Power-to-Heat in Hybridheizungen Strom- und Wärmemarkt wachsen zusammen

Transkript

1 Power-to-Heat in Hybridheizungen Strom- und Wärmemarkt wachsen zusammen Andreas Mahlberg

2 Erneuerbare Energien in Deutschland Stromerzeugung 1

3 Erneuerbare Energien in Deutschland Wärmeerzeugung 2

4 Stromerzeugung und Netzlast 2011 Last zwischen 30 und 90 GW Photovoltaik Wind Quelle: ZIES 3

5 Prognose: Stromerzeugung und Netzlast 2032 Last zwischen 30 und 90 GW Photovoltaik Wind Quelle: ZIES 4

6 Auch heute wird Strom schon abgeregelt 5

7 Umschalten statt abschalten: Power-to-X-Technologien Power-to-X Power-to-Heat Power-to-Gas Fernwärme Individualheizung Power-to-H2 2 Power-to-CH4 4 Power-to-Liquids Elektrodenkessel Groß- Wärmepumpe Monovalente Systeme Hybride Systeme Nachtspeicherheizung/ Direktheizung Wärmepumpe Wärmepumpe + Brennwert Direktheizung + Brennwert 6

8 >80% der KfW-Förderungen liegen im Bereich < Berechnungen von BMWi und BMF aus 01/15 zeigen, dass der Großteil der Kunden Investitionen im Bereich < favorisiert 7

9 Power-to-Heat mit monovalenter Strom- Wärmepumpe: Viel EE-Strom 8

10 Power-to-Heat mit monovalenter Strom- Wärmepumpe: Wenig EE-Strom 9

11 Stromproduktion im Januar 2013: Dunkelflaute Quelle: Fraunhofer ISE,

12 Verlauf der max. täglichen Heizstromnachfrage bei 3,8 Mio. zusätzlichen Stromheizungen 2013 gab es rund 5,8 Mio. mit Heizöl und über 13 Mio. mit Gas betriebene zentrale Wärmeerzeuger. Szenario: 20% werden auf Strom-Wärmepumpen umgestellt. Für diese wird angenommen: Elektr. Leistungsaufnahme: 3 kw Heizleistung (Output): 9 kw Arbeitszahl: 3,0 Ergebnis: Ca. 9 GW zusätzliche Heizstromnachfrage GW Maximale Heizstromnachfrage am Tag Quelle: Bräuninger, Der Einfluss monovalenter Strom- Wärmepumpen auf den Bedarf an gesicherter Kraftwerksleistung, August

13 Power-to-Heat in Hybridheizungen: Kein Überschussstrom 12

14 Power-to-Heat in Hybridheizungen: Überschussstrom im Netz 13

15 Nutzungsmöglichkeiten von Überschussstrom in Power-to-Heat-Systemen 1. Variable Stromtarife Heizgerät reagiert auf Strompreissignal und nutzt Strom zum Heizen, wenn dieser kostengünstig ist 2. Negative Regelleistung Poolbildung und externe Ansteuerung von Heizgeräten durch Regelenergieanbieter 3. Dezentral erzeugter PV-Strom Nutzung von Überschüssen aus der hauseigenen PV-Anlage im Heizgerät 14

16 Nutzung von Überschüssen aus der hauseigenen PV-Anlage Vorteile: Nutzung Erneuerbarer Energien Einsparung fossiler Brennstoffe Erhöhung Anteil Eigenstromnutzung Erhöhung des Autarkiegrads 15

17 RWE Effizienz und IWO: Seriennaher Feldtest in Planung Einbindung von Überschüssen aus der hauseigenen PV- Anlage in ölbasierte Heizungssysteme Vorgesehen sind ca. 10 Anlagen Geplanter Start November

18 Vorteile bei der Nutzung von Überschussstrom in Öl-Hybrid-Heizsystemen Wärmemarkt besitzt großes Potenzial zur Aufnahme von Strom- Überschüssen Ölbeheizte Gebäude in regionaler Nähe zu Windkraftanlagen und Groß- Photovoltaik-Anlagen Leitungsungebundene Energieträger vermeiden zusätzliche Kosten für Netzinfrastruktur Ölbeheizte Gebäude häufig mit Keller: Raum für Pufferspeicher vorhanden Kosteneffiziente Realisierung insbesondere im Rahmen der Heizungsmodernisierung Raumwärme 75 % TWW 12 % Strom 13 % Quelle: BDH 17

19 Vergleich verschiedener Power-to-X Technologien Investkosten Betriebskosten Effizienz Power-to Gas (H 2 ) O O Power-to-Gas (CH 4 ) O O Power-to-Liquid O O Systemdienlichkeit Technologiereife Elektrodenkessel Fernwärme O + + Großwärmepumpe Fernwärme O Monovalente E-Direktheizung Monovalente Wärmepumpe O O Heizstab + Öl-/Gas-BW Wärmepumpe + Öl-/Gas-BW O PV + Wärmepumpe - + O PV + Heizstab + Öl-/Gas-BW O

20 Power-to-Heat im Praxistest ein Einfamilienhaus in Berlin 19

21 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 20

22 Power-to-Heat im Praxistest - Elektroheizer ist Teil eines virtuellen Kraftwerks Kommunikationsbox Elektroheizer zur Nutzung von Regelenergie 21

23 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

24 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 23

25 Nutzung von Überschussstrom in der Praxis: Sturmtief Mike am

26 : Regelenergieaufrufe :00 Regelenergie an diesem Tag: 30 kwh 25

27 : 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:

28 : Wärme vom Öl-Kessel von 14 bis 20 Uhr ist der Öl-Kessel aus Regelleistungsbereitstellung zur Stromnetz-Stabilisierung bewirkt Heizöleinsparung 27

29 und was hat es gebracht? 28

30 PtH-Praxisbeispiel Berlin: Erlöse für Regelenergie & vermiedene Heizölkosten Erlöse Regelenergie Vermiedene Heizölkosten durch Regelenergienutzung inkl. MwSt. 217 Summe Aug'14 bis Jul'

31 PtH-Praxisbeispiel Berlin: Heizkosten vermindert um Erlös & Einsparung durch PtH /Jahr /Jahr (- 24 %) inkl. MwSt. 762 /Jahr ohne Power-to-Heat mit Power-to-Heat (Daten Aug'14 bis Jul'15) 30

32 Gegenüberstellung und 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 31

33 Ökonomische Potenziale von Power-to- Heat in Hybridheizungen Studie des Hamburgischen WeltWirtschaftsInstitut (HWWI, 02/15): Marktanalyse Strommärkte: Status Quo und Trends Einzelwirtschaftliche Kosten-Nutzen-Analyse Abschätzung gesamtwirtschaftlicher Potenziale Wesentliche Ergebnisse: Mehrkosten können sich innerhalb von 9,5 Jahren amortisieren Mögliche Brennstoffeinsparungen: 2020: bis zu 18 % 2032: bis zu 60 % Verbraucher können von der Energiewende profitieren Hybridheizungen tragen zur Netzstabilisierung bei PtH reizt Heizungsmodernisierung an 32

34 Technische Herausforderungen Was muss passieren, damit die Lösung auch im Massengeschäft funktioniert: Kommunikationstechnik muss preiswerter werden: Integration in Heizgeräteelektronik Installation des elektrischen Heizelements im Rahmen der Heizungsmodernisierung senkt Investitionskosten Verfahren zur Präqualifikation bei den Übertragungsnetzbetreibern muss einfacher werden: Typ- Präqualifikation 33

35 Internetanschluss serienmäßig ab Werk 34

36 Handlungsempfehlungen an die Politik Welcher Anpassungen bedarf es, um das Potenzial von Power-to-Heat in Hybridheizungen zu heben? 35

37 Notwendige Anpassungen der Rahmenbedingungen Einführung von dynamischen Stromtarifen für private Stromkunden Anpassung von Abgaben und Entgelten für ansonsten abgeregelten Strom Einführung eines Primärenergiefaktors von Null für ansonsten abgeregelten erneuerbaren Strom für extern steuerbare Stromverbraucher, die keine zusätzliche gesicherte Leistung benötigen Erleichterung des Zugangs von PtH- Hybridheizungen zum Markt für Regelenergie 36

38 Fazit Überschussstrom aus Erneuerbaren Energien kann mit Power-to-Heat in Hybridheizungen sinnvoll genutzt werden: Integration erneuerbarer Energien Einsparung von fossilen Brennstoffen im Wärmemarkt Power-to-Heat in Hybridheizungen mit ihren Backup-Energieträgern führt nicht zu einer Erhöhung der notwendigen Kraftwerksreserve PtH-Hybridheizungen können insbesondere im Rahmen der Heizungsmodernisierung kosteneffizient realisiert werden Die Rahmenbedingungen des Strommarktes müssen hierfür angepasst werden 37

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