren [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
11 StromV in D nach Verbrauchssektoren und Bedarfsarten Quelle: AGEB [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
12 Entwicklung der Beheizungsstruktur Quelle: 12 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
13 Beheizungsstruktur in Neubauten Quelle: AGEB [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
14 Vernetzungen zwischen dem Strom- und dem Wärmesystem 14 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
15 15 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar] a) Kraft-Wärme-Kopplung
16 16 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar] KWK-Entwicklung
17 Die Rolle der KWK in der Energiewende: Flexibilitätsoption Quelle: Lücking [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
18 KWK kein Auslaufmodell! GuD-KWK-Kraftwerk Lausward Düsseldorf 18 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
19 Regierungsgutachter Oktober 2014 Quelle: Prognos u.a [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
20 Strom, Wärme und Exergie Quelle: IFEU 2012 Generell: Stromeinsatz für Niedertemperaturwärme = Butter mit der Kreissäge schneiden 20 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
21 21 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar] b) Nachtspeicherheizungen
22 Lastprofil Wärmestrom Quelle: IZES [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
23 Erzeugungslastgänge Wind und PV Winter- Dunkelflauten 23 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
24 Auf einen Blick: Wärmelast und Wind-/PV- Dargebot klaffen auseinander Quelle: Arrhenius [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
25 Wer ist eigentlich auf die Idee gekommen, Nachtspeicherheizungen seien eine gute Speichermöglichkeit für überschüssigen Wind- und Solarstrom?? Nachtspeicherheizungen sind zuallererst immer noch dadurch charakterisiert, womit sie früher geworben haben: Kohle per Draht 25 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
26 c) Elektrische Wärmepumpen 26 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
27 Anzahl Wärmepumpen im bundesdeutschen Baubestand Wärmepumpen-Bestand 1978 bis Wasser Luft Sole Quelle: BWP [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
28 Effizienz und Lastauswirkungen von Wärmepumpen bei niedrigen Außentemperaturen Es hat sich gezeigt, dass die Arbeitszahlen von Luftwärmepumpen gerade bei niedrigen Außentemperaturen weit unter den Jahresarbeitszahlen liegen können. Neben der Jahresarbeitszahl sollte bei einer energiewirtschaftlichen und ökologischen Bewertung von Wärmepumpen die Temperaturabhängigkeit der Lastanforderung (der jeweiligen Wärmepumpentypen) betrachtet werden. Gerade dieses Phänomenen der Thermosensibilität (d.h. der Stromlaststeigerung pro Kelvin sinkender Außentemperatur) sollte bei der aktuellen Diskussion über den Einsatz von Wärmepumpen zum Ausgleich der FEE stärker beachtet werden. 28 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
29 Thermosensibilität in Frankreich Quelle: RTE 2012, S32ff. Der französische Übertragungsnetzbetreiber RTE konstatiert seit Jahren eine steigende Stromnachfrage bei sinkenden Temperaturen. Dieser Wert steigt aktuell jährlich um rund 70 MW / K trotz stagnierender Installationszahlen von Stromdirektheizungen, jedoch bei einer zunehmenden Zahl v.a. von Luftwärmepumpen. 29 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
30 Wärmelastwirkungen in Süddeutschland 30 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
31 Daher: Vorsicht bei der weiteren Verbreitung elektrischer Wärmepumpen eine sorgfältige Analyse der Rückwirkungen auf die Strombereitstellung steht bislang aus! 31 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
32 32 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar] d) Power-to-heat
33 Ein vernetztes Energiesystem getrieben durch regenerativen Überschussstrom Quelle: DLR/IWES/IFNE [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
34 Stromüberschüsse aus FEE-Erzeugung? Selbst an lastschwachen sommerlichen Samstagen mit dem Ausnahmefall gleichzeitig hoher Einspeisung von Wind und PV in den frühen Nachmittagsstunden erreichen die EE nicht die öffentliche Netzlast In diesen Zeiträumen bestehen meistens nur geringe Heizwärmebedarfe. Graphik IZES auf Basis von Daten der EPEX 34 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
35 Ausfallarbeit durch Abregelung 0,40% 0,34% 0,41% Quelle: BNetzA [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
36 Können wir mit dem Strom in 2014 wirklich nichts anfangen? 36 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
37 Es spricht nichts gegen den Einsatz von regenerativem Überschussstrom in bivalenten Heizsystemen BHKW mit einem elektrischen Prozesserhitzer im Normalbetrieb Quelle: IZES/TSB [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
38 Power-to-gas? Zukunftsmusik! Probleme Direkte Nutzung von Wasserstoff benötigt neue Technologien Niedriger Wirkungsgrad: Strom zu Strom ca. 15 % (ohne Wärmeauskopplung) hohe Kosten 38 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
39 Fazit Die Verwendung von Strom in Nachtspeicherheizungen ist nach wie vor klimapolitisch und energiewirtschaftlich unsinnig Die weitere Verbreitung von elektrischen Wärmepumpen ist im Hinblick auf ihre Lastwirksamkeit sorgfältig zu analysieren Regenerativer Überschussstrom ist aktuell noch ein Phantom, wird aber bei weiterem Ausbau der EE ein Faktor Die Verwendung von Strom im Niedertemperaturwärme-Bereich ist gleichwohl die ultima ratio und nur dann vertretbar, wenn dadurch keine Kapazitätseffekte im Stromsystem induziert werden Kraft-Wärme-Kopplung (Gas, Biomasse) und Solarthermie sind aktuell die Königsoptionen für eine nachhaltige NT-Wärmebereitstellung 39 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
40 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Institut für ZukunftsEnergieSysteme (IZES) Altenkesselerstr. 17, Gebäude A Saarbrücken Tel Fax Homepage 40 [Leprich, 9. Oktober 2014, Goslar]
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