IEA Heat Pumping Technologies MAGAZINE Vol. 42, No. 1/2024
Herausgeber: IEA Heat Pump Center, 2024
Englisch, 47 Seiten
Inhaltsbeschreibung
Vorwort: Herausforderungen und Lösungen für das Stromnetz in der Energiewende in den Niederlanden
Marion Bakker, Tom von Aalten, Niederländische Energieagentur
Die beiden Autoren befassen sich mit den Herausforderungen, die sich in den Niederlanden dadurch ergeben, dass der Bedarf an zusätzlichen Übertragungskapazitäten bei weitem schneller wächst, als die nationalen Netzbetreiber das Stromnetz weiter ausbauen können. Sie berichten, dass das nationale Stromnetz zunehmend an seine Grenzen gerät und dadurch Unternehmen potenziell bei der Umsetzung ihrer nachhaltigen Pläne behindert werden. Das Autorenduo informiert über ein, von einer breiten Interessenvertretung erstelltes, nationales Aktionsprogramm gegen die Netzüberlastung und führt weiter aus, dass die Netzkapazität in den Niederlanden v.a. mittels Wärmenetzen sowie hybriden Wärmepumpen¬systemen flexibilisiert werden kann. Beide Systeme sollen im zukünftigen niederländischen Energiesystem je ein Drittel der Wärme liefern, der Rest soll mittels elektrisch betriebener Wärmepumpen bereitgestellt werden. Hybride Wärmepumpen werden mittels öffentlicher Anreizprogramme in den Niederlanden stark forciert; ab 2024 sollen mindestens 100.000 Stück pro Jahr installiert werden.
Kolumne: Den Weg zur Dekarbonisierung navigieren: Die Bewältigung von Herausforderungen in Abwesenheit regulatorischer Bauvorschriften
Lukas Kranzl, Senior Scientist, TU Wien
Der Autor bezieht sich einleitend auf Szenarien zur Dekarbonisierung der Raumheizungs- und Warmwasserversorgung, die einen signifikanten Anstieg der Wärmepumpennutzung in Gebäuden (bis 2050: 30% bis >70% der Gebäude in EU-27) sowie in Fernwärmenetzen (bis 2050: ca. 50% der Wärme wird von Wärmepumpen geliefert) prognostizieren und erläutert in Folge, dass einige legislative Initiativen des letzten Jahres zu einem Rückschritt geführt haben. Als mögliches Hemmnis für den Markthochlauf identifiziert der Autor zudem die - als Folge von Inflation sowie verstärkter Nachfrage - erhöhten Wärmepumpenpreise. Um sicherzustellen, dass das Angebot an Wärmepumpen zukünftig die steigende Nachfrage zu einem vernünftigen Preis decken kann, plädiert der Autor für eine breite Weiterbildungsinitiative und eine Reduzierung der Engpässe entlang der gesamten Lieferkette. Zudem argumentiert er einen Bedarf nach einem breiten Portfolio an Wärmepumpen. So braucht es speziell große Wärmepumpen für die Fernwärmeversorgung und neue Lösungen für die 5.Generation der Energienetze, um das Ausfallrisiko zu streuen.
Schwerpunktartikel: Integration einer großen Anzahl von Wärmepumpen in das Energiesystem
Adriaan van Eck, Flexiblepower Alliance Network – FAN
Der Autor untersucht in seinem Beitrag das Konzept der Energieflexibilität und erläutert dessen Wert bei der Bewältigung der Komplexitäten eines nachhaltigen, modernen Energiesystems. Durch den Einsatz intelligenter Geräte wie (hybrider) Wärmepumpensysteme und die Nutzung offener Energiemanagement-Standards, wie dem sogenannten S2-Kommunikationsstandard, wird das Potenzial zur Optimierung des Energieverbrauchs bei gleichzeitiger Minimierung von Komforteinbußen deutlich. Der Autor beleuchtet im Artikel vor allem die Bedeutung offener Standards für die Skalierung der Energieflexibilität und die Gestaltung einer nachhaltigen Energiezukunft.
Schwerpunktartikel: Das Flexibilitätspotenzial von Wärmepumpen in schwedischen Fernwärmenetzen
Markus Lindahl, Anna-Lena Lane, RISE Research Institutes of Sweden
Das Autorenteam beschreibt im Artikel die Hauptergebnisse des IEA HPT Annex 57 sowie eines national finanzierten schwedischen Forschungsprojekts zum Themenbereich „Flexibilisierung der Stromversorgung durch den Einsatz von Wärmepumpen in Fernwärmenetzen".
Interviews mit Betreibern von FW-Netzen mit zentral betriebenen Wärmepumpen haben gezeigt, dass ein flexibler Wärmepumpenbetrieb v.a. bei variierenden Strompreisen vorteilhaft ist. Wärmepumpen sind vergleichsweise einfach zu regeln und weisen im Vergleich zu Alternativen recht kurze An- und Herunterfahrzeiten auf. In der Praxis liegt die minimale Betriebsdauer aktuell bei einigen Stunden, um den Verschleiß so gering wie möglich zu halten. Die größte Barriere für den Einsatz von Wärmepumpen in FW-Netzen stellen aktuell deren hohe Anschaffungskosten dar. Eine weitere Barriere stellt die monatliche Stromgebühr dar. Durch sie wird der Einsatz von Wärmepumpen, die nicht mindestens ein paar Tage im Monat im Einsatz sind, unwirtschaftlich. Zudem wird das Flexibilitätspotenzial aufgrund der Altersstruktur der Wärmepumpen, und damit verbundenen deren fehlende automatische Regelbarkeit, in schwedischen Fernwärmenetzen nicht voll genutzt. Weitere Barrieren ergeben sich aus regulatorischen Anforderungen sowie Limitierungen auf der kalten Wärmepumpenseite wie bspw. niedrige Temperaturen des Meerwassers oder unzureichende Menge an verfügbare Abwärme. Die Ergebnisse der durchgeführten Simulationen zeigen deutlich, dass es sowohl für zentral als auch dezentral betriebene Wärmepumpen in FW-Netzen ein wirtschaftliches Potenzial zur Bereitstellung verschiedener Flexibilitätsdienstleistungen gibt, dass dessen Realisierung aber von der Bewältigung der technischen Herausforderungen v.a. der zeitnahen Kommunikation mit den Wärmepumpen abhängen.
Detaillierte Ergebnisse enthält der Konferenzbeitrag
Schwerpunktartikel: Effizienz und Flexibilität: Eine UK Sicht über Wärmepumpen im Stromsystem
Jenny Crawley, David Shipworth, Cliff Elwell, Jez Wingfield, UCL Energy Institute, University College London, UK
Das Autorenteam beschäftigt sich im Artikel vorrangig mit ausgewählten technischen Aspekten, die es zu lösen gilt, um Wärmepumpen im zukünftig dekarbonisierten, dynamischen Energiesystem gleichzeitig flexibel und im Sinne einer maximalen Systemeffizienz optimiert zu betreiben.
So gilt es im Kontext der sich ändernden Rahmenbedingungen, die Effizienz von Wärmepumpen neu zu definieren, die Leistungsfähigkeit von Heizungsanlagen zu erweitern (z.B. mittels thermischer Speicher oder Batterien) sowie die Wärmepumpensteuerung zu verbessern.
Nicht-technischer Artikel: Gemeinsame Anstrengungen zur Förderung von Hochtemperatur-Wärmepumpen in der Schweizer Industrie
Nicole Calame, Schweiz
Co-Autoren: Cordin Arpagaus, Daniel A. Flórez-Orrego, François Maréchal, Pierre Krummenacher, Frédéric Bless, Fabrice Rognon, Stefan Bertsch
Die Autor:innen geben im Artikel einen Überblick über den Schweizer Beitrag zum IEA HPT Annex 58 Projekt, der sich mit der Förderung des Einsatzes von industriellen Hochtemperaturwärmepumpen beschäftigt. Konkret werden drei Fallstudien, in denen die Integration von Hochtemperaturwärmepumpen auf Basis von Pinch-Analysen untersucht wurde, präsentiert.
Die näher untersuchten Fallstudien inkludieren: eine dampferzeugende Wärmepumpe für Pasteurisierungs-/Sterilisationsprozesse in einer Molkerei, eine Booster-Wärmepumpe zur Erhöhung der via Fernwärme zur Verfügung gestellten Nutztemperatur für eine weitere Molkerei, sowie eine dampferzeugende Wärmepumpe für Pasteurisierungs-/ Kochprozesse in einem fleischverarbeitenden Unternehmen.
Weitere Informationen zum IEA HPT Annex 58
Nicht-technischer Artikel: Führen Faustformeln in die Irre? Die Komplexität der Bestimmung der Bohrlochgröße und die Bedeutung von Design-SW
Wouter Peere, Belgien
Der Autor geht im Artikel der Frage nach, ob Faustformeln, wie sie in der Engineering Praxis von vielen Professionist:innen eingesetzt werden, geeignet sind, die optimale Größe von Bohrlöchern zu bestimmen. Er zeigt anhand von drei Gebäudekategorien, dass deren Anwendung in vielfachen Unter- oder auch Überdimensionierungen des Bohrlochs resultieren und damit potenziell zu nicht durchführbaren Projekten, nicht funktionierenden Systemen oder sogar Umweltschäden führen können. Der Autor empfiehlt daher die begleitende Anwendung entsprechender detaillierter Design-Tools zur Bestimmung der Bohrlochgröße.
Nationaler Marktbericht: Der Wärmepumpenmarkt in Japan
Hirofumi Sano, Director Heat Pump & Thermal Storage Technology Center, Japan
Der Autor berichtet, dass aufgrund der steigenden Anzahl heißer und feuchter Tage, Wärmepumpen, speziell Inverter-Klimaanlagen zur Kühlung und später auch für Heizzwecke, schon früh eingeführt wurden. Die Nutzung von Inverter Klimaanlagen ist im ganzen Land, mit Ausnahme der kälteren nördlichen Regionen, in denen Verbrennungsheizungen weiterhin vorherrschen, verbreitet. Das dominante System zur Warmwasserbereitung ist, aufgrund entsprechender Förderung, die sog. „EcoCute" Wärmepumpe, eine System das CO2 als Kältemittel nutzt. Um den Stromverbrauch für Klimaanlagen sowie die Versorgung mit Warmwasser in Haushalten und Gewerbebetrieben kontinuierlich zu senken, wurde von Seiten der japanischen Regierung strenge Energiesparvorschriften erlassen.
Weiters informiert der Autor darüber, dass es im Bereich von Industriewärmepumpen große Erwartungen an Hochtemperatursysteme gibt und dass es bei diesen noch einige Herausforderungen (v.a. bei Kältemitteln und Kompressoren) zu lösen gilt.
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