Seit dem Jahr 2016 untersucht ein Forschungskonsortium aus vier Partneruniversitäten der UniGR und weiteren Partnern der Großregion unter der Leitung der Universität Lüttich im Projekt PtH4GR²ID (Power to Heat for the Greater Region’s Renewables Integration and Development), wie eine breite Markteinführung von geregelten Wärmepumpen gelingen kann und welche energetischen und ökonomischen Effekte damit einhergehen würden. Gefördert wird das Projekt von der EU im Rahmen eines INTERREG-Programms. Das Forschungsteam besteht aus Mitarbeiter*innen der Universität Lüttich, verschiedener Fachgebiete der TU Kaiserslautern1, der IZES gGmbH, der Universität Luxemburg und der Universität Lorraine in Zusammenarbeit mit strategischen Partnern aus der Praxis.
Ziel ist eine höhere Einbindung von erneuerbaren Energien (EE), durch die Abstimmung der Nachfrage mit geregelten Wärmepumpen auf das fluktuierende Angebot der EE. Im Rahmen der Forschung zeigte sich, wie sich die Stromkosten für Eigentümer von Wohngebäuden mithilfe der Optimierung des Wärmepumpeneinsatzes senken lassen. Für die geregelten Wärmepumpen kann ein theoretisches flexibles Preissignal erstellt werden, das sich am Börsenstrompreis orientiert und aus Prognosen über die erwarteten Energieerzeugungskapazitäten und den erwarteten allgemeinen Strombedarf resultiert. Durch eine Vorausberechnung des Bedarfs der eigenen Heizeinheit (bspw. des Hauses) und anhand des Preissignals können Wärmepumpen den Betrieb möglichst günstig und vorausschauend planen (prädiktive Steuerung). „Die Preissignale können dabei auch entkoppelt vom Börsenpreis gestaltet werden und erlauben Energieversorgern damit eine indirekte Steuerungsmöglichkeit der beteiligten Wärmepumpen, ohne den Komfort und die Heizkosten der Nutzer negativ zu beeinträchtigen“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Sabine Hoffmann am FG Gebäudesysteme und Gebäudetechnik. Zunehmende Erneuerbare Energien führen zu einer steigenden Dynamik des Börsenstrompreises, haben allerdings geringe Auswirkungen auf den Endkundenstrompreis. Grund ist der hohe Anteil an fixen Preiskomponenten, wie Steuern und Umlagen. Ohne zusätzliche Anreize ist die prädiktive Steuerung der Wärmepumpe für Markt, Netz sowie Endkunde von geringem Nutzen. Flexibilität kann dann nur bedingt und in eingeschränktem Maße bereitgestellt werden. „Eine adäquate Flexibilitätsvergütung unterstützt hingegen die Netzintegration der zunehmenden Erzeugungskapazitäten aus erneuerbaren Energiequellen und wirkt sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit für den Endkunden aus.“, so Prof. Dr.-Ing. Wolfram H. Wellßow am FG Energiesysteme und Energiemanagement.
Durch die Installation größerer Heizungspufferspeicher können die Heizkosten außerdem weiter gesenkt werden, denn Wärmepumpen gewinnen dadurch an Flexibilität und können Zeiten mit günstigem Strompreis nutzen. So können nicht nur die Eigentümer sparen, sondern es können auch zusätzliche Speicherkapazitäten für das Stromnetz generiert werden. Ab wann dies für die Eigentümer wirtschaftlich ist, hängt vom Stromtarif ab.
Wie die Großregion mit Power-to-Heat erneuerbare Energien effizienter nutzen könnte
Um eine breite Markteinführung der Wärmepumpe in der Großregion realisieren zu können, ist der für Wärmepumpen normalerweise untypische und schwer zugängliche Markt des Wohngebäudebestands wichtig, da Bestandswohngebäude einen Großteil der Gebäude ausmachen. Wärmepumpen können auch in Bestandsgebäuden wirtschaftlich betrieben werden, wenn eine ausreichende Dämmung besteht oder nachgerüstet wird. Der dadurch entstehende geringere Heizwärmebedarf macht es gegebenenfalls möglich, auch alte Heizkörper mit geringerer Vorlauftemperatur zu nutzen, sodass z.B. auf die teure Nachrüstung einer Fußbodenheizung verzichtet werden kann.
„Wärmepumpen als Wärmeversorgungsanlage sind für Hauseigentümer wirtschaftlich und ökologisch attraktiv, da Strom im Vergleich zu anderen Energieträgern aufgrund der CO2-Politik günstiger und auch zunehmend grüner wird.“ erklärt Prof. Dr. Björn-Martin Kurzrock am FG Immobilienökonomie.
Das Projekt PtH4GR²ID läuft noch bis August 2020. Eine Verlängerung bis ins Jahr 2021 ist wahrscheinlich, da es um zusätzliche Aspekte erweitert wurde. Neben Einfamilienhäusern, die bisher als Referenzgebäude in den Simulationen und auch für Labortests auf dem Campus in Arlon dienten, wird derzeit die Anwendbarkeit der gesteuerten Wärmepumpe in Mehrfamilienhäusern getestet. Außerdem soll neben der Wärmepumpe die Steuerung heimischer Ladestationen für Elektromobilität betrachtet werden.
Weitere Information zum Forschungsprojekt finden Sie unter: www.PtH4GR2ID.com
Autoren: Dennis Aldenhoff & Katharina Lieser
1 FG Energiesysteme und Energiemanagement (ESEM), FG Gebäudesysteme und Gebäudetechnik (GST) & FG Immobilienökonomie (IÖ).
Das Forschungskonsortium des Projekts PtH4GR²ID beim Kick-Off Meeting in 2017. Fotograf: Thomas Koziel