Die Energiewirtschaftliche Bewertung der Wärmepumpe in der Gebäudeheizung

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1 Die der Wärmepumpe in der Gebäudeheizung Karl-Heinz Stawiarski, Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e. V. 7. Februar 2013, Stuttgart

2 TU-München-Studie Hintergrund und Ausgangslage Der ökologische Nutzen der Wärmepumpe hängt neben der Effizienz vor allem vom Strommix ab. Durch einen zunehmenden EE-Strom-Anteil und effizientere Kraftwerke verbessert sich die Ökobilanz der Wärmepumpe. Das gilt auch für bereits installierte Anlagen über deren gesamte Lebensdauer. Strom zum Heizen wird häufig noch negativ gesehen. Daher besteht hier großer Aufklärungsbedarf. 2

3 Zukünftige Wärmeversorgung basiert auf Erneuerbaren Energien Heute Energiewende Zukunft Quelle: Fraunhofer IWES 3

4 TU-München-Studie: Umweltbilanz verschiedener Heizungssysteme im Vergleich Umweltbilanz verschiedener Heizungssysteme im Vergleich Neubau 2011/ Bestandshaus 1990 Betrachtungsjahre 2011 / 2020 /

5 Eckpunkte der Studie Titel: der Wärmepumpe in der Gebäudeheizung Vergleich von fossilen Heizungen mit Wärmepumpen hinsichtlich CO 2 und Primärenergie für 2011, 2020 und 2030 Im Bestand: EFH Baujahr 1990 gemäß Gebäudetypologie des Instituts für Wohnen und Umwelt (EFH). Verglichen werden neue Wärmepumpen sowie Gas- und Öl-Brennwert (Einbau 2011) mit Gas-NT (Baujahr 1990). im Neubau (Standard EnEV 2009): EFH nach IWU-Gebäudetypologie EFH Vergleich von Wärmepumpen. Gas- und Öl-Brennwert (jeweils mit solarer Trinkwassererwärmung nach EnEV- Standard) und Pelletkesseln. 5

6 Umweltbilanz verschiedener Heizsysteme im Bestand Einfamilienhaus 1990 Betrachtungsjahr 2030 WSchV 1984 Bezugsfläche 155,8 m 2 Raumwärmebedarf 148,1 kwh/(m²a) Warmwasserbedarf 12,5 kwh/(m²a) (Installationsjahr Heizung) CO 2 -Emissionen (kg/a) Öl-NT (1990) Gas-Brennwert (2011) Luft/Wasser- Wärmepumpe (2011) % -74% -78% Sole/Wasser- Wärmepumpe (2011) Primärenergiebedarf (nicht- Erneuerbar) % -79% -83% 6

7 Nicht-regenerativer Primärenergieverbrauch im Bestand Heizsystem (Installationsjahr) Betrachtungsjahr Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel (2011) Öl-BW-Kessel (2011) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel (2011) Öl-BW-Kessel (2011) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel (2011) Öl-BW-Kessel (2011) IfE 48379B12 Gas-NT-Kessel (1990) Öl-NT-Kessel (1990) Nicht regenerativer Primärenergieverbrauch in kwh/a 7

8 TU-München-Studie Vergleich CO 2 -Emissionen im Bestand Heizsystem (Installationsjahr) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Betrachtungsjahr Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel (2011) Öl-BW-Kessel (2011) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel (2011) Öl-BW-Kessel (2011) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel (2011) Öl-BW-Kessel (2011) Gas-NT-Kessel (1990) Öl-NT-Kessel (1990) Wärme direkt Wärme vorgelagert Hilfsenergie vorgelagert IfE 48356D CO 2 -Emissionen in kg/a 8

9 Umweltbilanz im Neubau Einfamilienhaus 2011 (= Installationsjahr Heizung) Betrachtungsjahr 2030 EnEV 2009 Bezugsfläche 155,8 m 2 Raumwärmebedarf 35,1 kwh/(m²a) Warmwasserbedarf 12,5 kwh/(m²a) Öl-Brennwert + Solar Gas-Brennwert + Solar Luft/Wasser- Wärmepumpe Sole/Wasser- Wärmepumpe CO 2 -Emissionen (kg/a) % -67% -72% Primärenergiebedarf nicht Erneuerbar % -73% -77% 9

10 Nicht-regenerativer Primärenergieverbrauch im Neubau Heizsystem (Installationsjahr) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) IfE 48380D12 Betrachtungsjahr Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel solar (2011) Öl-BW-Kessel solar (2011) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel solar (2011) Öl-BW-Kessel solar (2011) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel solar (2011) Öl-BW-Kessel solar (2011) Nicht regenerativer Primärenergieverbrauch in kwh/a 10

11 Vergleich CO 2 -Emissionen im Neubau Heizsystem (Installationsjahr) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Betrachtungsjahr Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel solar (2011) Öl-BW-Kessel solar (2011) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Pellet-Kessel (2011) Gas-BW-Kessel solar (2011) Öl-BW-Kessel solar (2011) Luft/Wasser-WP (2011) Sole/Wasser-WP (2011) Pellet-Kessel (2011) Wärme direkt Wärme vorgelagert Hilfsenergie vorgelagert IfE 48357D12 Gas-BW-Kessel solar (2011) Öl-BW-Kessel solar (2011) CO 2 -Emissionen in kg/a 11

12 Power-to-Heat mit Wärmepumpe 12

13 Wie verändert sich der Kraftwerkspark durch den Wärmepumpenzubau? 13

14 Wärmepumpen-Ausbau Hohes Ziel: Bis ,5 Mio. WP mit 16,8 TWh Stromverbrauch Anzahl an WP in Mio. 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Anzahl an Wärmepumpen IfE 48351B12 Stromverbrauch der Wärmepumpen in TWh Stromverbrauch der WP in TWh 0,5 2 0, Jahr Die über 3 Mio. Zusätzlichen Wärmepumpen in 2030 verbrauchen rund 13,5 TWh Strom mehr als Die Studie addiert per Standard-Lastprofil diesen Mehrverbrauch zum Stromverbrauch und berechnet den entstehenden Strommix. 0 14

15 Standardlastprofilkurven (temperaturabhängig) IfE 48360D12-17 C Energieverbrauch pro Stunde in kwh C -8 C -3 C 2 C 7 C 12 C Stunde 17 C 15

16 Lastprofil des Wärmepumpenbestands , B12 Leistungsbedarf der Wärmepumpen in GW 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 16 0, Stunde

17 Entwicklung PEF Strom heute bis ,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 3,02 bis 2010 Berechnet aus Stromerzeugungsund Verbrauchsdaten BMWi, BDEW, AG Energiebilanzen 2,93 2,92 2,85 2,67 In der ENEV ist aktuell ein Primärenergiefaktor von 2,6 festgeschrieben. Absenkung des Primärenergiefaktors von Strom in der ENEV 2014 auf 2,0 und ab 2016 auf 1,8 ab 2010 Berechnung nach GEMIS 4.8 (IINAS), auf Grundlage BMU-Leitszenario, Interpolation 2,55 2,61 2,35 2,12 2,04 1,86 1,69 1,43 0,77 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Anteil EE in % Primärenergiefaktor Strom nicht erneuerbarer Anteil (Stromnetz lokal mix) Prognose 2030 TUM München Durch immer mehr erneuerbare Energie die zur Stromerzeugung beitragen sinkt der Primärenergiefaktor von Strom in Deutschland von heute 2,12 auf 1,35 bis 2020 und auf 0,77 in

18 CO 2 und PE je kwh Strom (BMU-Szenario ohne WP-Ausbau) spezifischer Primärenergiebedarf in kwh PE pro kwh el 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 KREV 476 KNEV spezifische CO2-Emissionen 335 0, ,8 1,0 2,2 1,4 0, spezifische CO 2 -Emissionen in g pro kwh el Jahr 61336B12 18

19 CO 2 und PE je kwh Strom BMU-Szenario mit WP-Ausbau (BWP-Szenario2) spezifischer Primärenergiebedarf in kwh PE pro kwh el 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 KREV 476 KNEV spezifische CO2-Emissionen 336 0, ,8 1,0 2,2 1,4 0, spezifische CO 2 -Emissionen in g pro kwh el Jahr 61337B12 19

20 CO 2 und PE je kwh Strom BEE-Szenario mit WP-Ausbau (BWP- Szenario2) spezifischer Primärenergiebedarf in kwh PE pro kwh el 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 KREV 466 KNEV spezifische CO2-Emissionen 295 0, ,0 2,2 1,2 1,2 0, spezifische CO 2 -Emissionen in g pro kwh el Jahr 61338B12 20

21 Bis zu 50% des zusätzlichen Strombedarfs für WP- Ausbau aus Überschüssen (EE/KWK) 8 zusätzlich integrierbare Überschüsse in TWh , Jahr 0,6 Der zusätzliche Strombedarf der Wärmepumpen beträgt 2030 ca. 13,5 TWh, d.h. 39 % (Szenario BMU) bzw. 50 % (Szenario BEE) stammen aus EE. Weitere Überschüsse in Höhe von 27,5 TWh (Szenario BMU) bzw. 63,9 TWh (Szenario BEE) bleiben ungenutzt. 5,3 6, B12 BMU BEE 21

22 SG ready Label Einheitliche, herstellerübergreifende Schnittstelle für die Regelung von Wärmepumpen im Smart Grid/ Smart Market Auch für Eigenverbrauchsoptimierung mit PV geeignet Einführung November 2012, marktreife Geräte wahrscheinlich auf der ISH

23 Lastmanagement mit Wärmepumpen Vier verschiedene Schaltzustände 0:0 Die Wärmepumpe läuft mit maximaler Effizienz 1:0 Abschaltbefehl (EVU-Sperre) Sperrt die Wärmepumpe zurvermeidung von Lastspitzen Maximale Sperrzeicht abhängig von der Art des thermischen Speichers 0:1 Einschaltempfehlung Die Wärmepumpe überheizt das System, um verfügbaren Erneuerbare Energie zu nutzen von günstigem Strom zu profitieren 1:1 Einschaltbefehl Startet den Verdichter Optionaler Start elektrischer Zusatzheizungen 23

24 TU-München-Studie - Strommix 2030 Geringer Einfluss durch Wärmepumpen-Ausbau 100% PV 90% Wind - Offshore Wind - Onshore relativer Anteil an der Stromerzeugung 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Wasserkraft Geothermie Biomasse KWK - Gas KWK - SK KWK - BK Heizöl GT GuD SK konv. SK-700 C BK konv. BK-700 C 0% BMU mit WP-Bestand 2011 BMU mit WP-Ausbau BEE mit WP-Bestand 2011 BEE mit WP-Ausbau Kernenergie 61342B12 24

25 Fazit Durch den wachsenden Anteil regenerativer Energien im Strommix werden Wärmepumpen im Laufe ihrer Nutzungsdauer ohne erneute Investitionen immer grüner. PEF Strom heute: 2,2 2030: 0,8 CO 2 -Emissonen/kWh Strom heute: 500 g 2030: 255 g Zubau von 3 Mio Wärmepumpen bis 2030 hat kaum Auswirkungen auf Zusammensetzung des Kraftwerkparks ( 3,5 % des gesamten Stromverbrauchs). Zubau von Wärmepumpen hilft Wegwerf-Strom (2011: 421 GWh) zu vermeiden (Power-to-Heat). 25

26 Beispiel Abschlussfolie Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt für weitere Fragen: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e. V. 030 / info@waermepumpe.de