Lastmanagementpotentiale von Wärmepumpen in Wohngebäuden unter Nutzung der Gebäudemasse als thermischen Speicher


Motivation
Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien erhöht sich auch der Regelbedarf im Stromnetz. Gerade die Einspeisung durch Photovoltaik- und Windenergieanlagen unterliegt durch ihre Wetterabhängigkeit großen Schwankungen. Durch die vermehrte Einbindung von Erzeugern und Verbrauchern in ein Lastmanagement kann das unregelmäßige Aufkommen von Strom aus erneuerbaren Energien ausgeglichen und damit dessen Einspeisung unterstützt werden. Dadurch lässt sich die Größe der nötigen Speicher für Strom verkleinern, die Überkapazitäten verringern und der erforderliche Netzausbau reduzieren.

Ziele
Die Einbindung flexibler Verbraucher stellt eine Möglichkeit des Lastmanagements dar. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Lastverschiebepotentiale mittels erzeugungsabhängig gesteuerter Heizungswärmepumpen in Wohngebäuden untersucht. Die Zwischenspeicherung der Wärme zur Entkopplung von Wärmebereitstellung und -bedarf erfolgt dabei über die Gebäudemasse. Es werden zwei Gebäudetypen im Hinblick auf den Einfluss der Gebäudemasse und der Wärmesenken in einer thermisch-dynamischen Simulationsumgebung betrachtet (Abbildung 1) sowie zwei Varianten einer Regelung mittels Heizkurvenkorrektur und Pulsbreitenmodulation (Abbildung 2) untersucht. Die Netzsituation wird durch ein dynamisches zweistufiges Tarifsignal abgebildet.

Ergebnisse
Die verfügbare Regelenergie für das betrachtete Jahr liegt für das EFH_B bei rd. 2100/3500kWh und für das EFH_H bei 1700/2400kWh für die Regelungsvarianten Heizkurvenkorrektur und Pulsbreitenmodulation. Absolut gesehen stellt das EFH_B, anteilig am Gesamtenergiebedarf das EFH_H mehr Regelenergie bereit. Die thermische Behaglichkeit ist dabei im EFH_H geringer.

In Abbildung 3 sieht man, dass durch die Regelungsvariante Pulsbreitenmodulation aufgrund des höheren Flexibilisierungsgrads mehr Regelenergie zur Verfügung gestellt wird. Gleichzeitig sinkt damit aber die thermische Behaglichkeit. Im Jahresverlauf zeigt sich, dass das EFH_B über einen längeren Zeitraum Regelenergie über den Heizenergiebedarf bereitstellt. Die Regelenergie in den kältesten Monaten liegt für beide in einem ähnlichen Bereich, in den mittleren Wintermonaten und der Übergangszeit stellt das EFH_B, sowohl anteilig als auch absolut, mehr Regelenergie bereit. Die Ursachen dafür liegen in der höheren Flexibilität durch kürzere Laufzeiten der Wärmepumpe sowie in der besseren zeitlichen Korrelation von Stromüberschuss und Heizwärmebedarf.

Die Effizienz der Wärmepumpe ist aufgrund der geringeren Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle- und Senke für den Gebäudetyp EFH_H höher.

Die Ergebnisse zeigen, dass Wärme in relevanter Menge in der Gebäudemasse zwischengespeichert werden kann. Aufgrund der thermischen Trägheit und eines höheren Energiebedarfs bilden auch Bestandsgebäude mit Sanierungsrestriktionen und einer großen Gebäudemasse gute Voraussetzungen bei der Wahrung eines hohen Raumkomforts Regelenergie bereitzustellen. Zudem wird diese gleichmäßiger und über einen längeren Zeitraum im Jahr zur Verfügung gestellt.

Fotos / Grafiken

   
 Abb. 1
 Abb. 2
 Abb. 3


Kontakt