Demand Side Management mit Wärmepumpen - Regelungsoptionen und Lastverschiebungspotentiale bei der Betrachtung von heterogenen Gebäudegruppen


Motivation
Die Einbindung flexibler Verbraucher stellt eine Möglichkeit des Lastmanagements dar. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Lastverschiebepotentiale mittels erzeugungsabhängig gesteuerter Heizungswärmepumpen in Wohngebäuden und ausgewählten anderen Nutzungen untersucht.

Ziele
Für die Durchführung der Parameterstudie wurde das bereits entwickelte Modell in der Simulationsumgebung TRNSYS weiter detailliert und in ein geometrisches dreidimensionales Modell erweitert, sodass der Strahlungsaustausch zwischen den Flächen präziser berechnet werden kann. Bisher wurden im Rahmen einer Parameterstudie das Nutzerverhalten Beheizung, die Gebäudemasse und ein Vergleich eines regionalen/nationalen Stromtarifs durchgeführt. Es folgen noch die Parameter Vergleiche der Wärmeübergabe und Art der Nutzung. Weiterhin wird der regionale Stromtarif durch Veränderung der Anteile der einzelnen Energieerzeuger variiert.

Ausgewertet und verglichen wurden die mögliche Regelenergiebereitstellung und der Gesamtwärmebedarf, die thermische Behaglichkeit im Innenraum, die Effizienz der Wärmepumpe und der genutzte Anteil regenerativen Stroms.

Ergebnisse
Generell zeigt sich, dass bei der Regelung mittels Heizkurvenkorrektur rund 9% des Strombedarfs als negative Regelenergie bereitgestellt werden kann, während bei der Regelung mittels Pulsbreitenmodulation 16% zur Verfügung stehen. Beim Vergleich des Gebäudes mit leichter und schwerer Bauweise zeigt sich, dass hierbei schon in der Ausgangsvariante deutlich mehr Unter- und Übertemperaturgradstunden auftreten. Während die Abweichungen vom Soll-Temperaturbereich im schweren Gebäude innerhalb der Regelungsvarianten im Lastmanagement kaum zunehmen, steigen Über- und Untertemperaturgradstunden für das leichte Gebäude deutlich an. Stellt man den Zusammenhang zwischen Regelenergie und Raumkomfort her, bedeutet dies, dass die leichte Gebäudevariante bei gleichem Raumkomfort deutlich weniger Regelenergie bereitstellen kann. In den Varianten der Betriebszeiten zeigt sich, dass bei Absenkung der Raumtemperatur tagsüber die Bauteile auskühlen und vermehrt Untertemperaturgradstunden auftreten. Dies beeinflusst somit ebenso indirekt die mögliche Regelenergiebereitstellung, abgesehen von den offensichtlichen Einschränkungen durch die kürzeren Beheizungszeiten. Anders verhält es sich mit der Nachtabsenkung. Bei angemessener Aufheizzeit ist kein Anstieg der Untertemperaturgradstunden zu verzeichnen. Der Gesamtwärmebedarf sinkt deutlich und der Anteil bereitgestellter negativer Regelenergie bleibt gleich. Dies spricht für die Durchführung einer Nachtabsenkung auch bei Fußbodenheizungen und bei einer Einbindung in ein Lastmanagement. Die optimale Beheizungsvariante ist somit bei einer ganztägigen Beheizung mit Nachtabsenkung gegeben. Dies entspricht z.B. dem Nutzungsverhalten eines typischen Familienhaushalts mit einem nicht-berufstätigen Elternteil.

Die Effizienz der Wärmepumpe wird von keinem der untersuchten Parameter wesentlich beeinflusst.

Die Auswertung des Anteils regenerativen Stroms zeigt, dass der genutzte Anteil noch unter dem allgemeinen Durchschnitt des Strommixes im Bilanzkreis Wolfhagen liegt. Das lässt vermuten, dass bei den gewählten Anteilen der Stromerzeuger die Wärmebedarfszeiten nicht gut mit den Zeiten erhöhter regenerativer Erzeugung übereinstimmen. Ebenso zeigt sich, dass die Optimierung der residualen Last nur einen minimalen Einfluss auf den Anteil regenerativ erzeugten Stroms hat. Eine Optimierung der residualen Last bewirkt also nicht zwangsläufig auch eine Optimierung der regenerativen Stromnutzung. Aus dieser Feststellung ergibt sich die Frage, inwiefern eine unterschiedliche Zusammensetzung der regenerativen Erzeuger sich positiv oder negativ auswirken kann.

Die Untersuchung des regionalen und nationalen Stromtarifs zeigt keinen erkennbaren Einfluss.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Nutzungszeiten und Gebäudemasse indirekt über den erreichten thermischen Raumkomfort einen Einfluss auf die mögliche bereitgestellte Regelenergie haben. Ebenso trifft die offensichtliche Annahme zu, dass bei sehr kurzen Betriebszeiten die Möglichkeiten zum Lastmanagement stark eingeschränkt sind.

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