Beitrag der thermischen Speicherung elektrischer Energie zum Lastmanagement in intelligenten Netzen

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1 Beitrag der thermischen Speicherung elektrischer Energie zum Lastmanagement in intelligenten Netzen Dipl.-Ing. Alexander Sperr HEA Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e. V. Bundesverband Wärmepumpe e. V.

2 Agenda Energieverbrauch Strom aus erneuerbaren Energien Gesetzlicher Rahmen Zukünftige Gebäude und Gebäudetechnik Thermische Speicherung Studienergebnisse Fazit

3 Energieverbrauch Endenergieverbrauch in Deutschland nach Sektoren 29 % Haushalte! Gewerbe, Handel, Dienstleistungen 16% Übr. Bergbau und verarb. Gewerbe 26% Haushalte 29% Verkehr 29% Quelle: AG Energiebilanzen 2009

4 Energieverbrauch Endenergieverbrauch in Deutschland nach Anwendungsbereichen Beleuchtung 2% 55 % Wärme! Gewerbe, Handel, Dienstleistungen 16% 27% Übr. Bergbau und verarb. Gewerbe 26% Raumwärme mechanische Energie Haushalte 29% 43% 23% Verkehr 29% Warmwasser 5% Quelle: AG Energiebilanzen 2007 Prozesswärme

5 Energieverbrauch Endenergieverbrauch der Haushalte nach Anwendungsbereichen Beleuchtung 2% mechanische Energie ca. 88 % Wärme! 10% Warmwasser 13% 75% Raumwärme Quelle: AG Energiebilanzen 2007

6 ,2% 3,8% 4,0% 4,3% 4,7% 4,2% 4,4% 4,7% 5,3% 6,6% 6,7% 7,8% 7,6% 9,3% 10,3% 11,6% 14,2% 15,0% 16,3% 16,9% 20,5% 22,9% Strom aus erneuerbaren Energien Starke Zunahme von Strom aus erneuerbaren Energien Stark fluktuierendes Angebot aus Wind und Sonne 30,00% Anteil EE an der Deckung des Stromverbrauchs 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% 0,00% Quelle: AG Energiebilanzen 2013, teilweise vorläufig

7 Prognose Bundesregierung: 2020 stammen 30% des Stroms aus erneuerbaren Quellen. Quelle: Bundesverband Erneuerbare Energien

8 Ziele Klimakonzept der Bundesregierung THG-Emissionen (Bezug 1990) - 27 % -40 % - 55 % - 70 % - 80 % Anteil EE (Endenergieverbrauch) 10 % 18 % 30 % 45 % 60 % Anteil EE (Stromverbrauch, Bezug 2008) 16 % 35 % 50 % 65 % 80 % Primärenergieverbrauch (Bezug 2008) - 6 % - 20 % - 50 % Stromverbrauch (Bezug 2008) - 7 % - 10 % - 25 % Auswirkungen auf Gebäude Auswirkungen auf Stromerzeugung Entscheidend ist Nutzbarkeit!

9 Zukünftige Gebäude Heizenergiebedarf sinkt WSVO 1977 WSVO 1984 WSVO 1995 EnEV 2001 EnEV 2009 EnEV 2012?

10 Zukünftige Gebäudetechnik Beispiel: Plus-Energiehaus des BMVBS Heizwärmebedarf: 12 kwh/m²a PCM Photovoltaik Solarthermie Lüftung mit WRG Wärmepumpe Foto: BMVBS/Amin Akthar

11 Zukünftige Gebäudetechnik Hoher Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung (laut Klimakonzept 80 % bis 2050) führt zu vermehrt stromgeführten Systemen: Elektrische Direktheizung Wärmepumpensysteme Ventilatorgestützte Lüftung Aber auch dezentrale Erzeugung Photovoltaik BHKW

12 Konflikt Geringe Gleichzeitigkeit von Angebot und Bedarf Speicherung muss gelöst werden Möglichkeiten aus heutiger Sicht: Pumpspeicher Druckluftspeicher Batteriespeicher (Elektromobilität) Wasserstoffspeicher Methanisierung Thermische Speicherung Speichermix!

13 Thermische Speicherung Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien zur Erzeugung von Wärme zur Heizung und Trinkwassererwärmung Wärmepumpensysteme mit Pufferspeichern Speicherheizungen Fernwärmenetze Speicherung ist notwendig für Lastmanagement! Bei Wärmepumpenlösung: gleichzeitig weitere Nutzung erneuerbarer Energie

14 Jan Jan Mrz Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Thermische Speicherung 30 Korrelation Windeinspeisung EEX-Preise EEX-Preise Intraday Low eingespeister Windstrom in MW Quelle: HEA 0

15 Thermische Speicherung Preise an der EEX werden beeinflusst von Windstrom Nutzung von Windstromspitzen für elektrische Anwendungen Notwendigkeit lastvariabler Tarife Schaltung über Preissignal möglich Zusätzlich Möglichkeit der Abschaltung elektrischer Verbrauchsmittel Allein durch Wärmepumpen schaltbare Lasten von MW bis 2020 Schaltbarkeit unabdingbar für künftiges Lastmanagement

16 Potentiale thermischer Speicherung Studie zu thermischer Speicherung auf Grundlage einer Potentialabschätzung: Minderungspotenzial der CO 2 -Emissionen Endenergieeinsparung Lastglättung durch Lastverschiebung Theoretische und nutzbare Speicherpotenziale Nutzbare Regelleistung Nutzbarkeit durch Rundsteuertechnik Optionen durch smart grid Wirtschaftlichkeit Ziel: Handlungsempfehlungen für Gerätehersteller, EVU, Politik

17 Niedrigpreissignale Januar 2020 Januar 2030 Januar 2050 Konventionelle Preissignale in der Nachtzeit (22 6 Uhr) Grün: Niedrigpreissignale in Übereinstimmung mit konventionellen Preissignalen Rot: Niedrigpreissignale, die nicht mit konventionellen Preissignalen übereinstimmen

18 Ergebnisse Lastglättung durch Lastverschiebung Nachtspeicherheizungen elektrische Trinkwarmwasserspeicher 100 %: Ladung ausschließlich in Zeiten geringer Nachfrage

19 Ergebnisse Regelleistung durch NSH in Abhängigkeit der Außentemperatur Annahme: Rückbau 2 % p.a.

20 Ergebnisse Nutzbare Speicherpotenziale und Regelleistung Nachtspeicherheizung: sinkende Potenziale abhängig von Rückbauraten

21 Ergebnisse Nutzbare Speicherpotenziale und Regelleistung Indirekte Trinkwasserspeicher: steigende Potenziale bei Ausbau der Technologie und Nutzung erneuerbarer Stromüberschüsse

22 CO 2 -Emissionen in Millionen Tonnen pro Jahr Primärenergieverbrauch in TWh pro Jahr Ergebnisse Einsparung von CO 2 -Emissionen und Primärenergie gegenüber Öl-Brennwertanlagen ,67 5, ,22 2,69 3 CO2-Emissionen (Mio Tonnen/a) Primärenergieverbrauch (TWh/a) ,75 0, Jahr 0

23 Ergebnisse Vollkostenvergleich Einfamilienhaus (unsaniert und saniert) Annahme: NT-Strom 16 ct/ kwh

24 Thermische Speicherung Was muss noch getan werden? Technische Optimierung (Anlagen, Gebäude, Speicherkapazitäten) Technische Rahmenbedingungen: Vernetzung, Kommunikation Rechtliche Rahmenbedingungen, Anreize Tarifmodelle, Geschäftsmodelle

25 Fazit Zunahme fluktuierenden Stromangebots macht Speicherung notwendig Thermische Speicherung ist effektiv und stellt einen wichtigen Baustein im künftigen Speichermix dar. Steigerung der Nutzung erneuerbarer Energien durch regenerativ erzeugten Strom und Nutzung von Geothermie und Umweltwärme Anpassung der politischen/gesetzlichen Rahmenbedingungen notwendig Technische Weiterentwicklungen bei Wärmespeichern (Standardisierung und Automatisierung) Variable Stromtarife, Nutzung von Niedrigpreissignalen, Teilnahme am Regelenergiemarkt

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Thank you for your attention Dipl.-Ing. Alexander Sperr HEA Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e. V. BWP Bundesverband Wärmepumpe e. V. BDH