IEA HPT Annex 42: Wärmepumpen in intelligenten Energienetzen nachhaltiger Städte

Die im HPT Annex 42 durchgeführten Untersuchungen lassen sich generell in die zwei Bereiche „elektrische" und „thermische" Seite der Wärmepumpe (WP) einteilen. Es wurden Simulationsrechnungen mit Fokus auf dem elektrischen Netz und WP in Kombination mit thermischen Verbrauchern durchgeführt.

Zur Definition der unterschiedlichen Case Scenarios wurden die wesentlichen Parameter geeigneter WP-Systeme auf Basis einer Markt- und Literaturrecherche für in Österreich typische Systeme erarbeitet. Die Anwendungsvarianten wurden in einer dynamischen Simulationsumgebung eingebunden, um das Anfahrverhalten und die Speicherwirkung abbilden zu können.

Für die Untersuchung der Auswirkungen auf den thermischen Komfort wurden zunächst die Systeme bzw. Geräte (Gebäudespeichermasse, Verschaltung, WP, etc.) ausgewählt, die dem Einfluss eines prädiktiven Reglers unterliegen. Neben den einfachen (schnell rechnenden) Modellen wurden die zusätzlich benötigten externen Daten, wie z. B. Strompreistarifierung, Wetterdaten, Nutzerverhalten, etc. definiert. Ergänzend dazu war die Definition einer geeigneten Ziel- oder Kostenfunktion für ökonomisch und/oder energetisch optimale Betriebsverhältnisse notwendig. Die oben angeführten einfachen Modelle, mit den externen Daten und einer entsprechenden Kostenfunktion, ermöglichten die Entwicklung und den „Betrieb" eines prädiktiven Reglers. Mit Parametervariationen wurden unterschiedliche Szenarien untersucht. Die im Rahmen der simulationstechnischen Untersuchungen zu bewertenden Kriterien umfassten: die Zuverlässigkeit einer Regelstrategie, ihr mögliches energetisches Einsparungspotenzial, ihre Praxistauglichkeit und verborgene Nachteile.

Um die Rechenzeiten in einem vernünftigen Rahmen zu halten, wurden bei der Pooling-Anwendung die WP teilweise mittels einer - aus dem detaillierten Modell abgeleiteten - statistischen Verteilung abgebildet. Bei der Netzsimulation wurde ein spezieller Fokus auf die Analyse der Auswirkungen auf das Netz, die von unterschiedlichen monetären Anreizen für den WP-Betrieb ausgehen, gelegt, wie beispielsweise die Reaktion der KundInnen auf variable Stromtarife oder die Teilnahme am Tertiärregelenergiemarkt. Darüber hinaus wurde das Lastverschiebungspotenzial von WP in Niedrigpreiszeiten anhand der Simulationsergebnisse dargestellt. Als Baseline wurden WP-Strompreise und unterbrechbare Tarife aus dem Jahr 2015 analysiert. Die ökonomische Bewertung des Lastverlagerungspotenzials von WP wurde für verschiedene variable Tarife und für die Teilnahme eines aggregierten WP-Pools am Regelenergiemarkt (Abbildung 1) anhand hochaufgelöster Messdaten von WP, sowie historischer Daten des österreichischen Strom- und Regelenergiemarktes, untersucht und wirtschaftlich bewertet. Die derzeitigen regulatorischen Rahmenbedingungen für die Installation von WP wurden bei der Analyse mitberücksichtigt. Hierfür relevant sind vor allem die nationalen Netztarife, Marktzutrittsbedingungen, sowie Präqualifikationsbedingungen.

Weitere Publikationen

• Final Report (2017)
• Appendix 3 to the Final Report - Heat Pumps in Smart Grids: Overview of demonstration projects (2017)
• Country Report Austria: "Market overview, barriers for application" (2015)

Videos

Das Video entstand im Rahmen der Veranstaltung "Highlights der Energieforschung 2016: Die Rolle der Wärmepumpe im zukünftigen Energiesystem" am 22. Juni 2016.

Dänemark, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Niederlande, Österreich, Schweiz, Südkorea, USA

Austrian Institute of Technology GmbH (AIT)
DI (FH) Andreas Zottl
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Tel.: +43 (0) 50550-6309
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Institut für Wärmetechnik
Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. René Rieberer
Inffeldgasse 25/B/III
8010 Graz