Preiswert heizen mit selbsterzeugtem Strom

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1 ENGINEERING FOR TOMORROW OW Preiswert heizen mit selbsterzeugtem Strom Dipl.-Ing. Jens Rammensee / Sven Staudt Eine Marke von Glen Dimplex Deutschland HP-JR-2013 Änderungen und Irrtum vorbehalten! 1

2 Bürger befürworten Ausbau regenerativer Energien Nach einer aktuellen repräsentativen Umfrage des Meinungsforschungsinstituts TNS Infratest im Auftrag der Agentur für Erneuerbare Energien halten 93 % der befragten Personen den verstärkten Ausbau der regenerativen Energien für wichtig bis außerordentlich wichtig 74 % der Befragten sind der Meinung, dass regenerative Energien zu einer sicheren Zukunft der nachfolgenden Generation beitragen Ist Strom zum Heizen zukünftig noch bezahlbar? 2

3 Zukünftige Wärmeerzeugung basiert auf erneuerbaren Energien Heute Energiewende Zukunft Quelle: Fraunhofer IWES 3

4 2011: Verteilung der Stromerzeugung in Deutschland Erneuerbare erzeugen nur 20% des benötigten Stroms, stellen aber 40% der Leistung! 4

5 Verlagerung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien erfordert Speicherkapazität Quelle: Studie der SIEMENS AG, Energie Sektor, E ST Nicht regelbare Leistung benötigt Speicher max. ~ 90 GW min. ~ 40 GW Der starke Zuwachs von erneuerbaren Energien stellt hohe Ansprüche an die Stromnetze. Bereits heute erleben wir Tage, an den erneuerbare Energien einen Überschuss an elektrischem Strom erzeugen. Um diesen Überschuss nutzen zu können, brauchen wir intelligentere Produkte und mehr Speicherkapazitäten. Enorme Speicherkapazitäten sind notwendig, um die zukünftige Stromerzeugung auszugleichen. 5

6 Energiewende in Deutschland 2011 blieben 130 GWh der Erneuerbaren ungenutzt, da erneuerbare Energien mehr Strom produzierten, als aktuell benötigt wurde! Ziel bis 2020: 35% erneuerbare Energien Hohe Zuwachsraten der erneuerbaren Energien benötigen dringend Speicher-Systeme Quelle: Fraunhofer ISE Prof. Burger 6

7 Potenzielle Speicherkapazitäten verfügbare Kapazität Pump- Speicher Thermische Speicher "Power to Heat" Elektro- Autos Batterien Wasserstoff "Power to Gas" Technologie vorhanden Zukünftige Technologien kostengünstig Nur thermische Speicher können schnell kostengünstige Speicherkapazitäten anbieten 7

8 Potenzielle Speicherkapazitäten verfügbare Kapazität Pumpspeicher Thermisch Speicher "Power to Heat" Hydrogen H2 "Power to Gas" E- Mobilität Zukunkftstechnologie Batteriespeicher Technologie verfügbar Verkaufsfähig kostengünstig Nur thermische Speicher bieten heute schon Lösung zur Speicherung! 8 8

9 Förderung von Speichern 9

10 Vorhandene Speicherkapazität Pumpspeicher Kraftwerke Warmwasser Speicher Wärmepumpen 4 TWh/a1 6 TWh/a2 3 TWh/a3 Quelle: 1) Wikipedia, 2) Fraunhofer IBP, Bericht ES /2012, 3) BWP-Branchenstudie 10

11 Wärmepumpenmarkt in Deutschland Demand Side Management - Potenzial in TWh/a Deutschland Eingebaute Wärmepumpen [Stk.] Durchschnittliche Anschlussleistung [kw] 3,8 3,8 3,8 Anschlussleistung insgesamt [MW] Betriebsstunden pro Jahr bei Volllast [h] Stromverbrauch [TWh]/a 3,1 7,5 12,2 Durchschnittlicher Wirkungsgrad 325% 325% 325% Genutzte Energie aus Umwelt [TWh]/a 6,9 16,8 27,6 Erzeugte Wärme [TWh]/a 10,0 24,3 39,8 Quelle: German Heat Pump Association 11

12 Elektrifizierung des Wärmemarktes power-to-heat Wärme wird heute überwiegend aus fossilen Brennstoffen erzeugt. Ein höherer Anteil an elektrisch betriebenen Wärmeerzeugern kann zukünftig erneuerbare Energie flexibler nutzen. Überwiegend aus fossilen Brennstoffen erzeugt Zusätzliche Nutzung von Strom Wärmepumpe Wärmenutzung aus der Umwelt Thermische Speicher können erneuerbare Energie als Wärme speichern! 12

13 Primärenergiefaktor Definition Primärenergiefaktor Jeder Energieträger hat einen spezifischen Primärenergiefaktor. Dieser berücksichtigt den Verlust bei der Gewinnung, Umwandlung und Verteilung eines Energieträgers. Aus dem Primärenergiefaktor lassen sich Energieeffizienz und der schonende Umgang mit Ressourcen ablesen. Der Primärenergiefaktors drückt die Umweltfreundlichkeit eines Energieträgers aus. Je niedriger desto besser Quelle: 13

14 Entwicklung Primärenergiefaktor Strom heute bis 2030 bis 2010 Berechnet aus Stromerzeugungsund Verbrauchsdaten BMWi, BDEW, AG Energiebilanzen ab 2010 Berechnung nach GEMIS 4.8 (IINAS), auf Grundlage BMU-Leitszenario, Interpolation Anteil EE in % Primärenergiefaktor Strom nicht erneuerbarer Anteil (Stromnetz lokal mix) Prognose 2030 TUM München Durch immer mehr erneuerbare Energien die zur Stromerzeugung beitragen sinkt der Primärenergiefaktor für Strom von Jahr zu Jahr 14

15 Auswirkung JAZ und Strommix Beispiel Einfamilienhaus 150 m² Wohnfläche Quelle: HEA Eine JAZ von 2,8 bringt eine CO 2 -Einsparung gegenüber Gas-BW mit Solar 15

16 Heute schon an morgen denken Die Umweltbilanz aller installierten elektrischen Heizsysteme verbessert sich durch die erneuerbare Stromerzeugung von Jahr für Jahr! Strom wird grüner! Elektrische Heizsysteme sind besonders förderungswürdig und entlasten als thermische Speicher zusätzlich das Netz. 16

17 Regulierte Anteile im Strompreis verhindern Wettbewerb zwischen den Energieträgern Wärme-Strompreis (Prognose 2013) 19,32 Cent EEG-Umlage verschlechtert den Wettbewerb elektrisch betriebener Heizsysteme gegenüber fossilen Wärmeerzeugern Strompreise von 12,0 ct/kwh bzw. 5,5 ct/kw für Großabnehmer über 300 GWh/a eröffnen Möglichkeiten in der Industrie! Quelle: BDEW-Heizkostenvergleich 17

18 SG-Ready macht die Wärmepumpe zukunftsfähig Dimplex hat die Abstimmung des ersten gemeinsamen Kommunikationsstandards zur Nutzung lastvariabler Tarife von Wärmepumpen-Herstellern und Energieversorgern mit vorangetrieben. SG Ready wird in der aktuellen Diskussion über steigende Strompreise zeigen, dass Wärmepumpen zukunftsfähig sind, da sie die dringend benötigten schaltbaren Lasten im intelligenten Stromnetz (Smart Grid) kostengünstig zur Verfügung stellen. SG-Ready ermöglicht die Nutzung zukünftiger lastvariabler Stromtarife 18

19 Wärmepumpen tragen schon heute zum Lastmanagement bei! Roter Strom Hoher Preis Mangel an Elektrizität Wärmepumpen sind für max. 2 Stunden blockiert. Dies führt im Gebäudebestand mit Heizkörpern zu reduziertem Komfort Bei der Verwendung einer Fußbodenheizung, entstehen kein Komforteinbußen Smart Meter Gateway / Time circuits 19

20 Wärmespeicherung in Gebäuden Wärmepumpe- Heizungsanlage Heizleistung 10 kw Beispiel: Wärmespeicherung für eine 2-stündige Sperrzeit ohne Komfortverlust Pufferspeicher 700 l Übertemperatur 25 K ~ 20 kwh Fußbodenheizung 150 m² Übertemperatur 2 K ~ 20 kwh Übertemperatur verringert den Wirkungsgrad von Wärmepumpen (2,5 % pro 1 K) Zusätzliche Wärmeverluste Effizienzverlust muss durch einen günstigeren Stromtarif ausgeglichen werden 20

21 Wärmepumpen nutzen grünen Strom 2013 Grüner Strom niedriger Preis Überversorgung mit Strom lässt den Strompreis fallen Wärmepumpe wird aktiviert, um Warmwasserspeicher und Heizungsanlage zu überheizen Wärmepumpen können Strom nutzen, wenn er günstig zur Verfügung steht 21

22 Eigenverbrauch von PV-Strom PV-Eigenstromnutzung Bei solarem Ertrag kann die Wärmepumpe mit einem geringeren Strompreis betrieben werden. Die Wärmepumpe arbeitet mit zwei unterschiedlichen Tarifen Ein externer Regler (z.b. Wechselrichter) kann den zusätzlichen Eingang (ID 1) der Wärmepumpe für grünen Strom beschalten In diesem Betriebszustand läuft die Wärmepumpe im verstärkten Betrieb für Raumheizung und Warmwasserbereitung Nur kombinierbar, wenn die Wärmepumpe am Einspeisezähler der PV-Anlage angeschlossen ist (z.b. Haushaltsstromzähler) PV-Eigenstromnutzung entspricht einem lastvariablen Stromtarif 22

23 Wärmepumpe zur Erhöhung des PV-Eigenverbrauchs Grüner Strom Verstärkte Nutzung von PV-Strom für Heizung, Warmwasser und Schwimmbadbereitung Mischer verhindert, dass zu hohe Temperaturen in die Fußbodenheizung gelangen können Damit der Mischer im Heizbetrieb möglichst geöffnet bleibt wird eine Festwertregelung z.b. 35 C empfohlen Signal Grüner Strom Es handelt sich dabei nicht um einen definitiven Anlaufbefehl, sondern um eine Einschaltempfehlung entsprechend der heutigen Anhebung 23

24 Nutzung der Fußbodenheizung als thermischer Speicher Raumtemperatur Außentemperatur 24

25 Wärmepumpen werden zukunftsfähig SG Ready 0:0 Wärmepumpe läuft mit max Effizienz 1:0 Wärmepumpe wird gesperrt Sperre um Lastspitzen auszugleichen Maximale Sperrzeit 2 Stunden 2 digitale Eingänge = vier Schaltzustände 0:1 Anlaufempfehlung Wärmepumpe überhitzt das Heizssystem um erneuerbare Energien zu nutzen oder günstigere Tarife zu nutzen 1:1 Anlaufbefehl für kostenlosen Strom Start des Verdichters optional können auch elektrische Zusatzheizungen aktiviert werden 25

26 Nutzung von kostenlosem Strom Schaltzustand 1:1 Wärmepumpe startet und aktiviert nach Möglichkeit auch vorhandene Heizstäbe (Leistungsstufe 3 / thermische Desinfektion) Muss eine Abnahme garantiert werden, so wird der Einsatz eines bivalent regenerativen Speichers empfohlen. Die Heizstäbe im regenerativen Speicher werden direkt durch eine externe Regelung freigegeben Ansteuerung des Heizstabes und Auswahl der Größe des Pufferspeichers erfolgt nach den Anforderungen der PV-Anlage! 26

27 Wärmepumpen sind zukunftsfähig Erneuerbare Energien senken den Primärenergiefaktor für Strom von Jahr zu Jahr, dadurch werden strombetriebene Heizsysteme im Vergleich zu fossilen Heizsystemen immer besser Energy Efficiency Directive der EU fordert in Annex 7 günstigere Stromtarife für Produkte mit lastvariablen Betrieb, die von den Ländern umgesetzt werden müssen Speicherheizungen und Wärmepumpen bieten eine riesige, bereits bestehende Speicherkapazität für Energie (Aufhebung des ESH-Verbots ist wieder Diskussion) Wärmepumpen sind in der Lage Lastspitzen auszugleichen und reduzieren den CO2-Ausstoß gegenüber fossilen Heizsystemen power-to-heat ist kurzfristig umsetzbar 27

28 ENGINEERING FOR TOMORROW OW Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Glen Dimplex Deutschland HP-JR-2013 Änderungen und Irrtum vorbehalten! 28