Regenerative Energien dann nutzen, wenn sie zur Verfügung stehen Gebäude als Speicher

Transkript

1 Regenerative Energien dann nutzen, wenn sie zur Verfügung stehen Gebäude als Speicher Jakob Schneegans 5. Klausurtagung Oberland, 21. November

2 Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik 2

3 Energiewirtschaftliche Einführung Gebäude als thermischer Speicher Lastmanagement bei der Gebäudeklimatisierung Ausblick Gebäudekatalog Gliederung 3

4 Energiewirtschaftliche Einführung Gebäude als thermischer Speicher Lastmanagement bei der Gebäudeklimatisierung Ausblick Gebäudekatalog Gliederung 4

5 B B11 EE, KWK und Last in GW EE, KWK und Last in GW B B11 Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Bedarf Photovoltaik MO DI MI DO FR SA SO Photovoltaik 120 PhotovoltaikWind Wind Heute PhotovoltaikWind KWK Photovoltaik KWK Wind20 Wind KWK Biomasse Pumpspeicher 100 Entladen KWK Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Entladen Kombikraftwerk Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle 937 Entladen 961 Kombikraftwerk Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kombikraftwerk KWK 0 Biomasse -20 Pumpspeicher Entladen -40 Gas-und-Dampf- Kombikraftwerk MO Gasturbine -60 DI MI DO FR SA SO Steinkohle Braunkohle Kernenergie Biomasse Wasser Geothermie Biomasse Laufwasser KWK Lastverlauf PV PV Bedarf Wind Residuallast Last Last Residuale Last Last Pumspeicher Laden Stromerzeugung und -bedarf (Winterwoche) * beispielhafte Darstellung Nach 2040 (Prognose) [TUM; Kuhn, 2011, IfE] 5

6 B B11 EE, KWK und Last in GW EE, KWK und Last in GW B B11 Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Bedarf Regenerative u. KWK Photovoltaik MO DI MI DO FR SA SO Photovoltaik 120 PhotovoltaikWind Wind Heute PhotovoltaikWind KWK Photovoltaik KWK Wind20 Wind KWK Biomasse Pumpspeicher 100 Entladen KWK Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Entladen Kombikraftwerk Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle 937 Entladen 961 Kombikraftwerk Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kombikraftwerk KWK 0 Biomasse -20 Pumpspeicher Entladen -40 Gas-und-Dampf- Kombikraftwerk MO Gasturbine -60 DI MI DO FR SA SO Steinkohle Braunkohle Kernenergie Biomasse Wasser Geothermie Biomasse Laufwasser KWK Lastverlauf PV PV Bedarf Wind Residuallast Last Last Residuale Last Last Pumspeicher Laden Stromerzeugung und -bedarf (Winterwoche) * beispielhafte Darstellung Nach 2040 (Prognose) [TUM; Kuhn, 2011, IfE] 6

7 B B11 EE, KWK und Last in GW EE, KWK und Last in GW B B11 Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Bedarf Regenerative u. KWK Photovoltaik MO DI MI DO FR SA SO Photovoltaik 120 PhotovoltaikWind Wind Heute PhotovoltaikWind KWK Photovoltaik KWK Wind20 Wind KWK Biomasse Pumpspeicher 100 Entladen KWK Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Entladen Kombikraftwerk Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle 937 Entladen 961 Kombikraftwerk Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kombikraftwerk KWK 0 Biomasse -20 Pumpspeicher Entladen -40 Gas-und-Dampf- Kombikraftwerk MO Gasturbine -60 DI MI DO FR SA SO Steinkohle Braunkohle Kernenergie Biomasse Wasser Geothermie Biomasse Laufwasser KWK Lastverlauf PV PV Bedarf Wind Residuallast Last Last Residuale Last Last Pumspeicher Laden Stromerzeugung und -bedarf (Winterwoche) * beispielhafte Darstellung Nach 2040 (Prognose) [TUM; Kuhn, 2011, IfE] 7

8 B B11 EE, KWK und Last in GW EE, KWK und Last in GW B B11 Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Bedarf Regenerative u. KWK Residuallast Photovoltaik MO DI MI DO FR SA SO Photovoltaik 120 PhotovoltaikWind Wind Heute PhotovoltaikWind KWK Photovoltaik KWK Wind20 Wind KWK Biomasse Pumpspeicher 100 Entladen KWK Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Entladen Kombikraftwerk Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle 937 Entladen 961 Kombikraftwerk Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kombikraftwerk KWK 0 Biomasse -20 Pumpspeicher Entladen -40 Gas-und-Dampf- Kombikraftwerk MO Gasturbine -60 DI MI DO FR SA SO Steinkohle Braunkohle Kernenergie Biomasse Wasser Geothermie Biomasse Laufwasser KWK Lastverlauf PV PV Bedarf Wind Residuallast Last Last Residuale Last Last Pumspeicher Laden Stromerzeugung und -bedarf (Winterwoche) * beispielhafte Darstellung Nach 2040 (Prognose) [TUM; Kuhn, 2011, IfE] 8

9 Residuallast: Lücke zwischen (nicht steuerbarer) Stromerzeugung und dem Strombedarf Wie kann diese Lücke geschlossen werden? durch: Einsatz von Speichern Flexible Kraftwerke Flexible Verbraucher Lastmanagement Residuallast-Maßnahmen 9

10 Lastmanagement : Steuerung des Stromverbrauchs durch zeitliche Verschiebung elektrischer Lasten Ziel: Integration der Regenerativen Energien in eine nachhaltige Stromversorgung nicht vorrangig: Energieeinsparung Definition Lastmanagement 10

11 Energiewirtschaftliche Einführung Gebäude als thermischer Speicher Lastmanagement bei der Gebäudeklimatisierung Ausblick Gebäudekatalog Gliederung 11

12 Raumwärme 30,7 % Raumwärme Σ 30,7 % Haushalt: 20,9 % Endenergie 9060 PJ =100 % GHD: 7,5 % Klimakälte 0,3 % Industrie: 2,2 % [Daten: AGEB, 2010 Grafik: TUM, IfE, LfBuH 2012] Anteil Raumklimatisierung am Endenergieverbrauch 12

13 Speicherheizungen derzeit über 2 Millionen Anlagen installiert Szenario 2030: 80% reagieren aktiv auf Stromangebot [Prof. Wagner, TUM und DLR] Wärmepumpen Marktanteil: 25% bei Neubauten, 10% im Bestand Ziel 2025: 50% bei Neubauten, 20% im Bestand [BWP, Bundes-Wärmepumpen-Verband] Heizen mit Strom 13

14 Bausubstanz als thermischer Speicher Wärmepumpe / Kältemaschine Gebäude Gebäude als thermischer Speicher 14

15 Bausubstanz als thermischer Speicher C Strompreis, Wetter Intelligente Regelung Wärmepumpe / Kältemaschine Gebäude Gebäude als thermischer Speicher 15

16 Energiewirtschaftliche Einführung Gebäude als thermischer Speicher Lastmanagement bei der Gebäudeklimatisierung Ausblick Gebäudekatalog Gliederung 16

17 Strompreis Lastgang Zeit in Stunden Flexibler Verbrauch am Beispiel Kälteerzeugung 17

18 Zeit in Stunden Flexibler Verbrauch am Beispiel Kälteerzeugung 18

19 Zeit in Stunden Flexibler Verbrauch am Beispiel Kälteerzeugung 19

20 Untersuchung der Speicher- und Lastmanagementpotenziale in Gebäuden Heizen & Kühlen in Abhängigkeit des Gebäudetyps Projektziele der TUM Studie 20

21 Untersuchung der Speicher- und Lastmanagementpotenziale in Gebäuden Heizen & Kühlen in Abhängigkeit des Gebäudetyps in Abhängigkeit der Gebäudebauweise, Baualtersklasse und der Anlagentechnik Projektziele der TUM Studie 21

22 Untersuchung der Speicher- und Lastmanagementpotenziale in Gebäuden Heizen & Kühlen in Abhängigkeit des Gebäudetyps in Abhängigkeit der Gebäudebauweise, Baualtersklasse und der Anlagentechnik Grundsatz: Einhaltung der Behaglichkeitskriterien! Projektziele der TUM Studie 22

23 Operative Temperatur: Mittelwert aus der Lufttemperatur und der Oberflächentemperatur der Raumwände Einhaltung thermische Behaglichkeit 23

24 operative Temperatur [ C] operative Temperatur [ C] Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Operative Temperatur: Mittelwert aus der Lufttemperatur und der Oberflächentemperatur der Raumwände Vorkonditionierung auf Komforttemperatur Behaglichkeitsband Winter 19 Behaglichkeitsband Sommer [vgl. DIN 15251] Einhaltung thermische Behaglichkeit 24

25 Abschalten der Heizung 25

26 Abschalten der Heizung 26

27 Abschalten der Heizung 27

28 Abschalten der Heizung 28

29 Abschalten der Heizung 29

30 Wann kann wieviel Leistung für wie lange abgeschaltet werden? Abschalten der Heizung 30

31 Lastmanagementpotenzial Abschalten 31

32 Lastmanagementpotenzial Abschalten 32

33 Wann kann wieviel Leistung für wie lange abgeschaltet werden? Lastmanagementpotenzial Abschalten 33

34 Lastmanagementpotenzial Zuschalten 34

35 Wann kann wieviel Leistung für wie lange zugeschaltet werden? Lastmanagementpotenzial Zuschalten 35

36 Energiewirtschaftliche Einführung Gebäude als thermischer Speicher Lastmanagement bei der Gebäudeklimatisierung Ausblick Gebäudekatalog Gliederung 36

37 ZUschalten ABschalten ZUschalten ABschalten Gebäudekatalog 37

38 03:00 ZUschalten ABschalten ZUschalten ABschalten Gebäudekatalog 38

39 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Jakob Schneegans 5. Klausurtagung Oberland, 21.November

40 Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Hausladen NICHT VERWENDETE FOLIEN

41 Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Hausladen Kernfrage Wann kann wieviel Leistung für wie lange abgeschaltet bzw. eingeschaltet werden? Dynamische Gebäudesimulationen Sensitivitätsanalyse I Speicherpotenzial Wärmelasten Gebäudehülle Speichermasse LW bei nat. Lüftung LW bei mech. Lüftung Wärmeübergabesystem Lastmanagementpotenzial Tageszeit Jahreszeit Gebäudetypologie Nutzungsprofil

42 Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Hausladen [DLR TT-Abt. Systemanalyse und Technikbewertung] Prognostizierter Residuallastverlauf in Deutschland

43 Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Hausladen [Quelle: DLR] Merrit-Order-Grenzkosten von Energiespeichern