ZSW
Eine steigende Anzahl von Heizungs-Wärmepumpen kann zur Herausforderung für die Stromverteilnetze werden. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat Algorithmen entwickelt, die auftretende Lastspitzen reduzieren.
Kompakt zusammengefasst
■ Das ZSW hat Verfahren entwickelt und bereits getestet, wie Wärmepumpen netzdienlicher betrieben werden können.
■ Vielversprechend ist ein dezentraler Ansatz, bei dem die Wärmepumpen lediglich auf die lokal erfassten Temperaturschwankungen und Verringerungen der Netzspannung reagieren, ohne die aufwendige Verbindung zu einer Zentrale.
Prognosen gehen davon aus, dass der Anteil der Wärmepumpen im deutschen Heizungsmix in den nächsten Jahren stark steigen wird. Für die Niederspannungsverteilnetze in Wohngebieten könnte dies ohne Nachjustierung zu einer Belastung werden.
Am ZSW wurden deshalb Algorithmen entwickelt, um die Gleichzeitigkeit der Wärmepumpenlast in einem Netzgebiet zu verringern. Dr. Jann Binder vom ZSW: „Die Herausforderung ist, am frühen Morgen und am Abend für alle ein warmes Haus bereitzustellen, ohne dass alle Wärmepumpen gleichzeitig anspringen – und das auch an Tagen mit − 10 °C Außentemperatur. Dafür haben wir einen vorausschauenden Betrieb der Wärmepumpe entwickelt, der eine Prognose des Wärmebedarfs nutzt.“
Bei einer absehbaren Netzbelastung schaltet sich die Wärmepumpe früher ein und läuft länger, dafür aber mit geringerer Leistung. Das Verfahren nutzt die Wärmekapazität des Hauses als Speichermedium und entlastet so das Netz. Die Forschenden setzen dies wohldosiert ein, um den Wärmeverlust nicht wesentlich zu erhöhen und die entstehende Temperaturabweichung vom Sollwert in Grenzen zu halten.
Zentraler und dezentraler Ansatz
Zur Auswahl standen zwei Ansätze: Ein zentraler Ansatz, bei dem die Wärmepumpen der Haushalte von einer Zentrale über virtuelle Energiepreise einen Anreiz zu einem verteilten Betrieb erhalten, und ein dezentraler Ansatz, bei dem die Wärmepumpen lediglich auf die lokal erfassten Temperaturschwankungen und Verringerungen der Netzspannung reagieren, ohne Verbindung zu einer Zentrale.
Der zentrale Ansatz erreicht die geforderte Netzentlastung von 10 % mit 3 % weniger Mehraufwand an Heizenergie als der dezentrale Ansatz, da er den Bedarf zum „Vorheizen“ und die Gleichzeitigkeit des Wärmepumpenbetriebs passgenauer vermeiden kann. Er erfordert jedoch eine hohe Zahl von Berechnungen zur Festlegung der individuellen Fahrpläne und dadurch mehr Kommunikationsaufwand zwischen allen Wärmepumpen und der Zentrale.
Das Ergebnis für den einfacheren dezentralen Ansatz: Bei der 10%igen Reduktion der Trafolast zu Spitzenzeiten veränderte sich die Spreizung der Innentemperatur nur minimal; von 20 bis 22 °C auf 19,2 bis 22,2 °C.
Geringe Temperaturabsenkung
Nutzt man zusätzlich eine Prognose des Trends der Außentemperatur, wird die niedrigste Temperatur sogar auf 19,4 °C begrenzt. Würde man dieselbe Reduktion der Trafolast allein durch eine lineare Reduktion der Wärmepumpen-Leistung erreichen wollen, ergäbe sich die minimale Innentemperatur mit 17 °C, also 3 K und nicht nur 0,6 K weniger.
Der Algorithmus braucht keine externe Kommunikationsanbindung für die Fernsteuerung der Wärmepumpen. Als Informationsquelle wird die lokal gemessene Netzspannung verwendet. Sinkt die Spannung unter einen Grenzwert, ist das ein Anzeichen für eine zu hohe Netzbelastung. In der Folge springt der Algorithmus an und moduliert die Wärmepumpenleistung.
In Schweden konnten die ZSW-Forschenden die Ansätze bereits erfolgreich im Feld testen: In Ramsjö in der Nähe von Stockholm werden die Häuser vorwiegend mit Wärmepumpen geheizt und bei besonders kalten Wetterlagen gab es eine starke Belastung der Transformatoren. Mit den Algorithmen verringerte sich die Spitzenbelastung der Transformatoren im Verteilnetz um 10 %. www.zsw-bw.de
