IEA HPP Annex 47: Wärmepumpen in Fernwärme- und -kälte-Systemen

Ausgangssituation

Fernwärmenetze sind für das zukünftige Energiesystem, insbesondere in Ballungsräumen, unerlässlich. Die Integration von Wärmepumpen kann Investitionsrisiken reduzieren, die Versorgungssicherheit erhöhen, den CO2-Ausstoß reduzieren und so zu den in Paris vereinbarten Zielen der COP 21 beitragen. Jedoch spielen Wärmepumpen in europäischen Fernwärmenetzen noch eine untergeordnete Rolle.

Dennoch hat sich in den letzten Jahren die Akzeptanz der Wärmepumpen bei den Fernwärmebetreibern erhöht. Dies hat zu vielen innovativen Wärmepumpenprojekten geführt, wie Task 2 des Annexes zeigt. Im Rahmen des Projektes wurden 24 realisierte Wärmepumpen mit einer gesamten Heizleistung von 108 MW erhoben. Diese Wärmepumpen sind in 14 unterschiedlichen Fernwärmenetzen installiert. Die Verteilung der einzelnen Standorte über Österreich ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Umsetzungsbarrieren

Obwohl Wärmepumpen für FW-Netze von Vorteil sein können, sind sie immer noch unterrepräsentiert. Auf der Grundlage von Stakeholder-Workshops und Literaturrecherchen wurden Umsetzungsbarrieren identifiziert und diskutiert. Die nachfolgende Grafik gibt einen Überblick über Aspekte und Herausforderungen, die bei der Beseitigung von Hindernissen berücksichtigt wurden. Die Ergebnisse werden in drei Kategorien (soziale, wirtschaftliche und technische Barrieren) zusammengefasst und in der folgenden Abbildung dargestellt.

Hindernisse für die großflächige Integration von Wärmepumpen sind ungeeignete Wärmequellen (oft nur in kleinen dezentralen Mengen verfügbar) oder das niedrige Temperaturniveau der Quellen (niedriger Wirkungsgrad). Ebenso fehlt es den meisten Betreibern (noch) an Erfahrungen mit der Integration und dem Betrieb von Wärmepumpen in bestehende Fernwärmesysteme (im Vergleich zu bewährten Biomasse- oder gasbasierten Erzeugungsanlagen).

Möglichkeiten und Lösungen

Für die Integration von Wärmepumpen in Fernwärmenetze wurden im Rahmen des Projekts allgemeine Lösungsmöglichkeiten entwickelt und im Folgenden beschrieben (siehe Task 4 Bericht). Diese Lösungsmöglichkeiten könnten auch innovative Geschäftsmodelle erfordern. Im Rahmen von Stakeholder-Workshops wurden mögliche Lösungen diskutiert. Die Ergebnisse werden in den gleichen Kategorien wie die Barrieren zusammengefasst und in der folgenden Abbildung dargestellt.

Eine optimale Kombination von Wärmeerzeugungsanlagen in FW-Netzen ist abhängig von den verschiedenen Parametern und entsprechend individuell für jedes Netz. Um eine nachhaltige Wärmeversorgung zu erreichen, die einen erheblichen Anteil an alternativen Wärmequellen beinhaltet, ist die Implementierung weiterer Demoprojekte notwendig. Eine vielversprechende Anwendung ist der Einsatz der Rauchgaskondensation in thermischen Verbrennungssystemen in Kombination mit Wärmepumpen.

Berichte

• Task 1 - Market and energy reduction potential (2019)
• Task 2 - Description of existing DHC systems and demonstration and R&D projects with Heat Pumps (2019)
• Task 3 - Review of concepts and solutions of heat pump integration (2019)
• Task 4 - Implementation barriers, possibilities and solutions (2019)
• Simulation based analysis of demand side management as enabler for the integration of heat pumps in district heating networks (2017)

Präsentationen

• Barriers and Opportunities for Large-Scale Heat Pumps in Austrian District Heating and Cooling Networks (2018)

Dänemark, Großbritannien, Österreich, Schweden, Schweiz

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Sustainable Thermal Energy Systems
Dr.-Ing. Ralf-Roman Schmidt
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