fit4power2heat - Sondierung zur Realisierung des Wärmepumpenpooling für städtische Wärmenetze

Die Integration von Wärmepumpen kann die Wirtschaftlichkeit bestehender Wärmenetze erhöhen und gleichzeitig den hohen Kosten für den Ausbau der Stromnetze entgegenwirken. Ziel des Projektes ist es, innovative Geschäftsmodelle für kleine und mittlere städtische Wärmenetze zu entwickeln, insbesondere hinsichtlich der Synergien zwischen Wärme- und Strommarkt. Hauptfokus ist die Anwendung eines Wärmepumpen-Poolings über mehrere Wärmenetze.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation, Problematik und Motivation

Die massive Entwicklung von erneuerbaren Erzeugungskapazitäten hat in Österreich zu einer installierten Kapazität von 4.080 MW Wind und PV Anlagen geführt [1]. Diese erzeugen aufgrund der stochastischen Erzeugungscharakteristika massive Herausforderungen in den Stromnetzen. Entsprechend werden zunehmend Flexibilitätsoptionen in den Strommärkten wie dem Day-Ahead oder Spot-Markt, aber auch am Regelenergiemarkt notwendig sein. Auf der andern Seite sieht sich der Fernwärmemarkt in Österreich mit einer großen Zahl an kleinen und mittleren Biomasseanlagen konfrontiert, in den letzten 20 Jahren wurden in Summe ca. 900 MW installiert [2]. Viele dieser Systeme sind am Ende ihrer technischen Lebensdauer angelangt. Zusätzliche Herausforderungen bestehen in sich ändernden Marktbedingungen (insbesondere Energiepreise und fallende Wärmenachfrage), was in einer reduzierten Wirtschaftlichkeit der Anlagen sowie einer unsicheren Zukunftsperspektive resultiert.

Ziele und Innovationsgehalt

Wärmepumpen können eine Verbindung zwischen dem Strom- und dem Wärmesektor schaffen und somit hohen Kosten für den Ausbau der Stromnetze entgegenwirken und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit bestehender Wärmenetze erhöhen. Obwohl hierzu technische Lösungen marktverfügbar sind und bereits erfolgreich demonstriert wurden, wurden nur sehr wenige Beispiele in Österreich realisiert. Ziel des Projektes ist es, innovative Geschäftsmodelle für eine wirtschaftliche Integration von Wärmepumpen in kleinen und mittleren städtischen Wärmenetzen zu entwickeln und zu bewerten, insbesondere hinsichtlich der Synergien aus dem Wärme- und Strommarkt. Hauptfokus ist die Anwendung eines Wärmepumpen-Poolings über mehrere Wärmenetze, um somit die Anforderungen des Regelenergiemarktes hinsichtlich der Verfügbarkeit von Stromabnahme zu garantieren. Kleine und mittlere Städte bieten ein großes Potential für die Integration von Wärmepumpen aufgrund a) der geringeren Komplexität der Erzeugungsstrukturen und Stakeholder, b) im Allgemeinen niedrigen Vor- und Rücklauftemperaturen und c) einer guten Verfügbarkeit von Quellen für die Wärmepumpe (z.B. das Abwassersystem, Abwärme).
Methodische Vorgehensweise: Zunächst werden mehrere für Österreich repräsentative Use Cases definiert, die auf dem Portfolio der ENGIE Austria GmbH basieren. Diese Definition wird durch eine Literaturrecherche zu typischen Wärmenetzen in Österreich unterstützt, um generalisierbare und replizierbare Lösungen zu schaffen. Anschließend werden die Use Cases für state-of-the-art und zukünftige Szenarien simuliert, mit Hilfe eines Optimierungsmodells wird der optimale Betrieb der Erzeuger und Speicher sowie eine optimierte Gebotsstrategie für die Wärmepumpen ermittelt. Schließlich wird die Machbarkeit der einzelnen Use Cases bewertet, und es werden mehrere Geschäftsmodelle vorgeschlagen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die im Rahmen des Projektes entwickelten technischen Lösungsmöglichkeiten ermöglichen eine Reduktion der Wärmeerzeugungskosten um bis zu 28 % gegenüber einem baseline Szenario ohne Wärmepumpe. Die Bewertung des wirtschaftlichen Potenzials des Pooling der Wärmepumpen in Wärmenetzen zeigt die Machbarkeit der vorgeschlagenen Lösungen. Es werden Geschäftsmodelle entwickelt, die aufgrund der Synergieeffekte zwischen Wärme- und Stromnetz ein attraktiveres Ergebnis vor Zinsen und Steuern (EBIT) als das Baseline Szenario aufweisen (bis zu 8 % höher). Es wird von einer Übertragbarkeit der technischen Lösungen auf andere Wärmenetze in Österreich ausgegangen.

Ausblick

Um die Marktdurchdringung von Wärmepumpen in Wärmenetzen zu erleichtern, sind neben weiteren Untersuchungen auch Demonstrationsprojekte erforderlich. Die Weiterentwicklung der Kommunikationsinfrastruktur, Regelungs- und Prognosealgorithmen ist entscheidend für eine erfolgreiche Umsetzung von Geschäftsmodellen zur Flexibilisierung der Wärmepumpe und damit ihrer optimierten Fahrweise. Zukünftige Veränderungen der Strommärkte sollten ebenfalls detailliert verfolgt werden, um ihre Auswirkungen auf die vorgeschlagenen Geschäftsmodelle zu quantifizieren.

Publikationen

Projektbeteiligte

Projektleitung

Austrian Institute of Technology GmbH

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

ENGIE Gebäudetechnik GmbH
ENGIE Energie GmbH

Kontaktadresse

Johanna Spreitzhofer
Sustainable Thermal Energy Systems
Center for Energy
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Giefinggasse 2
A-1210 Wien
E-Mail: Johanna.Spreitzhofer@ait.ac.at
Web: www.ait.ac.at