Wie Wärmepumpen das Stromnetz flexibler machen
Im Rahmen eines dreijährigen Forschungsprojekts ist an 28 Standorten in Dänemark, Schweden, Österreich, den Niederlanden und Deutschland der stromnetzdienlich flexible Betrieb von Wärmepumpen untersucht worden. Daraus lassen sich nun Best Practices für den technischen Betrieb und den regulatorischen Rahmen ableiten.
Wie gut das Zusammenspiel in einem Gesamtsystem mit vielen dezentralen Wärmepumpen funktioniert und welchen Beitrag die Anlagen für das Stromnetz leisten, wurde in den aktuell publizierten Veröffentlichungen des IEA HPT Annex 57 Projektes dokumentiert. An dem länderübergreifenden Forschungsprojekt der Internationalen Energieagentur (IEA) waren aus Deutschland die Fraunhofer-Institute IEE (Kassel) und ISE (Freiburg) beteiligt.
Wärmepumpen zur Dekarbonisierung
Um die CO2-Emissionen für Raumwärme und Raumklimatisierung zu senken, suchen viele europäische Länder derzeit nach Alternativen zu einer Feuerung mit Öl und Gas. Projektleiter Dr. Dietrich Schmidt, Fraunhofer IEE:
„Die Klimaziele von Paris fordern einen sehr bewussten Umgang mit den vorhandenen Ressourcen. Für die Wärmeversorgung bedeutet das, möglichst viel vorhandene Energie zu verwenden und bedarfsgerecht zu ergänzen.“
Wärmepumpen nutzen Wärme aus der Umwelt und bringen diese mit Strom auf die erforderliche Temperatur. Die möglichen Wärmequellen sind vielfältig: vorhandene Wärme in Boden oder Luft, Abwärme aus Industrieprozessen, Rechenzentren, Müllverbrennung oder Kraftwerken können direkt oder über ein Fernwärmesystem genutzt werden. Der benötigte Strom wird perspektivisch CO2-frei erzeugt und unterstützt die Dekarbonisierung der Wärmebereitstellung.
Wärmepumpen gibt es in unterschiedlichen Größenklassen, von der Versorgung für Einzelhäuser bis zu Wärmelieferung ganzer Stadtquartiere. Für Deutschland zeigen nun sieben unterschiedliche Vorzeigeprojekte, wie ein netzdienlicher Betrieb von Wärmepumpen funktioniert und welche Effizienzgewinne dadurch ermöglicht werden. Dieses wird von den Fraunhofer-Instituten IEE und ISE für Standorte in Berlin, Mannheim, Rosenheim, Neuburg an der Donau, Stuttgart und Karlsruhe beschrieben.
Anpassung an fluktuierende Stromerzeugung
Da sich Wärme besser als Strom speichern lässt, können Wärmepumpenanlagen mit einem Wasserspeicher kombiniert auf Vorrat heizen, wenn ausreichend Strom im Netz bereitsteht und dieser besonders preisgünstig ist. Andersherum schaltet sich die Wärmepumpe temporär ab, wenn wenig Energie aus Sonne und Wind zur Verfügung steht. Damit wird der Netzbetrieb besser planbar und steuerbar und der Verbraucher profitiert von Preisschwankungen im Strommarkt.
Schmidt: „Wärmepumpen passen gut in ein klimaneutrales Energiesystem, denn sie lassen sich so betreiben, dass sie sich nach dem Stromangebot richten. Durch eine zentrale netzdienliche Steuerung können sie sich einschalten, wenn Sonne und Wind ausreichend Strom liefern. Damit tragen sie zur Glättung von Last- und Erzeugungsspitzen im Stromnetz bei. Diese Flexibilität ist ein wichtiger Bestandteil für ein künftiges Energiesystem.“
Neben den technischen Fragen wurden im Rahmen des Forschungsauftrags auch die unterschiedlichen Rahmenbedingungen für die Geschäftsmodelle in den verschiedenen europäischen Ländern verglichen:
„In Dänemark und Schweden haben bereits sehr viele Haushalte eine Heizung mit Wärmepumpe. Aus den dortigen Erfahrungen lässt sich ableiten, wie flexibel der Heizungssektor funktionieren kann“, berichtet Axel Oliva, Fraunhofer ISE.
„Fallbeispiele aus den Niederlanden zeigen besonders eindrucksvoll, wie ein smarter Betrieb von Wärmepumpen Lastspitzen im Netz reduzieren kann.“
Wärmepumpen verbinden Heizen und Speichern
Beim flächendeckenden Austausch von alten Heizungssystemen könnten zusätzliche Flexibilitäten für den Stromsektor entstehen. Denn bisher werden zum Ausgleich von Erzeugungsschwankungen bei Sonne und Wind vor allem mit fossilen Brennstoffen betriebene Kraftwerke hochgefahren.
Mit Wärmepumpen wird die Stromnachfrage deutlich flexibler. Wenn Sonne und Wind nicht genügend Strom liefern, können Wärmepumpen ihren Betrieb vorübergehend drosseln. „Die Sorge, dass der Betrieb von Wärmepumpen das Stromnetz überlastet, ist unbegründet, wenn diese netzdienlich gesteuert werden“, resümiert Oliva, Fraunhofer ISE.
