Berliner Energietage 2015

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1 Berliner Energietage 2015 Power-to-Heat in Hybridheizungen: Potenziale, Rahmenbedingungen, Praxiserfahrungen

2 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Berliner Energietage 2015 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Energiewende nicht ohne Wärmewende Berlin, den 27. April 2015 Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

3 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Dezentrale hauseigene Wärmespeichersysteme zur multivalenten Beheizung von Immobilien mit fluktuierender regenerativer Energie F&E-Aufgaben aus der Sicht der betrieblichen Praxis Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

4 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

5 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

6 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Allgemein: Energiepolitik, Potenziale und Landesplanung: Nach der Ausweisung der Windeignungsflächen im Dezember 2012 stehen rund 1,7 Prozent der Landesfläche für den Ausbau der Windenergie zur Verfügung; damit hat die Landesregierung die Potenzialstudie des BWE bestätigt. (OVG-Urteil aus Januar 2015) Im kommenden Jahrzehnt plant das Bundesland einen durchschnittlichen Zuwachs von 550 MW pro Jahr. Für die hohe Akzeptanz der Windenergie in der Bevölkerung und eine regionale Wertschöpfung sorgen nicht zuletzt die zahlreichen Bürgerwindparks zwischen Nord- und Ostsee. Die rot-grüne Landesregierung erwartet bis 2020 einen rechnerischen Anteil der Erneuerbaren Energien am Stromverbrauch von mindestens 300 Prozent damit wäre das Land zwischen den Meeren im Jahr 2020 rechnerisch CO2- frei. Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

7 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

8 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Ziele der Bundesregierung Ziele der amtierenden Landesregierung Schleswig- Holstein bundesweit mind. 50 % bis 2025, in SH mind. 300 % Anteil der EE am Stromverbrauch % bis % bis 2050 bundesweit 100 % bis 2050 Anteil der EE am Wärmeverbrauch (Endernergieverbrauch) 14 % bis 2020 mind. 22 % bis 2025 Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

9 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Klassische Stromerzeugung (Gesamt EU-Konzeption europ. Verbundnetz) Deutschland und die meisten Länder auf der Welt hatten und haben einen klassischen Ansatz für eine elektrische Stromversorgung und diese basiert auf großen zentralen Erzeugungseinheiten, die den Strom zu den Verbrauchern über lange Kabelstrecken bringen. Dies geschieht über verschiedene Netzebenen, wie die folgende Abbildung anschaulich zeigt. Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

10 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Windkraftanlagen speisten zeitweise mit einer Kraft von etwa 30 Gigawatt Strom ein - so viel wie 30 Atomkraftwerke. - Das Stromsystem war damit leider - ziemlich überfordert: Allein Netzbetreiber Tennet regelte Windkraftanlagen mit einer Leistung von 0,45 Gigawatt ab. Bezahlen müssen die Verbraucher den nicht produzierten Strom dennoch An der Börse drehte der Strompreis zeitweise in den negativen Bereich. So sind die Netze zu schwach, um die Elektrizität bei starkem Wind in vollem Umfang dorthin zu transportieren, wo sie gebraucht wird Wärme aus Strom ("Power-to-Heat") könnte eine Lösung sein Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

11 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Zunehmende Abregelung von EE- Stromerzeugungsanlagen Ausfallarbeit in Deutschland Jahr Jens-Christian Magnussen 27. April 2015 in GWh , , , Ausfallarbeit nahm von 2011 bis 2013 um 32% zu Entschädigungsanspruch 2012 für Abregelungen in Schleswig-Holstein: 26 Mio EUR (Schätzung der Netzbetreiber) Quelle: blob=publicationfile.pdf

12 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Statistische Daten: Windenergieanlagen Arbeitsplätze Installierte Leistung in MW GWh (Stromerzeugung aus Windenergie, 2012) 26,2 % (Anteil der Windstromerzeugung an Bruttostromerzeugung, 2012) ,61 (Landesfläche in km²) (Einwohnerzahl) Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

13 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Verkehr 21,2 TWh 31% Dienstleistung, Gewerbe, Handel 8,7 TWh 13% Haushalt 25,6 TWh 38% Stromverbrauch 5,5 TWh 8% Wärmeverbrauch 20,0 TWh 30% Industrie 12,4 TWh 18% Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

14 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Wissensaustausch zwischen Wissenschaft und Wirtschaft Derzeitige EinsMan- (Überschussstrom) Abschaltungen erfordern kurzfristige Lösungen, betriebliche Praxis insbesondere des Mittelstandes für Lösungsansätze nutzen Entwicklung von Übergangslösungen mit Langzeitnutzbarkeit (auch nach Optimierung der Netzkapazitäten) Mittelstand als Rückgrat der Gesellschaft lebt von schneller und flexibler Umsetzung von Innovationen. Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

15 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Einzelne Systemkomponenten stehen zur Verfügung Aufgabe des Mittelstandes sind nunmehr: Zusammenführen der Einzelkomponenten Entwicklung und Installation der Schnittstellen Intelligenz in die Haushalte / zu den Verbrauchern smart home Voreilende Intelligenz der Speicherkapazitäten (Speichermanagement) Begleitung der Normungsverfahren für Schnittstellen HW und SW Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

16 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Ganzheitlicher Ansatz nach DIN Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

17 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

18 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Hauptzähler Signal Überschuss verfügbar Überschuss- Energiezähler übliche Haushaltsverbraucher Überschuss- Verbraucher Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

19 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Hauptzähler Signal Überschuss verfügbar Unterzähler übliche Haushaltsverbraucher Überschuss- Verbraucher Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

20 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Elektr. Heizstab 1,5 bis 9 kw elektr. Durchlauferhitzer 9 kw elektr. Durchlauferhitzer 27 kw elektr. Einbauheizung 1,7 kw -45 kw Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

21 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen aktueller und prognostizierter Bedarf Signal Überschuss verfügbar Temperaturen Heizelementfreischaltung Nutzer-Option: Zustands- und Datenabfrage Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

22 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Feldexperimente im Hinblick auf Technologiesicherheit, betriebswirtschaftliche Daten und gesellschaftliche Akzeptanz Softwareentwicklung und Erprobung zur zeitlich-räumlichen Ermittlung der Speicher- bzw. Abnahmekapazitäten Softwareentwicklung und Erprobung zur hierarchischen Verknüpfung mit anderen Energiequellen (auch mittels Wetterprognosen) Softwareentwicklung und Erprobung von Zu- und Abschaltungshierarchien um technologisch flexibel auf mögliche Vertriebs- und Abrechnungskonzepte bei fluktuierendem Stromdargebot reagieren zu können Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

23 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Erstellung von belastbaren wirtschaftlichen Kennzahlen, ob und inwieweit eine Rentabilität in der Praxis durch diesen Ansatz gegeben ist Erarbeitung eines Technologie- und energiewendeorientierten Vertriebskonzept von WindWärme Nicht nur Großanwendungen lösen das Problem, gerade die Kleinanwendungen sind der richtige Schritt Mit power to heat Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

24 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Praxiserprobung: erforderlich sind u.a: WindWärme-Demonstrationsanlagen bei mind. 150 Haushalten mit unterschiedlichem technologischen Ausbau und Wärmebedarf Pilotbetrieb ab sofort durch praktische Simulation der elektrischen Energie- Abnahme online zu den EinsMan-Abschaltungen Kosten für Pilotanlagen und Energiebezug sind während des Pilotbetriebs finanziell und organisatorisch durch die Gesellschaft einzubringen (u.a. durch staatl. Forschungsförderung und Wirtschaft wie u.a. Handwerkerschaft und der Industrie ) Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

25 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Fazit: Sehr schnell und ohne größeren Aufwand ist die Umsetzung möglich Beschlüsse des Kreistages Nordfriesland und Absichtserklärungen des Kreistages Dithmarschen formulieren die Bereitschaft zur Modellregion Aus Sicht der betroffenen Regionen und insbesondere des Mittelstandes ist unverständlich, warum das EinsMan-Thema, das wahrscheinlich kein kurzfristig temporäres Problem der Energiewende ist und uns auf Jahrzehnte begleiten wird, nicht endlich mit aussagekräftigen F&E-Projekten gern auch in Konkurrenz zueinander angegangen wird. (SüdLink ) Hier ist auch das Land S-H in Verantwortung gegenüber den Menschen und der Wirtschaft im Focus des Handelns. WICHTIG sind die rechtlichen Grundlagen für Nutzung von Überschussstrom Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

26 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Perspektiven: Viele andere Nutzungsmöglichkeiten (Module) außer Wärme können von diesem Modellprojekt abgeleitet werden: Kühlung (Kühlhäuser) Erwärmung von Schwimmbädern Elektromobilität Ladestationen Wir setzen bei diesem WindWärme-Konzept auf perspektivische modulare Anwendungsbereiche Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

27 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Power-to-Heat ist geeignet, ein zentrales Problem der Energiewende zu lösen Koalitionsvereinbarung vom , Kapitel 1.4 Die Energiewende zum Erfolg führen: In einem Strommarkt mit einem weiter zunehmenden Anteil von Strom aus erneuerbaren Energien werden wir Strom, der sonst abgeregelt werden müsste, für weitere Anwendungen, etwa im Wärmebereich, nutzen. Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

28 Erneuerbare Energie ausbauen Strom-Angebotsspitzen sinnvoll nutzen Danke für Ihre Aufmerksamkeit Jens-Christian Magnussen 27. April 2015

29 Power-to-Heat in Hybridheizungen IWO-Konzept Simon Jastrzab Berlin,

30 Der Strommarkt 29

31 und der Wärmemarkt 30

32 und der Wärmemarkt 31

33 wachsen zusammen 32

34 und nutzen Strom-Angebotsspitzen 33

35 Weitere Option: Nutzung von PV-Strom 34

36 zur Wärmeerzeugung 35

37 Power-to-Heat in Hybridheizungen Die ökonomischen Potenziale der Vernetzung von Strom- und Wärmemarkt Michael Bräuninger, Lars Ehrlich, Jonas Klamka, André Wolf

38 Herausforderungen durch die Energiewende: Fehlende Synchronität von Erzeugung und Verbrauch von Strom Beispiel: Weihnachten 2012 MWh MWh Einspeisemengen Strom aus Windkraft und Photovoltaik Stromverbrauch insgesamt Börsenpreis Spotmarkt EEX /MWh , 13 Uhr , 15 Uhr , 17 Uhr , 19 Uhr , 21 Uhr , 23 Uhr , 1 Uhr , 3 Uhr , 5 Uhr , 7 Uhr , 9 Uhr Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 37

39 Zukünftige Entwicklung des Erzeugungsmix Entwicklung installierte Stromerzeugungskapazitäten nach EEG-Novelle 2014 GW 80 75, ,0 52,0 52, ,0 37, , ,4 17,3 15, ,1 6,5 2,0 0,0 0,1 0,0 0,1 0, Wind onshore Wind offshore Photovoltaik Quelle: BMWI (2014c); HWWI (2014) Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 38

40 Existierende Regelinstrumente: Speicher Stromspeicher Das Zwischenspeichern von Strom ermöglicht die (begrenzte) Überbrückung zeitlicher und räumlicher Ungleichgewichte Zentrale Speichertechnologien Pumpspeicher (ca. 5,65 GW) Druckluftspeicher Power to Gas/Wasserstoff Dena-Speicherstudie (2010): Massiver Ausbau notwendig Pumpspeicher haben negative externe Effekte: Hoher Flächenverbrauch Starke Eingriffe in Umwelt und Landschaftsbild Andere Speichertechnologien noch kaum entwickelt und unrentabel Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 39

41 Existierende Regelinstrumente: Lastregulierung Anteil Stunden am Tagesstromverbrauch für Haushalte und Unt. Prozent 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% 0.00 Uhr 2.00 Uhr 4.00 Uhr 6.00 Uhr 8.00 Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Quellen: E.On (2013); Eigene Berechnungen Unternehmen Haushalte Lastregulierung Unternehmen: Freiwillige Vereinbarungen (Lastmanagement nach 14 EnWG) Haushalte: Bisher geringe Potenziale, die weiter abnehmen, da Geräte immer effizienter werden Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 40

42 Integration des Heizsystems in die Stromversorgung Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 41

43 Agenda 1. Marktanalyse Strommärkte: Status Quo und Trends 2. Einzelwirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse 3. Abschätzung gesamtwirtschaftlicher Potenziale 4. Fazit und Handlungsempfehlungen Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 42

44 Derzeitige Residuallast auf Stundenbasis 1. Informationen über viertelstündliche Erzeugungsdaten im Bereich Wind- und Solarenergie 2. Stündliche Daten zu Lastgängen im Jahresverlauf Residuallast Deutschland 2012 (Tagessummen) GWh Quellen: EEX, Übertragungsnetzbetreiber, ENTSOE (2014) Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 43

45 Prognose für die Residuallast auf Stundenbasis Skalierung der stündlichen Erzeugung im Beispieljahr 2012 auf das Jahr 2020 und 2032 Grundlage: Studien zur Entwicklung installierter Kapazitäten und Auslastungsgrade von Windkraft / Photovoltaik Annahme: Konstanter Stromverbrauch Prognosen: Installierte Kapazitäten 2020 und 2032 (GW) Wind onshore Wind offshore 0,6 6,5 28 Photovoltaik 37, Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 44

46 Prognose des Börsenpreises von Strom Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 45

47 Markt für Regelenergie: Das Design 5 Minuten 15 Minuten PRL SRL MRL Ausgleich durch betroffenen Bilanzkreisverantwortlichen 30 Sekunden 1 Stunde Primärregelleistung (PRL) Sekundärregelleistung (SRL) Minutenreserveleistung (MRL) Minimale 1 MW 5 MW 5 MW Angebotsgröße Vorlaufzeit 30 Sekunden 5 Minuten 15 Minuten Ausschreibungszeitraum wöchentlich wöchentlich täglich Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 46

48 Markt für Regelenergie: Die Leistungspreise Durchschnittlicher Leistungspreis in Euro pro MW und Tag. Grau MRL, rot SRL Deutlicher Zuwachs der Kosten für Minutenreserveleistungsvorhaltung zwischen 2012 und Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 47

49 Markt für Regelenergie: Die zukünftige Entwicklung + - Ausbau der Erneuerbaren führt zu mehr inflexibler, schwankender Erzeugung. Konventionelle Kraftwerke werden verdrängt. Verbesserungen der Prognosetechnik erlauben bessere Steuerung. Überregionale Kooperation und zunehmende Liquidität ermöglichen kurzfristigen Fahrplanausgleich. Konservative Annahme: Konstanter Bedarf Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 48

50 Agenda 1. Marktanalyse Strommärkte: Status Quo und Trends 2. Einzelwirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse 3. Abschätzung gesamtwirtschaftlicher Potenziale 4. Fazit und Handlungsempfehlungen Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 49

51 Wärmeverbrauch in Haushalten mit Öl- und Gasheizungen Verteilung des Wärmeverbrauchs über den Tag Wärmebedarf wird über Strom gedeckt, sofern dies günstiger ist Der bauliche Wärmeschutz variiert nach Modernisierungszeitpunkt und Alter => der spezifische Endenergieverbrauch für Wärme liegt zwischen kwh/qm p.a. Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 50

52 Annahmen zum Strompreis für Heizen Szenario Status Quo Szenario PtH-Strom Börsenpreis Börsenpreis + + ca. 16 ct/kwh für Netzentgelt 6,052 ct/kwh + EEG-Umlage 6,24 ct/kwh + Konzessionsabgabe 1,59 ct/kwh + Stromsteuer 2,05 ct/kwh ca. 10 ct/kwh für Netzentgelt + EEG-Umlage + Konzessionsabgabe + Stromsteuer + + MwSt 19 % MwSt 19 % Im Folgenden angenommen Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 51

53 Jährliche Ersparnis durch die Hybrid-Technologie bei variablen Stromtarifen Brennstoffpreise Konstant Brennstoffpreise im Trend Verbrauch in kwh Monetär in Verbrauch in kwh Monetär in Jahr Jahr Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 52

54 PtH-Hybridheizungen als Anbieter von Regelleistung Chancen 1) PtH-Heizungen können als virtuelles Kraftwerk (Pool) negative Minutenreserveleistung anbieten. 2) Privater Nutzen: Erlösen am Regelenergiemarkt. 3) Gesellschaftlicher Nutzen: Kostengünstigere Bereitstellung der Regelenergie. 1) Vorschriften zur Präqualifikation von Regelenergie-Anbietern sind für großen Anbietern ausgelegt. 2) Hohe Kosten für die Präqualifizierung vieler kleiner Einheiten im Pool. 3) Die IKT zum Abrufen der Regelleistung ist noch teuer. Es besteht ein erhebliches Kostensenkungspotenzial. Hindernisse Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 53

55 PtH-Hybridheizungen als Anbieter von Regelleistung Beispielrechnung: Annahmen: Minimaltemperatur: 35 C; Maximaltemperatur: 85 C Zeitscheibe: 00:00 bis 04:00 Uhr Gebotsgröße: 5 MW Teilnehmer: 834 Heizungen je 6 kw Heizstab (5004 kw) Speichervolumen: 500/750/1000 Liter Wärmeprofil vom Durchschnittshaushalt IKT-/Präqualifizierungs-/Poolbetreiberkosten nicht berücksichtigt Angebot zum Durchschnittspreis Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 54

56 PtH-Hybridheizungen als Anbieter von Regelleistung Methodik zur Berechnung des Erlöspotenzials: 1. Ladung am um 04:00 Uhr 2. Speichertemperatur abzüglich des Verbrauchs und der Bereitschaftsverluste 3. Neue Ladung am nächsten Tag um 04:00 Uhr, falls um 00:00 Uhr Differenz zwischen aktueller Speichertemperatur und Maximaltemperatur ausreicht, um 4h den Heizstab bei voller Leistung zu betreiben. Speichervolumen 500 Liter 750 Liter 1000 Liter Tage ohne Ladung Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 55

57 Amortisationsrechnung: Investitionskosten Beispielrechnung: Mehrkosten bei Heizungsmodernisierung Kostenseite + Pufferspeicher mit Trinkwarmwasserstation PtH-tauglicher Elektroheizer Trinkwarmwasserspeicher alleine 700 Gesamt Investitionskosten Erlösseite Ersparnis in der Wärmeerzeugung Zu erwartende Bereitschaftsentgelte aus der Bereithaltung von Regelenergie Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 56

58 Amortisationsrechnung Investitionskosten Einsparungen konst. Brennstoffkosten 64 /a Erlöse aus Regelenergie 28,5 /a Amortisationszeit 19,3 Jahre Trend Brennstoffkosten 9,5 125,1 /a Jahre Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 57

59 Agenda 1. Marktanalyse Strommärkte: Status Quo und Trends 2. Einzelwirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse 3. Abschätzung gesamtwirtschaftlicher Potenziale 4. Fazit und Handlungsempfehlungen Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 58

60 Gesamtwirtschaftliche Potenziale Ermittlung Erzeugungsüberschüsse: Vorgehensweise Bestimmung des Schwellenwerts aus dem Zusammenhang zwischen Residuallast und Börsenpreisen Intuition: Zu Preisen unterhalb des Schwellenwerts sollte selbst Grundlasterzeugung aus dem Markt gedrängt werden Das wäre bei Preisen der Fall, die die Gestehungskosten von Kernkraft und Braunkohle nicht mehr decken Schwellenwert: Residuallast ~3 / Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 59

61 Wärmeverbrauch in Haushalten mit Öl- und Gasheizungen 2013 gab es in Deutschland rund 5,8 Mio. (ca. 30 %) mit Heizöl und über 13 Mio. (ca. 64 %) mit Gas betriebene zentrale Wärmeerzeuger. Davon befinden sich etwa 85 % in Ein- und Zweifamilienhäusern. Alle ab 2014 neuinstallierten Brennwertkessel sind potenzielle PtH-Hybridheizungen. Annahme: Nur bei 20% wird tatsächlich eine PtH-Hybridheizung installiert. Zwei Szenarien für die Zahl der Modernisierungen: Szenario 1: Fortschreibung der Modernisierungsrate aus der jüngeren Vergangenheit von Öl- und Gas-Brennwertkessel Szenario 2: Verdopplung der Heizungsmodernisierung Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 60

62 PtH-Überschussstromnutzungsquote Optimaler Heizstromverbrauch der einzelnen Anlage Der volkswirtschaftlich erwünschte Beitrag zur Netzstabilität wird durch die Preisszenarien determiniert 2032 Modernisierung im Trend Verstärkte Modernisierung Szenario Brennstoff konstant Brennstoff Trend Brennstoff konstant Brennstoff Trend PtH-Preise 4,7 % 14,7 % 7,8 % 25,2% Bei Spitzenlasten geringere PtH-Überschussstromnutzungsquote. Höhere PtH-Anteile führen zu höheren Quoten PtH allein reicht nicht zur Stabilisierung, kann aber mit schon heute vorhandenen und rentablen Technologien beitragen Weiterer positiver Effekt: Sinkende Kosten der Regelenergie Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 61

63 Gesamtwirtschaftliche Potenziale der Nutzung von dezentralem PV-Strom Jahresende 2013: ca. 1,4 Millionen installierte PV-Anlagen in Deutschland (ca. 35,7 GW Leistung) Enge räumliche Korrelation mit Ölheizungen Nutzung von überschüssigem PV-Strom als Wärmequelle: Entlastung ländlicher Verteilnetze, reduziert den Ausbaubedarf Bei Erreichen von Ölparität zudem Kostenersparnis auf individueller Ebene denkbar Vorgehen: Ermittlung des physischen Potenzials von PV zur zukünftigen Deckung des Wärmebedarfs Leitung von überschüssigem PV-Strom (nach Deckung des Eigenbedarfs an Strom) in den Heizstab zur Wärmeerzeugung Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 62

64 Schätzung der Potenziale von dezentralem PV-Strom 1. Schätzung von Erzeugungspotenzialen nach Standort und Anlagengröße Liefert Durchschnittserzeugung in sehr feiner räumlicher Auflösung für einzelne Monate Ermöglicht ortsgleiche Schätzungen von PV-Erzeugung und Wärmebedarfen 2. Schätzung des monatlichen Stromverbrauchs Verbrauch eines 4-Personen-Haushaltes im Jahr 2012 Verteilung über Monate mittels synthetischer Lastprofile 3. Schätzung des monatlichen Wärmebedarfs Bundeslandspezifische Heizlastprofile Division der kumulierten Monatswerte durch Anzahl an Brennwertheizungen im Bundesland Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 63

65 Ergebnis: Nutzung von dezentralem PV-Strom für Wärmebedarf Quelle: Europäische Kommission, HWWI (2014) Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 64

66 Agenda 1. Marktanalyse Strommärkte: Status Quo und Trends 2. Einzelwirtschaftliche Kosten-Nutzen Analyse 3. Abschätzung gesamtwirtschaftlicher Potenziale 4. Fazit und Handlungsempfehlungen Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 65

67 Fazit Dezentrale PtH-Hybridheizungen 1 können bei künftigen Modernisierungen von Öl- und Gasheizungen zu relativ geringen Kosten installiert werden. 2 sind mit heutigen Technologien realisierbar und rentabel. 3 haben durch ihre flexible Stromnachfrage ein hohes Potenzial für die Nutzbarmachung von überschüssigem EE-Strom. 4 5 tragen zur Stabilisierung der Netze bei. Aufgrund der räumlichen Nähe der PtH-Hybridheizungen zu den EE-Erzeugungsanlagen gilt dies besonders für die Verteilnetze. führen zu einer Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien im Wärmebereich. Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 66

68 Handlungsempfehlungen Zur Sicherstellung der einzelwirtschaftlichen Rentabilität von PtH-Hybridheizungen sollte 1 die Belastung von PtH-Strompreisen durch Abgaben und Umlagen möglichst gering gehalten werden. 2 eine Senkung der Zugangsbarrieren für PtH- Hybridheizungen am Markt für Regelenergie erfolgen. 3 flexible Strompreise auf Haushaltsebene eingeführt werden. Der Ausbau der Infrastruktur von Informations- und Kommunikationstechnik gefördert werden. Hamburgisches WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) Seite 67

69 Power-to-Heat in der Praxis Erfahrungen aus dem IWO-Feldtest Christian Halper

70 Power-to-Heat im Praxistest ein Einfamilienhaus in Berlin 69

71 Power-to-Heat im Praxistest ein Einfamilienhaus in Berlin Öl- Brennwertgerät Elektrische Heizeinrichtung Pufferspeicher 5 bis 15 kw modulierend 9 kw, automatische externe Ansteuerung durch Regelenergieanbieter 500 Liter für Heizung und Warmwasser 70

72 Heizöl als Basis- und Backup-Energieträger Einbau des neuen Öl-Brennwertkessels 71

73 Heizöl als Basis- und Backup-Energieträger Internetanschluss serienmäßig ab Werk 72

74 Heizöl als Basis- und Backup-Energieträger Auch via Smartphone & Tablet verbunden 73

75 Power-to-Heat im Praxistest - Elektroheizer ist Teil eines virtuellen Kraftwerks Kommunikationsbox Elektroheizer zur Nutzung von Regelenergie 74

76 Messtechnische Begleitung: Einsatz von Wärmezählern 75

77 PtH-Praxisbeispiel Berlin: Wärmebedarf für Heizung und Trinkwassererwärmung kwh/ Monat Wärme für die Trinkwassererwärmung in kwh Wärme für den Heizkreis in kwh /14 4/14 5/14 6/14 7/14 8/14 9/14 10/14 11/14 12/14 1/15 2/

78 PtH-Praxisbeispiel Berlin: Wärmebedarf für Heizung und Trinkwassererwärmung Wärme für die Trinkwassererwärmung in kwh Wärme für den Heizkreis in kwh (10 %) = 10 kwh/(m²a) 1 Liter/(m²a) kwh/ Jahr (90 %) = 88 kwh/(m²a) 9 Liter/(m²a) bis

79 Wie wurde dieser Wärmebedarf für Heizung und Warmwasser gedeckt? Real genutzt wurden Heizöl als Basis- und Backup- Energieträger Strom aus dem öffentlichen Stromnetz in Form von Regelenergie 78

80 PtH-Praxisbeispiel Berlin: Monatlicher Wärmeverbrauch und PV-Überschüsse kwh/monat PtH-Berlin: Wärmebedarf für Hzg & WW PtH-Berlin: Ins Stromnetz eingespeister Strom in kwh (= Potenzial für Elektroheizer) 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 79

81 Gegenüberstellung & Abgrenzung Wer betrachtet was? HWWI-PtH-Studie Kap. 4.3 PtH-Praxisbeispiel in diesem Vortrag Erlöse aus dem Regelenergiemarkt nur MRL, nur 0-4 Uhr SRL (/MRL), 0-24 Uhr Energiekosteneinsparung aus der Nutzung variabler Strompreise ja nein Ergebnisse aus Studie und Feldtest nicht unmittelbar vergleichbar! 80

82 und was hat es gebracht? 81

83 PtH-Praxisbeispiel Berlin: Erlöse für Regelenergie & vermiedene Heizölkosten Vermiedene Heizölkosten durch Regelenergienutzung Erlöse Regelenergie inkl. MwSt. Summe Aug'14 bis linear auf 12-Monate hochgerechnet 82

84 PtH-Praxisbeispiel Berlin: Heizkosten vermindert um Erlös & Einsparung durch PtH /Jahr /Jahr (- 26 %) inkl. MwSt. 745 /Jahr ohne Power-to-Heat mit Power-to-Heat (Daten Aug'14 bis linear auf 12-Monate hochgerechnet) 83

85 : Sturmtief Mike 84

86 : Sturmtief Mike 85

87 : Regelenergieaufrufe :00 Regelenergie an diesem Tag: 30 kwh 86

88 : Temperatur im Wärmespeicher C oben mitte unten Der Elektroheizer nutzt die Regelenergie, um den Wärmespeicher aufzuheizen 25 5:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 1:00 3:00 5:

89 : Wärme vom Öl-Kessel von 14 bis 20 Uhr ist der Öl-Kessel aus Regelleistungsbereitstellung zur Stromnetz-Stabilisierung bewirkt Heizöleinsparung 88

90 Power-to-Heat im Praxistest - weitere Häuser mit Technik ausgestattet 89

91 Power-to-Heat im Praxistest eine Doppelhaushälfte in Remscheid Öl- Brennwertgerät Elektrische Heizeinrichtung Pufferspeicher 10 kw in Stufe 1, 15 kw in Stufe 2 10 kw, automatische externe Ansteuerung durch Regelenergieanbieter 500 Liter für Heizung und Warmwasser 90

92 Power-to-Heat im Praxistest ein 2-Familienhaus in Bastorf (MV) Öl- Brennwertgerät Elektrische Heizeinrichtung Pufferspeicher Solarthermie 11,5 m² 18 kw in Stufe 1, 27 kw in Stufe 2 13,5 kw, automatische externe Ansteuerung durch Regelenergieanbieter 2x 600 Liter für Heizung und Warmwasser 91

93 Fazit Das Konzept der Power-to-Heat-fähigen Ölhybridheizung hat sich im Berliner EFH in der Praxis bewährt einfach und zuverlässig durch Standard-Heiztechnikkomponenten 500 Liter Wärmespeicher harmoniert gut mit 9-kW-Elektroheizer Die Heizkosten können durch die Generierung von Erlösen am Regelenergiemarkt und die dadurch vermiedenen Heizölkosten hochgerechnet um 263 /Jahr (26 %) reduziert werden Die Stabilisierung des Stromnetzes wird aktiv unterstützt 92

94 Fazit Zukunftstauglich: PtH-fähige Hybridheizungen sind bereit für mehr Nutzung ansonsten nicht produzierter/abgeregelter Wind- und PV-Strommengen Nutzung eigener PV-Überschüsse (Eigenstromnutzungsquote steigt) Modernisierer, die heute Öl-Brennwerttechnik mit einem geeignetem Wärmespeicher kombinieren können Power-to- Heat auch später ergänzen 93

95 Konsequenzen für den Strom- und Wärmemarkt Simon Jastrzab Berlin,

96 PtH in Hybridheizungen Chancen für den Wärmemarkt Option, vermehrt EE in den Wärmemarkt zu integrieren Einmalige Investition ermöglicht zunehmend größer werdenden Anteil EE an Wärmebereitstellung Strom wird nur im Angebotsfall genutzt Elektrische Leistung muss nicht gesichert vorgehalten werden 95

97 PtH in Hybridheizungen Effiziente Stromnutzung Geringe Transportverluste gewährleisten effiziente Nutzung des Stroms Speicherbarer Energieträger als Back-up-Energie muss stets verfügbar sein 96

98 Ölheizung besonders vorteilhaft für die Nutzung von Strom in Hybrid-Heizsystemen Wärmemarkt besitzt großes Potenzial zur Aufnahme von Strom-Überschüssen Ölbeheizte Gebäude häufig mit Keller: Raum für Pufferspeicher vorhanden Ölbeheizte Gebäude in regionaler Nähe zu Windkraftanlagen und Groß-Photovoltaik-Anlagen Leitungsungebundene Energieträger vermeiden Kosten für Netzinfrastruktur 97

99 Perspektive PV-Eigenstromerzeugung: PtH wirtschaftlicher als Netzeinspeisung Attraktivität von PV-Eigenstromerzeugung steigt, wenn Wandlung nicht als Elektrizität genutzter Erträge in Wärme wirtschaftlicher ist als Netzeinspeisung 98

100 PtH als weiterer Energieträger in Hybridheizungen Potenzial zum Eintritt in Wettbewerb mit vorhandenen Energie-Effizienzmaßnahmen Kostengünstige Technik ermöglicht kurze Amortisationsdauer Sollte zu Erfüllungsoption für Vorgaben zur Nutzung von EE im Wärmemarkt werden 99

101 PtH für Heizgerätehersteller vorteilhaft Anreiz zur Heizungsmodernisierung wird durch zusätzlichen Nutzen erhöht Entwicklungsrisiko gering, da Hardware bereits vorhanden Imagestärkung als Vollsortimenter Innovatives Image, da Lösung für aktuelles energiepolitisches Thema angeboten wird 100

102 Handlungsempfehlungen an die Politik Welcher Anpassungen bedarf es, um das Potenzial von PtH in Hybridheizungen zu heben? 101

103 Dynamische Stromtarife für private Stromkunden einführen Beschleunigte EE-Integration durch Vermeidung von Abregelung PtH-Aktivierung, wenn Wärmeerzeugung durch Strom wirtschaftlicher ist als durch Brennstoffeinsatz Zeiten mit viel Strom: PtH als zusätzlicher Verbraucher stützt in Phasen negativer Strompreise den Börsenpreis Entlastung EEG-Umlage Zeiten mit wenig Strom: Durch Abschalten kann ein Beitrag zur Reduktion gesicherter Kraftwerksleistung geleistet werden 102

104 Zugang von PtH-Hybridheizungen zum Markt für Regelenergie erleichtern Präqualifikationsverfahren für PtH-Hybridheizungen vereinfachen Ausschreibungs- und Vorhaltungszeiträume verkürzen 103

105 Intelligente Netznutzung vergüten Finanzielle Anreize für Stromnetzbetreiber zur Optimierung der Netzauslastung müssen geschaffen werden Investitionen müssen sich zeitnah refinanzieren lassen 104

106 Abgaben und Entgelte für ansonsten abgeregelten Strom reduzieren Keine Subvention, da Verbraucher entlastet werden Mehr Strom kann produziert und verkauft werden Abgaben können auf mehr kwh verteilt werden spezifische Abgabenlast sinkt Nur für Stromverbraucher, die extern steuerbar sind und auch dauerhaft abgeschaltet werden können 105

107 Netznutzungsentgelte für ansonsten abgeregelten Strom reduzieren Stromnutzung aus ansonsten abgeregelten EE-Anlagen in extern steuerbaren Verbrauchern ist ohne zusätzliche Netzkosten möglich Externe Steuerung erfolgt so, dass Betrieb mit vorhandenen Netzen möglich Durch Nutzung des ansonsten abgeregelten EE-Stroms entstehen zusätzliche Einnahmen aus Netzentgelten 106

108 Konzessionsabgabe für ansonsten abgeregelten Strom reduzieren 1. Status quo: Keine Einnahmen für abgeregelten Strom 2. Reduktion der Konzessionsabgabe 3. Erhöhte Attraktivität der Nutzung für Endverbraucher 4. Intensivere Auslastung Stromnetze 5. Erschließung zusätzlicher Konzessionseinnahmen 107

109 Reduzierung der EEG-Umlage für ansonsten abgeregelten Strom PtH leistet Beitrag zur Erreichung des EE-Wärmeziels von 14 % bis 2020 (EEWärmeG) durch Erhöhung des EE-Anteils PtH entlastet EEG-Umlage durch Vermeidung von Abregelung Verbraucher erhalten gezahlte EEG-Umlage anteilig zurück ct/kwh Entwicklung EEG-Umlage Quelle: Umweltinstitut München 108

110 Verursachergerechte Zuordnung von Bedarf an gesicherter Leistung Strombedarf ausschließlich strombasierter Heizsysteme kann durch fluktuierende EE nicht kontinuierlich sicher gedeckt werden: Teure Reserve-Kraftwerke werden notwendig Die Kosten dafür sollten verursachergerecht zugeordnet werden Einführung einer leistungsabhängigen monatlichen Grundgebühr für ausschließlich strombasierte Heizsysteme 109

111 Bewertung in EnEV ermöglichen Wird erneuerbarer Strom, der ansonsten abgeregelt werden würde, in PtH-fähigen Hybridheizungen genutzt sollte dieser in der EnEV mit einem Primärenergiefaktor von Null bewertet werden. Voraussetzung: Heizsystem kann durch externe Ansteuerung jederzeit und beliebig lange vom strombasierten Heizgerät auf stromunabhängiges Heizgerät wie z. B. einen Brennwertkessel umschalten

112 Fazit Die Nutzung von Power-to-Heat in Hybridheizungen ist mit verfügbarer Technik realisierbar hat ein hohes Potenzial EE in den Strommarkt zu integrieren EE-Anteil im Wärmemarkt zu erhöhen Hierfür bedarf es: variabler Stromtarife für Endverbraucher einer Reduktion von Abgaben und Entgelten auf ansonsten abgeregelten Strom Bewertungsmöglichkeit in EnEV 111

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