P2H-Pot

Potentiale, Wirtschaftlichkeit und Systeml√∂sungen f√ľr Power-to-Heat

  • Finished
  • Started: Sep 2014
  • Ended: Mar 2017

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    Project description

     

     

     

    Ausgangssituation/Motivation



     

    Um die CO2-Emissionen im Energiesektor zu senken, ist auch eine Reduktion der CO2-Emissionen in der Fernw√§rme-Aufbringung notwendig. Gleichzeitig w√§chst mit dem steigenden Anteil von fluktuierenden erneuerbaren Energien der Bedarf die Stromnachfrage zu flexibilisieren. Die Nutzung von Strom im W√§rmesektor, kombiniert mit W√§rmespeichern, zu Zeiten, in denen zuk√ľnftig g√ľnstiger erneuerbarer √úberschussstrom verf√ľgbar ist, (Power-to-Heat = P2H) verspricht gro√üe Potentiale, um wirtschaftlich die CO2-Emissionen in der Fernw√§rme zu senken und zus√§tzliche Flexibilit√§t in der Stromnachfrage bereitzustellen.





    Inhalte und Zielsetzungen



    Das Ziel dieses Forschungsprojektes war, technische und wirtschaftliche Potentiale innovativer P2H-Systeml√∂sungen im urbanen Raum bis 2030 und 2050 zu bestimmen und die daf√ľr notwendigen Rahmenbedingungen zu identifizieren.





    Methodische Vorgehensweise



    Es wurden die √∂sterreichischen Fernw√§rmenetze typologisiert und einige typische Netze f√ľr die detaillierte Modellierung ausgew√§hlt, Szenarien des Raumw√§rme- und Warmwasserbedarfs f√ľr √Ėsterreich mit dem Modell Invert/EE-Lab entwickelt und der sich daraus ergebende Fernw√§rme-Netzausbau und die Fernw√§rmenachfrage simuliert. Des Weiteren wurden zuk√ľnftige √Ąnderungen in den Jahresganglinien abgesch√§tzt und verschiedene P2H-Systeml√∂sungen detailliert thermodynamisch simuliert. Diese Inputs wurden dann im Energiesystem-Modell HiREPS verwendet, um die Portfolios der Fernw√§rmeerzeugung f√ľr die ausgew√§hlten Netze f√ľr die Jahre 2030 und 2050 zu optimieren und so die zuk√ľnftige Rolle von P2H zu analysieren.





    Ergebnisse und Schlussfolgerungen



    Die simulierten Szenarien eines zuk√ľnftigen Energiesystems mit hohem Erneuerbaren Anteil und niedrigen CO2-Emissionen zeigen, dass Gro√üw√§rmepumpen in der Fernw√§rme einen bedeutenden Marktanteil erreichen k√∂nnen. Der Anteil der W√§rmepumpen an der Fernw√§rmeerzeugung liegt in den simulierten Szenarien, die von einer starken Dekarbonisierung des Energiesystems ausgehen, gro√üteils zwischen 10 und 30% im Jahr 2050. In den meisten Fernw√§rmenetzen sind W√§rmepumpen auch schon im 2030 Szenario wirtschaftlich. Als Anergiequellen wurden in dieser Studie Rauchgaskondensation, Niedertemperatur-Abw√§rme und Geothermie betrachtet. W√§rmepumpen in Kombination mit Rauchgaskondensation erweisen sich bei gr√∂√üeren Biomasse-KWK- und gr√∂√üeren Biomasse-Heizwerken als wirtschaftliche L√∂sung. Auch ein hoher GuD-KWK-Anteil in der W√§rmebereitstellung eines Fernw√§rmenetzes l√§sst Raum, um einen Anteil bis 35% der Fernw√§rmeerzeugung 2050 mit W√§rmepumpen zu erreichen. In den bisher genannten F√§llen ist die W√§rmeerzeugung durch W√§rmepumpen meist durch die Verf√ľgbarkeit der Anergiequellen begrenzt. In anderen Fernw√§rmenetzen (Kirchdorf, Braunau, Netztyp 2 - d.h. Gro√üstadt mit M√ľllverbrennungsanlage, GuD KWK, Biomasse KWK, industrieller Abw√§rme und weiterem Abw√§rmepotential) wird die W√§rmeerzeugung durch W√§rmepumpen limitiert durch konkurrierende W√§rmeerzeuger: verf√ľgbare direkt nutzbare Abw√§rmepotentiale, Geothermie oder M√ľllverbrennungs-KWK-Anlagen.


    √úbersicht √ľber P2H-Anteile an der Fernw√§rmeerzeugung


    Abbildung 1: √úbersicht √ľber P2H-Anteile an der Fernw√§rmeerzeugung f√ľr die verschiedenen Netze und Szenarien.


    Das Szenario 1 ist immer das 2030 WEM Szenario (d.h. ein Szenario auf Basis aktuell bestehender politischer Rahmenbedingungen). Die anderen Szenarien sind, wenn nicht anders gekennzeichnet, WAMplus 2050-Szenarien (d.h. Szenarien mit einer starken Dekarbonisierung). ‚ÄěSens.VL‚Äú stellt eine Sensitivit√§t mit 5¬įC geringeren Vorlauftemperaturen dar, ‚ÄěKeine St‚Äú eine Rechnung ohne Steuern, Netzentgelte und Abgaben auf Strom und Gas, ‚ÄěNur Gas St‚Äú einen Fall ohne Steuern, Netzentgelte und Abgaben auf Strom. ‚ÄěGr. Wiese‚Äú ist das Szenario ‚ÄěGr√ľne Wiese‚Äú, d.h. ohne Ber√ľcksichtigung von Bestandskapazit√§ten.

    In Fernw√§rmenetzen mit Geothermieanlagen, bei denen die Geothermieleistung oder die verf√ľgbare Temperatur aus der Geothermieanlage nicht ausreicht, sind W√§rmepumpen ebenfalls eine wirtschaftliche Option. Auch wenn eine etwaige Reduktion der Besteuerung und Abgaben des Energietr√§gers Strom f√ľr P2H-Anlagen naturgem√§√ü einen Effekt auf deren Wirtschaftlichkeit hat und so diese Flexibilit√§tsoption st√§rker ausgebaut werden w√ľrde, ist aus den Ergebnissen klar ersichtlich, dass andere im jeweiligen Fernw√§rmenetz vorhandene Gegebenheiten den Anteil der W√§rmepumpen am Erzeugungsmix deutlich st√§rker pr√§gen, insbesondere die verf√ľgbare Leistung g√ľnstiger Abw√§rmequellen und die Konkurrenz mit direkt nutzbarer Abw√§rme, Geothermie und M√ľllverbrennungs-KWK-Anlagen. Besonders relevant sind die Steuern, Netzentgelte und Abgaben f√ľr die Marktanteile von Elektroheizkesseln in der Fernw√§rme. Bei den gegenw√§rtigen Steuers√§tzen und Geb√ľhren sind Elektroheizkessel als W√§rmeerzeuger in den analysierten Szenarien bis 2050 nicht wirtschaftlich. Nicht simuliert wurde dabei die Bereitstellung von Regelenergie. Hier k√∂nnen Elektrokessel sehr wohl wirtschaftlich sein, wie aktuelle Erfahrungen zeigen. W√§rmepumpen helfen die CO2-Emissionen der Fernw√§rmeerzeugung zu senken und den Brennstoff- und Ressourcenverbrauch zu reduzieren. Kernbaustein f√ľr eine Reduktion der CO2-Emissionen in der Fernw√§rme ist allerdings auch eine Steigerung der Energieeffizienz im Geb√§udesektor. W√§rmepumpen werden in den simulierten Szenarien im Winter gro√üteils als Grundlast betrieben. Von April bis September tragen sie eindeutig zur Flexibilisierung der Stromnachfrage bei. Erg√§nzend sei vermerkt, dass laut einer aktuellen Dissertation (Rab, 2017) W√§rmepumpen im Fernw√§rme-Erzeugungsportfolio zur Absicherung gegen langfristige Preisrisiken beitragen.

     





    Kontakt:



    Projektleiter: Dr. Gerhard Totschnig



    Institut f√ľr Energiesysteme und Elektrische Antriebe, TU-Wien



    Email: Gerhard@Totschnig.com



    Tel: ++43-1-58801-370356

     





    Projekt Partner P2H-Pot:



    ‚ÄĘ Institut f√ľr Energiesysteme und Elektrische Antriebe, TU-Wien: Gerhard Totschnig, Richard B√ľchele, Sara Fritz, Lukas Kranzl



    ‚ÄĘ Institut f√ľr Energietechnik und Thermodynamik, TU-Wien:

    Johannes Nagler, Karl Ponweiser



    ‚ÄĘ ENERGIE AG O√Ė W√§rme GmbH:

    Wolfgang Baumgartner, Josef Postl



    ‚ÄĘ ecop Technologies GmbH:

    Bernhard Adler



    ‚ÄĘ aqotec GmbH:

    Johann Brandmayr



    ‚ÄĘ Energianalyse.DK: Morton Boje Blarke



    ‚ÄĘ e-think: Andreas M√ľller, M. Hummel



     

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    Last updated: 02 May 2014