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Wärmepumpen: Studie belegt positive energiewirtschaftliche Effekte

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Welche Auswirkungen hat der vermehrte Einsatz von Wärmepumpen auf die CO2-Emissionen und den Primärenergieverbrauch in Deutschland? Genau das hat jetzt eine Studie zum Thema „energiewirtschaftliche Bewertung der Wärmepumpe in der Gebäudeheizung“ untersucht. Die Studie wurde vom Bundesverband Wärmepumpe im Rahmen des 10. Forum Wärmepumpe in Berlin vorgestellt.

Wärmepumpen / Effizienz News. Wärmepumpen sparen sowohl Treibhausgase wie auch fossile Primärenergie ein – und zwar bis zu 50 Prozent. Das sagte der Geschäftsführer des Bundesverbandes Wärmepumpe, Karl-Heinz Stawiarski, kürzlich bei der Vorstellung der Ergebnisse einer Studie der TU München. „Durch den wachsenden Anteil regenerativer Energien im Strommix werden Wärmepumpen im Laufe ihrer Nutzungsdauer ohne erneute Investitionen immer „grüner““, so Stawiarski. „So wird eine heute installierte Anlage in zwanzig Jahren etwa drei Viertel weniger Primärenergieverbrauch und CO2-Emissionen verursachen als beispielsweise eine Öl-Brennwertheizung mit solarer Trinkwassererwärmung nach EnEV-Standard.“

Der erste Teil der Studie zeigt, dass Wärmepumpen im Vergleich zu einem alten Ölkessel bereits mit dem derzeitigen Strommix 42 bis 52 Prozent der nicht-regenerativen Primärenergie sparen. Im Neubau nach EnEV-Standard beträgt die Ersparnis 32 bis 43 Prozent gegenüber einer Öl-Brennwertheizung mit Solarer Trinkwassererwärmung. Dieses Verhältnis verschiebt sich mit dem immer „grüneren“ Strommix weiter zu Gunsten der Wärmepumpe. So liegen 2030 die Primärenergie-Einsparungen im Alt- und Neubau bereits bei rund 80 Prozent und auch die CO2-Emissionen werden im Vergleich zum Referenzsystem um rund 70 Prozent geringer ausfallen.

Als Berechnungsgrundlage für die für das Basisjahr 2011 dienten den TUM-Wissenschaftlern die vom International Institute for Sustainability Analysis and Strategy (IINAS) prognostizierten GEMIS-Werte für die CO2-Emissionen und den Primärenergiefaktor des Strommixes. Für die Folgejahre haben die Wissenschaftler mit einer Simulation errechnet, dass der Primärenergiefaktor von derzeit 2,2 kWh nicht-erneuerbare Primärenergie für eine Kilowattstunde Strom bis 2030 auf unter 0,8 sinkt. Die CO2-Emissionen pro Kilowattstunde Strom sinken im gleichen Zeitraum von knapp 500 auf 255 Gramm. Effiziente Wärmepumpen erzeugen aus einer Kilowattstunde bis zu 4 Kilowattstunden Wärme.

Auswirkungen steigender Wärmepumpenzahlen auf den Strommix

In einem zweiten Teil untersucht die Wärmepumpen-Studie der TU München, welchen Einfluss ein starker Ausbau von Wärmepumpen auf den zukünftigen Strommix hätte. Als Basis für die Ausbauprognose dient das sehr optimistische Ausbauszenario 2 der BWP-Branchenstudie 2011, das eine Steigerung des Wärmepumpen­bestands von ca. 450.000 Wärmepumpen auf rund 3,5 Millionen installierte Anlagen in 2030 vorsieht. Diese Wärmepumpen würden zu den derzeit rund 3,3 Terawattstunden jährlich rund 13,5 Terawattstunden Strom zusätzlich verbrauchen. Dieser Strom würde – je nach Stromszenario – zu 39 oder sogar zu 50 Prozent aus Erneuerbaren Energiequellen oder Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung stammen.

Obwohl diese Analyse das Lastprofil der Wärmepumpe mit einer deutlichen Verstärkung im PV-armen Winter berücksichtigt, haben die zusätzlichen 3 Millionen Wärmepumpen nur einen sehr geringen Einfluss auf den Strommix. Neben den regenerativen Einspeisern kommen dabei auch etwas mehr fossile Kraftwerke zum Einsatz. Insgesamt würden Wärmepumpen selbst bei dieser forcierten Ausbau-Planung lediglich rund 3,5 Prozent des gesamten Stromverbrauchs ausmachen.

Methodik zur Analyse des Strommixes durch zusätzliche Wärmepumpen

Grundlage der Simulation zur Planung des Kraftwerkseinsatzes und -ausbaus und damit der Strommix-Prognose waren das Szenario A der Leitstudie des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) und die deutlich ambitioniertere Stromprognose des Bundesverbands Erneuerbare Energien (BEE), die den Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien vorgeben. Die Stromverbräuche für die Jahre 2020 und 2030 wurden der BMU Leitstudie entnommen. Auf diese wurde der zusätzliche Stromverbrauch der nach 2011 neu installierten Wärmepumpen mittels eines temperaturabhängigen Lastprofils aufgeschlagen.

Das spezifische Lastprofil berücksichtigt etwa die stärkere Heizlast im Winter, aber auch tageszeitliche Schwankungen, anhand einer Standardlastprofilkurve für Wärmepumpen und des Temperaturreferenzjahrs TRY. Auf Basis dieser Vorannahmen hat die TU München ermittelt, welche Kraftwerke die zusätzlich benötigte Last erbringen würden, wenn man ein wirtschaftliches Modell zugrunde legt. Der Einspeisevorrang von Erneuerbarem Strom und Strom aus KWK-Anlagen wurde dabei berücksichtigt, wobei dieser alleine schon zwischen 39 und 50 Prozent des zusätzlichen Strombedarfs im Jahr 2030 ausmacht.

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