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Kopplung von Strom und Wärme bietet neue Potentiale

Durch den vermehrten Zubau von erneuerbaren Energien, wie Windkraft- und Photovoltaik Anlagen, ist das Stromnetz neben bereits vorhandenen nutzungsabhängigen Schwankungen zusätzlich der stark wetterabhängigen Produktion aus erneuerbaren Energien unterlegen. Da der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung stetig steigt, ist es notwendig, neue Ansätze zu entwickeln, die eine ganzheitliche Integration von erneuerbaren Energien in unser Energiesystem ermöglichen. Hierbei ist es besonders wichtig, nicht nur die Produktion von Strom aus erneuerbaren Energien zu berücksichtigen, sondern auch die Wärmeerzeugung insbesondere für Heizung und Warmwasser in die Betrachtung des Gesamtsystems einzubeziehen.

Neue Herausforderungen an die Stromnetze

Für die Wärmeerzeugung in privaten Haushalten werden zumeist die fossilen Brennstoffe Öl und Gas verwendet. Diese fossilen Energieträger können durch den Einsatz von solarthermischen Anlagen und Wärmepumpen in der Wärmeerzeugung ersetzt werden. Der Einsatz von Wärmepumpen kann jedoch zu einer erhöhten Belastung des Stromnetzes führen, wenn überall ein hoher Wärmebedarf besteht, d.h. an einem kalten Wintertag: Viele Wärmepumpen in einem Ortsnetz können dann durch den erwarteten gleichzeitigen Betrieb eine Belastungen für das Stromnetz darstellen.

Ziele des Forschungsprojektes

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das Verhalten und die Auswirkungen des Betriebs vieler Wärmepumpen innerhalb eines Ortsnetzes zu analysieren. Wichtig ist dabei die Frage, mit welcher Gleichzeitigkeit die Wärmepumpen in der Siedlung laufen. Auf Basis von gemessenen Haushaltslastprofilen soll ermittelt werden, ob und in welchem Umfang der Strombedarf eines solchen Ortsnetzes aus Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen gedeckt werden kann, bzw. welche zusätzlichen elektrischen oder thermischen Speicher idealerweise erforderlich sind. Des Weiteren soll untersucht werden, ob durch einen untereinander abgestimmten Betrieb der Wärmepumpen der Strombedarf des gesamten Ortsnetzes an die Stromproduktion aus erneuerbaren Energien angepasst werden kann und Leistungsspitzen vermieden werden können. Das übergeordnete Projektziel ist es, Planungsgrundlagen für Wind-Solar-Wärmepumpensiedlungen zu erarbeiten.

Materialien

• Abschlussbericht
• Messdaten der Wärmepumpen- und Haushaltslastprofile

Publikationen

E. Schneider, M. Littwin, M. Knoop, P. Pärisch, O. Kastner, and T. Ohrdes, Entwicklung und messwertbasierte Parametrierung eines vereinfachten Gebäudemodells für die Quartiersmodellierung, Conexio. GmbH (Hrsg.): Tagungsunterlagen Symposium Solarthermie und innovative Wärmesysteme 2019, 47-62, Bad Staffelstein, Germany, (2019), ISBN: 978-3-948176-04-4.

T. Ohrdes, E. Schneider, M. Knoop, O. Bast, and V. Spielmann, Wind-Solar-Wärmepumpen-Quartier – Dynamische Modellierung und messtechnische Evaluation der Strom- und Wärmeversorgung im Quartier, Presentation/Poster, Berlin, Germany, 13.09.2019, (5. Dialogplattform Power-to-Heat).

T. Ohrdes, M. Knoop, and E. Schneider, Energieversorgung mit Wärmepumpen im Quartier, EnEV Baupraxis Ausgabe Januar / Februar 2020, (2020).

T. Ohrdes, M. Knoop, E. Schneider, A-K. Fries, O. Bast, L. Franzen, and J. Behnisch, Wind-Solar-Wärmepumpen-Quartier – Erneuerbar betriebene Wärmepumpen zur Minimierung des Primärenergiebedarfs, Inproceedings, Hochschule. Nordhausen (Hrsg.): Tagungsband 3. Regenerative Energietechnik Konferenz in Nordhausen, 181-187, Nordhausen, Germany, (2020), ISBN: 978-3-940820-16-7.

T. Ohrdes, Wind-Solar-Wärmepumpen-Quartier – Erneuerbar betriebene Wärmepumpen zur Minimierung des Primärenergiebedarfs, Presentation/Poster, Online Event, 02.09.2020, (Online-PV-Symposium 2020).

Schlemminger, M., Ohrdes, T., Schneider, E. et al. Dataset on electrical single-family house and heat pump load profiles in Germany. Sci Data 9, 56 (2022). https://doi.org/10.1038/s41597-022-01156-1