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Die Wärmepumpe im Stromnetz

Bis zum Jahr 2020 peilt die Bundesregierung einen Anteil regenerativen Stroms von
35% an. Treibende Technologien sind dabei fluktuierende Energieerzeuger wie Windkraft und Photovoltaik. Eine aktive Laststeuerung von Wärmepumpen innerhalb eines intelligenten Versorgungssystems kann einen Beitrag leisten, Energieangebot und Nachfrage zu synchronisieren. Dabei nutzt man die Speicherfähigkeit der Heizungs- und Trinkwasserspeicher sowie der Gebäudemasse.

Ende 2011 betrug die elektrische Anschlussleistung aller in Deutschland installierten Wärmepumpen ca. 1,5 GW. Im Extremfall könnten diese Wärmepumpensysteme pro Tag 36 GWh Elektroenergie nutzen. Zum Vergleich: die aktuelle Kapazität der in Deutschland installierten Pumpspeicherkraftwerke beträgt etwa 40 GWh. Laut Bundesverband Wärmepumpe könnte sich die elektrische Anschlussleistung bis zum Jahr 2020 auf 4,4 GW erhöhen. Die Stromerzeugung durch Windenergie lag 2012 zwischen 0 und 24 GW, wobei eine deutliche saisonale Abhängigkeit hinsichtlich der Energieeinspeisung bestand. Gleiches gilt für die Solarenergie, deren Spitze von 22 GW im gleichen Zeitraum erwartungsgemäß zur Mittagszeit eingetreten ist. Aufgrund ihrer Speicherkapazität kommen Wärmepumpenheizungssysteme nur für die tageweise Pufferung in Frage. Der generelle Beitrag durch Wärmepumpen ist eng mit dem Verlagerungspotenzial der Betriebszeiten verknüpft. Hierfür müssen von den Energieversorgungsunternehmen noch Preiskonzepte entwickelt und ein entsprechendes Preissignal zur Verfügung gestellt werden. Zudem sind die Regelungsstrategien für den Wärme-pumpenbetrieb anzupassen.
Die vom Fraunhofer ISE durchgeführten Feldtests haben bestätigt, dass nur wenige der untersuchten Wärmepumpen bei Temperaturen im Auslegungsbereich zu 100 Prozent ausgelastet sind. Neben der Auslegung spielen die Betriebsart, die Regelung und Parametrierung sowie die Speicherkapazität im Heizsystem und im Gebäude eine Rolle. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage nach den Komfortgrenzen der Bewohner. Je größer der regelbare Temperaturbereich ist, desto flexibler kann die Wärmepumpe als steuerbare Last eingesetzt werden. Ebenfalls ungeklärt sind die Auswirkungen des stromgeführten Betriebs auf die Effizienz des Wärmepumpenheizungs-systems. Abweichungen vom ausschließlich wärmegeführten Betrieb können u. a. zu Änderungen bei den System-temperaturen, den Speicherverlusten oder den Verdichter-Laufzeiten führen.

Ein noch ungeklärter Punkt ist hierbei die Ausgestaltung der Kommunikations- und Steuerfähigkeit. Eine zweckmäßige, jedoch nur langfristig umsetzbare Lösung ist der Aufbau einer neuen Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) Infrastruktur zur bidirektionalen Kommunikation, etwa im Rahmen der Verbreitung von Smart Metern. Gleichzeitig muss jede Wärmepumpe mit einem entsprechenden (bestenfalls einheit-lichen) Gateway zur Kommunikation aus-gestattet sein.

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