Power-to-Heat in Hybridheizungen Strom- und Wärmemarkt wachsen zusammen Andreas Mahlberg 05.11.2015
Erneuerbare Energien in Deutschland Stromerzeugung 1 www.zukunftsheizen.de
Erneuerbare Energien in Deutschland Wärmeerzeugung 2 www.zukunftsheizen.de
Stromerzeugung und Netzlast 2011 Last zwischen 30 und 90 GW Photovoltaik Wind Quelle: ZIES 3 www.zukunftsheizen.de/pth
Prognose: Stromerzeugung und Netzlast 2032 Last zwischen 30 und 90 GW Photovoltaik Wind Quelle: ZIES 4 www.zukunftsheizen.de/pth
Auch heute wird Strom schon abgeregelt 5 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
>80% der KfW-Förderungen liegen im Bereich <10.000 Berechnungen von BMWi und BMF aus 01/15 zeigen, dass der Großteil der Kunden Investitionen im Bereich <10.000 favorisiert 7 www.zukunftsheizen.de/pth
Power-to-Heat mit monovalenter Strom- Wärmepumpe: Viel EE-Strom 8 www.zukunftsheizen.de/pth
Power-to-Heat mit monovalenter Strom- Wärmepumpe: Wenig EE-Strom 9 www.zukunftsheizen.de/pth
Stromproduktion im Januar 2013: Dunkelflaute Quelle: Fraunhofer ISE, www.energy-charts.de 10 www.zukunftsheizen.de/pth
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 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Maximale Heizstromnachfrage am Tag Quelle: Bräuninger, Der Einfluss monovalenter Strom- Wärmepumpen auf den Bedarf an gesicherter Kraftwerksleistung, August 2015 11 www.zukunftsheizen.de/pth
Power-to-Heat in Hybridheizungen: Kein Überschussstrom 12 www.zukunftsheizen.de/pth
Power-to-Heat in Hybridheizungen: Überschussstrom im Netz 13 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
Nutzung von Überschüssen aus der hauseigenen PV-Anlage Vorteile: Nutzung Erneuerbarer Energien Einsparung fossiler Brennstoffe Erhöhung Anteil Eigenstromnutzung Erhöhung des Autarkiegrads 15 www.zukunftsheizen.de/pth
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 2015 16 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
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 + + + + + 18 www.zukunftsheizen.de/pth
Power-to-Heat im Praxistest ein Einfamilienhaus in Berlin 19 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
Power-to-Heat im Praxistest - Elektroheizer ist Teil eines virtuellen Kraftwerks Kommunikationsbox Elektroheizer zur Nutzung von Regelenergie 21 www.zukunftsheizen.de/pth
PtH-Praxisbeispiel Berlin: Wärmebedarf für Heizung und Trinkwassererwärmung 15.000 Wärme für die Trinkwassererwärmung in kwh Wärme für den Heizkreis in kwh 1.484 (10 %) = 10 kwh/(m²a) 1 Liter/(m²a) 10.000 kwh/ Jahr 5.000 13.243 (90 %) = 88 kwh/(m²a) 9 Liter/(m²a) 0 1.3.14 bis 28.2.15 22 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
Nutzung von Überschussstrom in der Praxis: Sturmtief Mike am 30.03.2015 24 www.zukunftsheizen.de/pth
30.03.2015: Regelenergieaufrufe 30.03. 13:00 Regelenergie an diesem Tag: 30 kwh 25 www.zukunftsheizen.de/pth
30.03.2015: Temperatur im Wärmespeicher C oben mitte unten 85 75 65 55 45 35 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 5:00 26 www.zukunftsheizen.de/pth
30.03.2015: Wärme vom Öl-Kessel von 14 bis 20 Uhr ist der Öl-Kessel aus Regelleistungsbereitstellung zur Stromnetz-Stabilisierung bewirkt Heizöleinsparung 27 www.zukunftsheizen.de/pth
und was hat es gebracht? 28 www.zukunftsheizen.de/pth
PtH-Praxisbeispiel Berlin: Erlöse für Regelenergie & vermiedene Heizölkosten Erlöse Regelenergie Vermiedene Heizölkosten durch Regelenergienutzung 246 29 inkl. MwSt. 217 Summe Aug'14 bis Jul'15 29 www.zukunftsheizen.de/pth
PtH-Praxisbeispiel Berlin: Heizkosten vermindert um Erlös & Einsparung durch PtH 1.008 /Jahr - 246 /Jahr (- 24 %) inkl. MwSt. 762 /Jahr ohne Power-to-Heat mit Power-to-Heat (Daten Aug'14 bis Jul'15) 30 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
Internetanschluss serienmäßig ab Werk 34 www.zukunftsheizen.de/pth
Handlungsempfehlungen an die Politik Welcher Anpassungen bedarf es, um das Potenzial von Power-to-Heat in Hybridheizungen zu heben? 35 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
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 www.zukunftsheizen.de/pth
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