Sektorkopplung von Strom- und Wärmemarkt durch Power-to-Heat in Hybridheizungen Lutz Mertens 15.06.2016
Einige Kennzahlen aus 2015 zu Strom- und Wärmemarkt 92 %
33 %
9,9 %
2,9 %
0 GW
43 GW
1
276 Mio. €
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Ausfallarbeit in Deutschland (GWh)
3000 2687 2500 2000 1581 1500 1000 500
555
421
385
2011
2012
127 0 2010
2013
2014
1.-3. Quartal 2015
Quelle: http://www.schleswig-holstein.de/DE/Schwerpunkte/Energiewende/Strom/_documents/einspeisemanagement.html, http://www.bundesnetzagentur.de/cln_1432/DE/Sachgebiete/ElektrizitaetundGas/Unternehmen_Institutionen/Versorgungssicherheit/Stromnetze/Netz_Systemsicherheit/Berichte/ Berichte_node.html
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Konzept Power-to-Heat in Hybridheizungen: wenig EE-Strom
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Konzept Power-to-Heat in Hybridheizungen: viel EE-Strom
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Weitere Option: Nutzung von PV-Strom …
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… zur Wärmeerzeugung
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Nutzungsmöglichkeiten von Überschussstrom in Power-to-Heat-Systemen 1. Regionale Nutzung von ansonsten abgeregeltem Strom •
Netzbetreiber schaltet Verbraucher zu anstatt Erzeuger ab
2. Negative Regelleistung
3.
• Poolbildung und externe Ansteuerung von Heizgeräten durch Regelenergieanbieter Dezentral erzeugter PV-Strom • Nutzung von Überschüssen aus der hauseigenen PV-Anlage im Heizgerät
4. Variable Stromtarife •
Heizgerät reagiert auf Strompreissignal und nutzt Strom zum Heizen, wenn dieser kostengünstig ist
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Power-to-Heat mit monovalenter Stromheizung: vorwiegend EE-Strom
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Beispiel Januar 2015: Zeiten mit „Dunkelflaute“
Quelle: Fraunhofer ISE, www.energy-charts.de
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Power-to-Heat mit monovalenter Stromheizung: vorwiegend fossiler Strom
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Konzept der drei IWO-PtH-Praxisbeispiele und Projekt-Partner
Mobilfunknetz
Kommunikationsbox
Virtuelles Kraftwerk
Stromnetz / ÜNB
Heizöl
Öl-BW-Gerät, Elektroheizer, Wärmespeicher
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Power-to-Heat im Praxistest – ein Einfamilienhaus in Berlin ÖlBrennwertgerät
5 bis 15 kW modulierend
Elektrische Heizeinrichtung
9 kW, automatische externe Ansteuerung durch Regelenergieanbieter
Pufferspeicher
500 Liter für Heizung und Warmwasser
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Power-to-Heat im Praxistest: Elektroheizer ist Teil eines virtuellen Kraftwerks
Elektroheizer zur Nutzung von Regelenergie
Kommunikationsbox
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PtH-Praxisbeispiel Berlin: Wärmebedarf für Heizung und Trinkwassererwärmung Wärme für den Heizkreis Wärme für die Trinkwassererwärmung ∑ 14.002 kWh/a
(10 %)
1.625 kWh/a (12 %) = 11 kWh/(m²a) ≈ 1 Liter/(m²a)
12.377 kWh/a (88 %) = 83 kWh/(m²a) ≈ 8 Liter/(m²a)
∑ 2015 19
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PtH-Praxisbeispiel Berlin: Wärmebedarf für Heizung und Trinkwassererwärmung Wärme für den Heizkreis
kWh/ Monat
Wärme für die Trinkwassererwärmung
3.000 2.500
2015
2.000 1.500 1.000 500 0
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
Jun
20
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
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PtH-Praxisbeispiel Berlin: Heizkosten vermindert um Erlös & Einsparung durch PtH 901 €/Jahr
- 188 €/Jahr (- 21 %)
€ inkl. MwSt.
713 €/Jahr
ohne Power-to-Heat
mit Power-to-Heat (im Jahr 2015) 22
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PtH-Praxisbeispiel Berlin: Erlöse für Regelenergie & vermiedene Heizölkosten Erlöse Regelenergie Vermiedene Heizölkosten durch Regelenergienutzung €40
€ inkl. MwSt.
€30
2015 ∑ 188 €
€20
€10
€Jan Feb Mrz
Apr
Mai
Jun 23
Jul
Aug Sep Okt Nov Dez www.zukunftsheizen.de/pth
Praxisbeispiel Berlin: Eckdaten der Photovoltaik-Anlage • • • •
6,4 kWP 40° Neigung, Süd-Ausrichtung 39,4 m² 24 Module
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Praxisbeispiel Berlin: Stromverbrauch & -bezugsquellen in 2015 PV-Eigenverbrauch
kWhel
Netzbezug
∑ Stromverbrauch 6.778 kWh/a, davon 2.027 kWh von PV-Anlage & 4.751 kWh aus dem öffentl. Netz bezogen
433 486 555
271
402
276 66 Jan
128 Feb
172 Mrz
Apr
224
Mai
304 227
231
211
Jun
Jul 25
262
227
Aug
460 312
165
151
Sep
Okt
516
523
86
90
Nov
Dez
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Praxisbeispiel Berlin: Nutzung der PV-Erträge in 2015 PV-Eigenverbrauch
kWhel
Netzeinspeisung
∑ PV-Ertrag 6.621 kWh/a, davon 2.027 kWh im Haus genutzt & 4.594 kWh ins öffentl. Netz eingespeist
512
567
562
590
673 463
355
307
268 48 66
128
172
Jan
Feb
Mrz
276
Apr
224 Mai
231
211
Jun
Jul 26
227 Aug
165
151
Sep
Okt
117
132
86
90
Nov
Dez
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Praxisbeispiel Berlin: Wärmeverbrauch & PVÜberschüsse in 2015 verlaufen gegenläufig kWhel
Wärme für Hzg & WW Max. zur Wärmeversorgung nutzbare PV-Überschussstrommenge
2.651 2.266 1.938
∑ Wärmeverbrauch 14.002 kWh/a, ∑ max. zur Wärmeversorgung nutzbare PV-Überschussstrommenge 2.983 kWh/a
1.998 1.615
1.196
1.094
268 48 Jan
Feb
355 Mrz
512
519 519 192 192
Apr
Mai
Jun 27
81 81
147 147
Jul
Aug
305 305 Sep
307 Okt
117
132
Nov
Dez
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Power-to-Heat im Praxistest weitere Häuser mit Technik ausgestattet
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Power-to-Heat im Praxistest – eine Doppelhaushälfte in Remscheid ÖlBrennwertgerät
10 kW in Stufe 1, 15 kW in Stufe 2
Elektrische Heizeinrichtung
10 kW, automatische externe Ansteuerung durch Regelenergieanbieter
Pufferspeicher
500 Liter für Heizung und Warmwasser
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Power-to-Heat im Praxistest – ein 2-Familienhaus in Bastorf (MV) ÖlBrennwertgerät
18 kW in Stufe 1, 27 kW in Stufe 2
Elektrische Heizeinrichtung
13 kW, automatische externe Ansteuerung durch Regelenergieanbieter
Pufferspeicher
2x 600 Liter für Heizung und Warmwasser
Solarthermie
11,5 m²
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Praxisbeispiel Bastorf: Hybridheizung kombiniert Solarthermie und PtH
16.06.2016
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Power-to-Heat-fähige Ölhybridheizungen sind universell einsetzbar Variable Strompreise
Regelenergie
PV-Überschüsse PtH-fähige Hybridheizungen = flexibles, auch extern ansteuerbares Stromnachfragepotenzial
Regionale Nutzung von sonst abgeregeltem Strom 16.06.2016
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Fazit aus den Praxisobjekten 1/2 •
•
Das Konzept der Power-to-Heat-fähigen Ölhybridheizung hat sich in allen drei Praxisbeispielen bewährt
• •
einfach und zuverlässig durch Standard-Heiztechnikkomponenten
•
Technische Herausforderung: Kommunikationstechnik muss günstiger werden Integration in Heizgeräteelektronik
Installation des elektrischen Heizelements im Rahmen der Heizungsmodernisierung senkt Investitionskosten
Die Heizkosten konnten durch die Generierung von Erlösen am Regelenergiemarkt und die dadurch vermiedenen Heizölkosten reduziert werden
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Fazit aus den Praxisobjekten 2/2 •
Die Stabilisierung des Stromnetzes wird aktiv unterstützt
•
Zukunftstauglich: PtH-fähige Hybridheizungen bieten ein flexibles, auch extern ansteuerbares Stromnachfrage-potenzial und sind damit universell einsetzbar
•
Modernisierer, die heute Öl-Brennwerttechnik mit einem geeigneten Wärmespeicher kombinieren, können Power-to-Heat auch später ergänzen
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Politischer Willen zur Nutzung von ansonsten abgeregeltem Strom vorhanden? Stellungnahme Bundesrat 542/15: „Die Bundesregierung wird gebeten, gemeinsam mit den relevanten Akteuren kurzfristig Handlungsoptionen für die Nutzung zuschaltbarer Lasten zur Engpassbewirtschaftung zu prüfen und noch in dieser Legislaturperiode konkrete Umsetzungsvorschläge vorzulegen. Voraussetzung ist, dass die volkswirtschaftlichen Kosten gesenkt und die Stromverbraucher entlastet werden.“
Entwurf StrommarktG: Bisher keine Regelungen pro Power-to-Heat enthalten
Weißbuch Strommarktdesign: „Flexible Nachfrage: … Bei geringer Residuallast kann mit Strom auch direkt Wärme erzeugt und damit Heizöl oder Gas eingespart werden…“
KoaV: „In einem Strommarkt mit einem weiter zunehmenden Anteil von Strom aus erneuerbaren Energien werden wir Strom, der sonst abgeregelt werden müsste, für weitere Anwendungen, etwa im Wärmebereich, nutzen.“ 36
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Gutachten zu zuschaltbaren Lasten •
Die Stiftung Umweltenergierecht und das Fraunhofer ISI haben im März 2016 ein Gutachten zu zuschaltbaren Lasten vorgestellt
•
Auftraggeber: Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume des Landes SH (MELUR)
•
Empfehlung des Gutachtens: Ausschreibungen von zuschaltbaren Lasten zur Nutzung von ansonsten abgeregeltem Strom einführen
• Pflicht zur Ausschreibung zuschaltbarer Lasten durch ÜNB/ggf. VNB • Pflicht zum Einsatz kontrahierter Lasten vor Abregelung EE • Dafür Privilegierungen bei staatlich induzierten Strompreisbestandteilen; Alternative: rückwirkende Kostenerstattung
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Handlungsempfehlungen an die Politik •
Welcher Anpassungen bedarf es, um das Potenzial von Power-to-Heat in Hybridheizungen zu heben?
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Rahmenbedingungen müssen angepasst werden • Anpassung von Abgaben und Entgelten
•
•
für ansonsten abgeregelten Strom • VO zuschaltbare Lasten oder • Anpassungen in EEG, EnWG, … oder • Alternativ: Experimentierklauseln Erleichterung des Zugangs von gepoolten PtH-Hybridheizungen zum Markt für Regelenergie/neuen Märkten Einführung eines Primärenergiefaktors von Null für ansonsten abgeregelten erneuerbaren Strom • für extern steuerbare Stromverbraucher, die keine zusätzliche gesicherte Leistung benötigen 39
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Abgaben und Entgelte für ansonsten abgeregelten Strom reduzieren •
Kein Aufbau neuer Subventionen, sondern Abbau bestehender Sanktionen für Verbraucher
•
Verbraucher werden entlastet: Zusätzliche Stromnutzung durch PtH, die bisher keinen Beitrag zu den Abgaben und Entgelten geleistet hat, trägt nun einen Teil der Last
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Modellregion Power-to-Heat in Hybridheizungen •
ARGE Netz und IWO beabsichtigen die Errichtung einer Modellregion für Power-to-Heat in Hybridheizungen in SH
•
Ansteuerung der Hybridheizungen soll durch Integration in das Erneuerbaren Kraftwerk der ARGE Netz erfolgen
•
Heute abgeregelte Strommengen aus EE könnten so sinnvoll im Wärmemarkt genutzt werden
•
Projektziele:
• Nachweis der Systemdienlichkeit • Ermittlung der integrierbaren Mengen EE in den Wärmemarkt
• Erprobung von geeigneten Geschäftsmodellen 16.06.2016
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Zukunftstechnologie Power-to-Heat in Hybridheizungen •
Die Nutzung von ansonsten abgeregeltem Strom in Hybridheizungen bietet Vorteile:
• Einsparung von fossilen Brennstoffen im • • • •
Wärmemarkt Integration erneuerbarer Energien Geringe Investitionskosten für den Endkunden möglich Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes Keine zusätzlichen konventionellen Kraftwerke notwendig
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