Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) hat gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und den Stadtwerken München eine Studie zum Netzverhalten von Wärmepumpen vorgelegt. Sie soll eine belastbare Abschätzung von Lastverläufen und Lastspitzen für Netzbetreiber ermöglichen. Grundlage ist ein Pool realer Betriebsdaten, ergänzt durch thermodynamische Simulationen und Optimierungen mit dem hauseigenen Modell Energypilot.
In der Praxis oft überdimensioniert
Die Auswertung zeigt typische Tageslastprofile mit morgendlichen Leistungsspitzen sowie geringeren Bedarfen nachts und mittags. Neben der Außentemperatur beeinflussen vor allem Wärmepumpen- und Gebäudetyp sowie die Dimensionierung das Betriebsverhalten. In der Praxis stellten die Forscher häufig eine Überdimensionierung der Anlagen fest.
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„Unsere Analysen zeigen, dass sich aus realen Betriebsdaten deutlich robustere Aussagen über die Netzbelastung ableiten lassen als aus pauschalen Annahmen. Gerade im Aggregat entstehen charakteristische und gut beschreibbare Lastverläufe“, sagt Michael Krause, Projektleiter am Fraunhofer IEE.
Neue Werte für Luft- und Sole-Wasser-Systeme
Ein zentrales Ergebnis sind belastbare Gleichzeitigkeitsfaktoren für unterschiedliche Wärmepumpentypen im unflexiblen Betrieb. Für Luft-Wasser-Wärmepumpen liegt die Gleichzeitigkeit im Kollektiv bei rund 1,1, für Sole-Wasser-Systeme bei etwa 0,8. Die Werte sind normiert auf die elektrische Nennleistung im Hersteller-Betriebspunkt A-7/W55 beziehungsweise B0/W55. Für kleine Mehrfamilienhäuser ergeben sich Werte zwischen diesen Bereichen.
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Als Orientierung für die Praxis nennen die Autoren folgendes Beispiel: Bei einer thermischen Heizlast von zehn Megawatt beträgt die elektrische Leistungsaufnahme für Luft-Wasser-Wärmepumpen rund 4 Megawatt, für Sole-Wasser-Systeme zwei Megawatt.
Flexibilität wirkt zweischneidig
Die simulationsgestützten Analysen zeigen, dass Flexibilität grundsätzlich Lastspitzen reduzieren und die Netzinfrastruktur entlasten kann. Strommarktbasierte Anreize können die Gleichzeitigkeit allerdings auch erhöhen und damit die Netzbelastung verstärken. Erst lokal differenzierte Signale wie dynamische Netzentgelte ermöglichen nach Einschätzung der Forscher eine gezielte Lastverschiebung.
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Ohne Berücksichtigung der Netzdienlichkeit liegt der wirtschaftliche Vorteil der Flexibilisierung laut Studie primär in Effizienzgewinnen. Einsparungen durch Strompreisoptimierung fielen langfristig vergleichsweise gering aus. „Flexibilität bietet großes Potenzial für die Systemintegration von Wärmepumpen. Für eine netzdienliche Integration ist es jedoch entscheidend, Marktmechanismen und Netzerfordernisse konsequent zusammenzudenken“, erklärt Norman Gerhardt, Abteilungsleiter Energiewirtschaft und Systemanalyse am Fraunhofer IEE. Die entwickelte Methodik ist nach Angaben des Instituts auf andere Stadt- und Netzgebiete übertragbar. (nhp)
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