Der Artikel kompakt zusammengefasst
- Auf Basis umfangreicher Messdaten und Simulationen wurden erstmals belastbare Tageslastprofile und Gleichzeitigkeitsfaktoren für Wärmepumpenkollektive abgeleitet.
- Die Ergebnisse ermöglichen eine realistischere Bewertung von Lastspitzen – insbesondere an kalten Tagen – und schaffen eine fundierte Grundlage für Netzausbau, energiewirtschaftliche Prozesse und die Auslegung zukünftiger Wärmepumpensysteme.
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Wie stark Wärmepumpen künftig die Stromnetze belasten und welches Potenzial ein flexibler Betrieb bietet, zeigt eine Studie der Fraunhofer-Institute IEE und ISE.
Mit dem Hochlauf von Wärmepumpen im Zuge der Wärmewende steigen die Anforderungen an die Stromnetze. Für Netzbetreiber ist deshalb eine verlässliche Abschätzung von Lastverläufen und Lastspitzen zentral.
Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und den Stadtwerken München hat das Fraunhofer IEE, im Rahmen des Exzellenzclusters Fraunhofer CINES umfangreiche Messdaten ausgewertet und mit simulationsbasierten Analysen kombiniert, um das reale Betriebsverhalten von Wärmepumpen im Tagesverlauf sowie unter Extrembedingungen zu quantifizieren.
Messdatenbasierter Ansatz als methodischer Mehrwert
Grundlage der Untersuchung ist ein großer Pool realer Betriebsdaten, ergänzt durch thermodynamische Simulationen und Optimierungen mit dem IEE-Modell EnergyPilot. Die Kombination aus Messdatenanalyse und Modellierung ermöglicht eine hohe Aussagekraft und unterscheidet sich wesentlich von rein modellbasierten Ansätzen.
Die Ergebnisse zeigen typische Betriebscharakteristika: Tageslastprofile weisen (bisher) morgendliche Leistungsspitzen sowie geringere Leistungsbedarfe nachts und mittags auf. Neben der Außentemperatur beeinflussen insbesondere der Wärmepumpen- und Gebäudetyp und die Dimensionierung das Betriebsverhalten. In der Praxis zeigt sich dabei häufig eine Überdimensionierung der Anlagen.
Dr. Michael Krause, Projektleiter am Fraunhofer IEE: „Unsere Analysen zeigen, dass sich aus realen Betriebsdaten deutlich robustere Aussagen über die Netzbelastung ableiten lassen als aus pauschalen Annahmen. Gerade im Aggregat entstehen charakteristische und gut beschreibbare Lastverläufe.“
Wolf
Gleichzeitigkeitsfaktoren …
Ein zentrales Ergebnis der Studie sind belastbare Gleichzeitigkeitsfaktoren für unterschiedliche Wärmepumpentypen im unflexiblen Betrieb: Für Luft/Wasser-Wärmepumpen liegt die Gleichzeitigkeit im Kollektiv bei rund 1,1 – für Sole/Wasser-Wärmepumpen-Systeme bei etwa 0,8. Die Gleichzeitigkeitsfaktoren wurden auf die vom Hersteller ausgewiesene elektrische Nennleistung im Betriebspunk A−7/W55 bzw. B0/W55 normiert. Für kleine Mehrfamilienhäuser ergeben sich Werte zwischen diesen Bereichen. Als Orientierung für die Praxis gilt: Bei einer thermischen Heizlast von 10 MW beträgt die elektrische Leistungsaufnahme für Luft/Wasser-Wärmepumpen rund 4 MW und für Sole/Wasser-Wärmepumpen-Systeme 2 MW.
… und Flexibilitätswirkungen
Die simulationsgestützten Analysen zeigen zudem, dass Flexibilität grundsätzlich zur Reduktion von Lastspitzen und damit zur Entlastung der Netzinfrastruktur beitragen kann. Allerdings können strommarktbasierte Anreize die Gleichzeitigkeit auch erhöhen und somit die Netzbelastung verstärken. Erst lokal differenzierte Signale – etwa dynamische Netzentgelte – ermöglichen eine gezielte Lastverschiebung.
Ohne Berücksichtigung der Netzdienlichkeit liegt der wirtschaftliche Vorteil der Flexibilisierung primär in Effizienzgewinnen. Einsparungen durch Strompreisoptimierung fallen langfristig vergleichsweise gering aus.Norman Gerhardt, Abteilungsleiter Energiewirtschaft und Systemanalyse am Fraunhofer IEE: „Flexibilität bietet ein großes Potenzial für die Systemintegration von Wärmepumpen. Für eine netzdienliche Integration ist es jedoch entscheidend, Marktmechanismen und Netzerfordernisse konsequent zusammenzudenken.“
Beitrag zur Energiesystemplanung
Die Studie liefert eine belastbare Grundlage für zentrale energiewirtschaftliche Fragestellungen – von der Netzausbauplanung über Bilanzierung und Stromeinkauf bis hin zur technischen Auslegung von Wärmepumpensystemen. Die entwickelte Methodik ist auf andere Stadt- und Netzgebiete übertragbar und kann perspektivisch auf weitere elektrische Lasten, insbesondere im Bereich der Elektromobilität, ausgeweitet werden. Die Ergebnisse leisten damit einen Beitrag zu einer effizienteren und planbaren Weiterentwicklung des Energiesystems.
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Literatur
[1] Krause, Michael; Gerhardt, Norman; Pedro, Girón; Rodriguez, Juan; Herkel, Sebastian; Huang, Mu; Zapf, Martin: Wärmepumpenstudie: Lastprofile und Gleichzeitigkeitsfaktoren von Wärmepumpenkollektiven sowie Flexibilitätseffekte. Berlin, Kassel, Freiburg: Fraunhofer IEE & Fraunhofer ISE. Beauftragt durch Stadtwerke München, 2026. DOI: 10.24406/publica-7899
