Power-to-Heat in der Praxis - EFZN

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Sektorkopplung von Strom- und Wärmemarkt durch Power-to-Heat in Hybridheizungen Lutz Mertens 15.06.2016

Einige Kennzahlen aus 2015 zu Strom- und Wärmemarkt 92 %

33 %

9,9 %

2,9 %

0 GW

43 GW

1

276 Mio. €

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Ausfallarbeit in Deutschland (GWh)

3000 2687 2500 2000 1581 1500 1000 500

555

421

385

2011

2012

127 0 2010

2013

2014

1.-3. Quartal 2015

Quelle: http://www.schleswig-holstein.de/DE/Schwerpunkte/Energiewende/Strom/_documents/einspeisemanagement.html, http://www.bundesnetzagentur.de/cln_1432/DE/Sachgebiete/ElektrizitaetundGas/Unternehmen_Institutionen/Versorgungssicherheit/Stromnetze/Netz_Systemsicherheit/Berichte/ Berichte_node.html

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Konzept Power-to-Heat in Hybridheizungen: wenig EE-Strom

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Konzept Power-to-Heat in Hybridheizungen: viel EE-Strom

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Weitere Option: Nutzung von PV-Strom …

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… zur Wärmeerzeugung

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Nutzungsmöglichkeiten von Überschussstrom in Power-to-Heat-Systemen 1. Regionale Nutzung von ansonsten abgeregeltem Strom •

Netzbetreiber schaltet Verbraucher zu anstatt Erzeuger ab

2. Negative Regelleistung

3.

• Poolbildung und externe Ansteuerung von Heizgeräten durch Regelenergieanbieter Dezentral erzeugter PV-Strom • Nutzung von Überschüssen aus der hauseigenen PV-Anlage im Heizgerät

4. Variable Stromtarife •

Heizgerät reagiert auf Strompreissignal und nutzt Strom zum Heizen, wenn dieser kostengünstig ist

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Power-to-Heat mit monovalenter Stromheizung: vorwiegend EE-Strom

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Beispiel Januar 2015: Zeiten mit „Dunkelflaute“

Quelle: Fraunhofer ISE, www.energy-charts.de

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Power-to-Heat mit monovalenter Stromheizung: vorwiegend fossiler Strom

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Konzept der drei IWO-PtH-Praxisbeispiele und Projekt-Partner

Mobilfunknetz

Kommunikationsbox

Virtuelles Kraftwerk

Stromnetz / ÜNB

Heizöl

Öl-BW-Gerät, Elektroheizer, Wärmespeicher

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Power-to-Heat im Praxistest – ein Einfamilienhaus in Berlin ÖlBrennwertgerät

5 bis 15 kW modulierend

Elektrische Heizeinrichtung

9 kW, automatische externe Ansteuerung durch Regelenergieanbieter

Pufferspeicher

500 Liter für Heizung und Warmwasser

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Power-to-Heat im Praxistest: Elektroheizer ist Teil eines virtuellen Kraftwerks

Elektroheizer zur Nutzung von Regelenergie

Kommunikationsbox

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PtH-Praxisbeispiel Berlin: Wärmebedarf für Heizung und Trinkwassererwärmung Wärme für den Heizkreis Wärme für die Trinkwassererwärmung ∑ 14.002 kWh/a

(10 %)

1.625 kWh/a (12 %) = 11 kWh/(m²a) ≈ 1 Liter/(m²a)

12.377 kWh/a (88 %) = 83 kWh/(m²a) ≈ 8 Liter/(m²a)

∑ 2015 19

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PtH-Praxisbeispiel Berlin: Wärmebedarf für Heizung und Trinkwassererwärmung Wärme für den Heizkreis

kWh/ Monat

Wärme für die Trinkwassererwärmung

3.000 2.500

2015

2.000 1.500 1.000 500 0

Jan

Feb

Mrz

Apr

Mai

Jun

20

Jul

Aug

Sep

Okt

Nov

Dez

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PtH-Praxisbeispiel Berlin: Heizkosten vermindert um Erlös & Einsparung durch PtH 901 €/Jahr

- 188 €/Jahr (- 21 %)

€ inkl. MwSt.

713 €/Jahr

ohne Power-to-Heat

mit Power-to-Heat (im Jahr 2015) 22

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PtH-Praxisbeispiel Berlin: Erlöse für Regelenergie & vermiedene Heizölkosten Erlöse Regelenergie Vermiedene Heizölkosten durch Regelenergienutzung €40

€ inkl. MwSt.

€30

2015  ∑ 188 €

€20

€10

€Jan Feb Mrz

Apr

Mai

Jun 23

Jul

Aug Sep Okt Nov Dez www.zukunftsheizen.de/pth

Praxisbeispiel Berlin: Eckdaten der Photovoltaik-Anlage • • • •

6,4 kWP 40° Neigung, Süd-Ausrichtung 39,4 m² 24 Module

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Praxisbeispiel Berlin: Stromverbrauch & -bezugsquellen in 2015 PV-Eigenverbrauch

kWhel

Netzbezug

∑ Stromverbrauch 6.778 kWh/a, davon 2.027 kWh von PV-Anlage & 4.751 kWh aus dem öffentl. Netz bezogen

433 486 555

271

402

276 66 Jan

128 Feb

172 Mrz

Apr

224

Mai

304 227

231

211

Jun

Jul 25

262

227

Aug

460 312

165

151

Sep

Okt

516

523

86

90

Nov

Dez

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Praxisbeispiel Berlin: Nutzung der PV-Erträge in 2015 PV-Eigenverbrauch

kWhel

Netzeinspeisung

∑ PV-Ertrag 6.621 kWh/a, davon 2.027 kWh im Haus genutzt & 4.594 kWh ins öffentl. Netz eingespeist

512

567

562

590

673 463

355

307

268 48 66

128

172

Jan

Feb

Mrz

276

Apr

224 Mai

231

211

Jun

Jul 26

227 Aug

165

151

Sep

Okt

117

132

86

90

Nov

Dez

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Praxisbeispiel Berlin: Wärmeverbrauch & PVÜberschüsse in 2015 verlaufen gegenläufig kWhel

Wärme für Hzg & WW Max. zur Wärmeversorgung nutzbare PV-Überschussstrommenge

2.651 2.266 1.938

∑ Wärmeverbrauch 14.002 kWh/a, ∑ max. zur Wärmeversorgung nutzbare PV-Überschussstrommenge 2.983 kWh/a

1.998 1.615

1.196

1.094

268 48 Jan

Feb

355 Mrz

512

519 519 192 192

Apr

Mai

Jun 27

81 81

147 147

Jul

Aug

305 305 Sep

307 Okt

117

132

Nov

Dez

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Power-to-Heat im Praxistest weitere Häuser mit Technik ausgestattet

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Power-to-Heat im Praxistest – eine Doppelhaushälfte in Remscheid ÖlBrennwertgerät

10 kW in Stufe 1, 15 kW in Stufe 2

Elektrische Heizeinrichtung

10 kW, automatische externe Ansteuerung durch Regelenergieanbieter

Pufferspeicher

500 Liter für Heizung und Warmwasser

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Power-to-Heat im Praxistest – ein 2-Familienhaus in Bastorf (MV) ÖlBrennwertgerät

18 kW in Stufe 1, 27 kW in Stufe 2

Elektrische Heizeinrichtung

13 kW, automatische externe Ansteuerung durch Regelenergieanbieter

Pufferspeicher

2x 600 Liter für Heizung und Warmwasser

Solarthermie

11,5 m²

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Praxisbeispiel Bastorf: Hybridheizung kombiniert Solarthermie und PtH

16.06.2016

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Power-to-Heat-fähige Ölhybridheizungen sind universell einsetzbar Variable Strompreise

Regelenergie

PV-Überschüsse PtH-fähige Hybridheizungen = flexibles, auch extern ansteuerbares Stromnachfragepotenzial

Regionale Nutzung von sonst abgeregeltem Strom 16.06.2016

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Fazit aus den Praxisobjekten 1/2 •



Das Konzept der Power-to-Heat-fähigen Ölhybridheizung hat sich in allen drei Praxisbeispielen bewährt

• •

einfach und zuverlässig durch Standard-Heiztechnikkomponenten



Technische Herausforderung: Kommunikationstechnik muss günstiger werden  Integration in Heizgeräteelektronik

Installation des elektrischen Heizelements im Rahmen der Heizungsmodernisierung senkt Investitionskosten

Die Heizkosten konnten durch die Generierung von Erlösen am Regelenergiemarkt und die dadurch vermiedenen Heizölkosten reduziert werden

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Fazit aus den Praxisobjekten 2/2 •

Die Stabilisierung des Stromnetzes wird aktiv unterstützt



Zukunftstauglich: PtH-fähige Hybridheizungen bieten ein flexibles, auch extern ansteuerbares Stromnachfrage-potenzial und sind damit universell einsetzbar



Modernisierer, die heute Öl-Brennwerttechnik mit einem geeigneten Wärmespeicher kombinieren, können Power-to-Heat auch später ergänzen

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Politischer Willen zur Nutzung von ansonsten abgeregeltem Strom vorhanden? Stellungnahme Bundesrat 542/15: „Die Bundesregierung wird gebeten, gemeinsam mit den relevanten Akteuren kurzfristig Handlungsoptionen für die Nutzung zuschaltbarer Lasten zur Engpassbewirtschaftung zu prüfen und noch in dieser Legislaturperiode konkrete Umsetzungsvorschläge vorzulegen. Voraussetzung ist, dass die volkswirtschaftlichen Kosten gesenkt und die Stromverbraucher entlastet werden.“

Entwurf StrommarktG: Bisher keine Regelungen pro Power-to-Heat enthalten

Weißbuch Strommarktdesign: „Flexible Nachfrage: … Bei geringer Residuallast kann mit Strom auch direkt Wärme erzeugt und damit Heizöl oder Gas eingespart werden…“

KoaV: „In einem Strommarkt mit einem weiter zunehmenden Anteil von Strom aus erneuerbaren Energien werden wir Strom, der sonst abgeregelt werden müsste, für weitere Anwendungen, etwa im Wärmebereich, nutzen.“ 36

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Gutachten zu zuschaltbaren Lasten •

Die Stiftung Umweltenergierecht und das Fraunhofer ISI haben im März 2016 ein Gutachten zu zuschaltbaren Lasten vorgestellt



Auftraggeber: Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume des Landes SH (MELUR)



Empfehlung des Gutachtens: Ausschreibungen von zuschaltbaren Lasten zur Nutzung von ansonsten abgeregeltem Strom einführen

• Pflicht zur Ausschreibung zuschaltbarer Lasten durch ÜNB/ggf. VNB • Pflicht zum Einsatz kontrahierter Lasten vor Abregelung EE • Dafür Privilegierungen bei staatlich induzierten Strompreisbestandteilen; Alternative: rückwirkende Kostenerstattung

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Handlungsempfehlungen an die Politik •

Welcher Anpassungen bedarf es, um das Potenzial von Power-to-Heat in Hybridheizungen zu heben?

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Rahmenbedingungen müssen angepasst werden • Anpassung von Abgaben und Entgelten





für ansonsten abgeregelten Strom • VO zuschaltbare Lasten oder • Anpassungen in EEG, EnWG, … oder • Alternativ: Experimentierklauseln Erleichterung des Zugangs von gepoolten PtH-Hybridheizungen zum Markt für Regelenergie/neuen Märkten Einführung eines Primärenergiefaktors von Null für ansonsten abgeregelten erneuerbaren Strom • für extern steuerbare Stromverbraucher, die keine zusätzliche gesicherte Leistung benötigen 39

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Abgaben und Entgelte für ansonsten abgeregelten Strom reduzieren •

Kein Aufbau neuer Subventionen, sondern Abbau bestehender Sanktionen für Verbraucher



Verbraucher werden entlastet: Zusätzliche Stromnutzung durch PtH, die bisher keinen Beitrag zu den Abgaben und Entgelten geleistet hat, trägt nun einen Teil der Last

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Modellregion Power-to-Heat in Hybridheizungen •

ARGE Netz und IWO beabsichtigen die Errichtung einer Modellregion für Power-to-Heat in Hybridheizungen in SH



Ansteuerung der Hybridheizungen soll durch Integration in das Erneuerbaren Kraftwerk der ARGE Netz erfolgen



Heute abgeregelte Strommengen aus EE könnten so sinnvoll im Wärmemarkt genutzt werden



Projektziele:

• Nachweis der Systemdienlichkeit • Ermittlung der integrierbaren Mengen EE in den Wärmemarkt

• Erprobung von geeigneten Geschäftsmodellen 16.06.2016

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Zukunftstechnologie Power-to-Heat in Hybridheizungen •

Die Nutzung von ansonsten abgeregeltem Strom in Hybridheizungen bietet Vorteile:

• Einsparung von fossilen Brennstoffen im • • • •

Wärmemarkt Integration erneuerbarer Energien Geringe Investitionskosten für den Endkunden möglich Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes Keine zusätzlichen konventionellen Kraftwerke notwendig

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