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Erhöhen Nachtspeicherheizungen und Wärmepumpen die Flexibilität des Stromnetzes?

Um überschüssigen Ökostrom in Wärme umzuwandeln, kommen laut der ifeu-Studie „Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien in Wärmeanwendungen“ vor Allem Wärmepumpen infrage. Insbesondere ab 2030, wenn Erneuerbare Energien einen Anteil von mehr als 50% am deutschen Strommix erreicht haben, wird ein signifikanter Wärmepumpen-Ausbau erfolgen. Nachtspeicherheizungen sind hinsichtlich ihrer schlechten Effizienz nur geeignet, um übergangsweise bis zu ihrer Stilllegung als Flexibilitätsoption bei lokalen Netzengpässen eingesetzt zu werden.

Erhöhen Nachtspeicherheizungen und Wärmepumpen die Flexibilität des Stromnetzes? (Grafik: ifeu)

Erhöhen Nachtspeicherheizungen und Wärmepumpen die Flexibilität des Stromnetzes? (Grafik: ifeu)

Ein großes Problem der Energiewende ist die fluktuierende Stromerzeugung aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen. Neben großen und kleinen Speichern und Reservekapazitäten bietet die Umwandlung von Ökostrom in Wärme (Power-to-Heat) großes Potenzial, diesen Strom sinnvoll zu nutzen.

Grundsätzlich kommen dabei Nachtspeicherheizungen, Strom-Wärmespeicher oder Wärmepumpen infrage. Welches System dazu am Besten geeignet ist, hat jetzt das ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg untersucht.

Nachtspeicherheizungen als Flexibilitätsoption bei lokalen Netzengpässen

Nachtspeicherheizungen werden hauptsächlich mit "normalem" Strom betrieben und haben damit nur einen geringen Primärenergie-Ausnutzungsgrad von rund 40%. Die Umwandlungseffizienz ist nur ein Drittel so hoch wie bei elektrischen Wärmepumpen und der Exergie-Ausnutzungsgrad ist mit 1,4% der niedrigste der heute in Deutschland verbreiteten Heizsysteme. Laut ifeu gehören elektrische Speicherheizungen damit zu den ineffizientesten Technologien zur Raumwärmeerzeugung.

Die Erhaltung bestehender oder die Installation neuer Nachtspeicherheizungen ist aus diesen Gründen auch bei höheren Anteilen an Ökostrom im Strommix nicht mit Standards für hocheffiziente Gebäude vereinbar. Im Gegenteil: Mit der Stilllegung der bestehenden Nachtspeicherheizungen ließe sich ein großes Stromspar- und Klimaschutzpotenzial erschließen.

Trotzdem kann es laut ifeu sinnvoll sein, bestehende Nachtspeicherheizungen übergangsweise bis zu ihrer Stilllegung als Flexibilitätsoption bei lokalen Netzengpässen zu nutzen, da sie bereits über die technischen Voraussetzungen für eine Ansteuerung per Rundsteuersignal verfügen.

Elektrische Wärmeanwendungen als Flexibilitätsoption systemisch sinnvoll

Elektrische Wärmespeicher, insbesondere in Nachtspeicherheizungen, Heizungspufferspeichern und Warmwasserspeichern sind keine Stromspeicher, sondern wandeln exergetisch hochwertigen Strom irreversibel in exergetisch niederwertige Wärme um, so das ifeu. Somit sind sie keine gleichwertige Option zu Stromspeichern, sondern allenfalls als Flexibilitätsoption für das Stromsystem mit Stromspeichern, Lastmanagementstrategien und Regelkraftwerken zu vergleichen.

Bei hohen Ökostrom-Anteilen an der Stromversorgung übersteigt der Einspeicherungsbedarf für Ökostromüberschüsse die wirtschaftlich verwertbaren ausspeicherbaren Strommengen. Die Nutzung des Stroms in Wärmeanwendungen ist dann aus systemischer Sicht eine sinnvolle Option.

ifeu prognostiziert signifikanten Wärmepumpen-Ausbau von 2030 bis 2050

Der Einsatz von Ökostrom in Wärmepumpen ermöglicht einen Ausnutzungsgrad der erneuerbaren Primärenergie, der um Faktor 2 bis 3, zukünftig voraussichtlich bis Faktor 4 höher ist als bei der elektrischen Widerstandsheizung oder der direkten Biomassenutzung zur Wärmebereitstellung.

Um Wärmepumpen effizient betreiben zu können, sollten sie jedoch nur in effizienten Gebäuden eingesetzt werden. Da der Anteil effizienter Gebäude heute noch sehr niedrig ist und Wärmepumpen zur Raumheizung i.d.R. mit Strom des Durchschnittsmixes betrieben werden, sollte laut ifeu der Wärmepumpen-Ausbau nicht über das normale Maß hinaus forciert werden.

Die zwei Dekaden bis etwa 2030 dienen nach dieser Strategie der Vorbereitung eines signifikanten Ausbaus von elektrischen Wärmepumpenheizungen im Zeitraum 2030 bis 2050. Dann wird der Anteil Erneuerbarer Energien am deutschen Strommix mehr als 50% betragen, so dass die Wärmepumpe unter Energie- und Klimaschutzaspekten eine optimale Technologie zur Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser darstellt.

Durch Umstellung auf einen am Strompreis orientierten intelligent wärmegeführten Betrieb können Wärmepumpen aber einen Beitrag zur Erhöhung der Systemflexibilität leisten. Voraussetzung dafür ist aber eine Kommunikationsinfrastruktur, die die Steuerung der Wärmepumpen anhand von Preissignalen des Stromsystems ermöglicht.

Vor Allem lokaler Bedarf von Ökostrom in Wärmeanwendungen

Durch Ausschöpfung bestehender Lastmanagement-Potenziale, Nutzung existierender Stromspeicherkapazitäten sowie von Flexibilitäten vorhandener Kraftwerke auf fossiler und Biomasse-Basis ist kurz- und mittelfristig ausreichend Flexibilität im Stromsystem vorhanden, um die planmäßig zunehmende Ökostromerzeugung aufzunehmen.

Um maximale Treibhausgas-Minderungen zu erreichen, sollten zunächst diese Flexibilitätsoptionen genutzt werden. Sind diese Flexibilitäten ausgeschöpft oder nicht mehr wirtschaftlich erschließbar und lässt sich die Netzlast nicht weiter steigern, kann auch der Einsatz von Ökostrom in Wärmeanwendungen sinnvoll sein.

Unter der Voraussetzung, dass parallel zum Ausbau Erneuerbarer Energien auch die dafür notwendige Netzanpassung umgesetzt werden kann, treten allerdings nur in sehr geringem Umfang Ökostromüberschüsse (< 1%) auf, die aus technischen Gründen abgeregelt werden müssen. In diesem Fall gäbe es nur lokalen Bedarf, gezielt Ökostrom in Wärme umzuwandeln.

Das Strategie- und Diskussionspapier vom ifeu "Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien in Wärmeanwendungen" kann » hier heruntergeladen werden.

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"Erhöhen Nachtspeicherheizungen und Wärmepumpen die Flexibilität des Stromnetzes?" wurde am 20.12.2012 verfasst