grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:zunahme_elektrische_last_durch_waermepumpen
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grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:zunahme_elektrische_last_durch_waermepumpen [2024/03/02 23:43] – [Zunahme der elektrischen Last im Netz durch eine systematische Wärmepumpen-Strategie] wfeist | grundlagen:energiewirtschaft_und_oekologie:zunahme_elektrische_last_durch_waermepumpen [2024/05/16 10:32] (aktuell) – [2. Ermittlung der 7-Tages Wärmelast] yaling.hsiao@passiv.de | ||
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=====1. Einführung und Problemstellung===== | =====1. Einführung und Problemstellung===== | ||
Für die Energiewende in Deutschland besteht unter Fachexperten weitgehende Einigkeit, dass die Wärmeversorgung für Raumwärme und Warmwasser auf Dauer nicht länger über fossile Brennstoffe gedeckt werden darf. Auf welche Wärmeerzeuger stattdessen zurückgegriffen werden soll wird jedoch noch immer heftig diskutiert. Die in der Diskussion stehenden Alternativen umfassen den Umstieg auf Nah- und Fernwärme, die Substitution von Erdöl und Erdgas auf der Primärenergieseite durch erneuerbar erzeugte Energieträger (z.B. Wasserstoff) und der vermehrte Einsatz von Biomasse. Bei etwas genauerer Betrachtung stellt sich allerdings heraus, dass keiner dieser bisher erwähnten Ansätze innerhalb von etwa 2 Jahrzehnten einen über seinen heutigen Anteil hinausgehenden zusätzlichen Beitrag von mehr als 10% des bisherigen Verbrauchs wird bereitstellen können – dies ist nicht Gegenstand dieses Artikels, aber leicht nachvollziehbar. Es bleibt der Übergang zu einer elektrischen Erzeugung von Heizwärme und Warmwasser((Strategie: | Für die Energiewende in Deutschland besteht unter Fachexperten weitgehende Einigkeit, dass die Wärmeversorgung für Raumwärme und Warmwasser auf Dauer nicht länger über fossile Brennstoffe gedeckt werden darf. Auf welche Wärmeerzeuger stattdessen zurückgegriffen werden soll wird jedoch noch immer heftig diskutiert. Die in der Diskussion stehenden Alternativen umfassen den Umstieg auf Nah- und Fernwärme, die Substitution von Erdöl und Erdgas auf der Primärenergieseite durch erneuerbar erzeugte Energieträger (z.B. Wasserstoff) und der vermehrte Einsatz von Biomasse. Bei etwas genauerer Betrachtung stellt sich allerdings heraus, dass keiner dieser bisher erwähnten Ansätze innerhalb von etwa 2 Jahrzehnten einen über seinen heutigen Anteil hinausgehenden zusätzlichen Beitrag von mehr als 10% des bisherigen Verbrauchs wird bereitstellen können – dies ist nicht Gegenstand dieses Artikels, aber leicht nachvollziehbar. Es bleibt der Übergang zu einer elektrischen Erzeugung von Heizwärme und Warmwasser((Strategie: | ||
- | =====2. Ermittlung der 7-Tages Wärmelast===== | + | ===== 2. Ermittlung der 7-Tages Wärmelast ===== |
- | Der höchste 7-Tages-Durchschnittswert des Gasbezugs der Haushalts- und Gewerbekunden betrug bisher 3085 GWh/Tag, aufgetreten in der 6.Woche des Jahres 2018 (Endenergie). Das ist kein Ausreißer, es gibt weitere Wochenmittelwerte in vergleichbarer Höhe in den vergangenen 6 Jahren (Abb. 1).\\ \\ | + | |
- | {{ : | + | Der höchste 7-Tages-Durchschnittswert des Gasbezugs der Haushalts- und Gewerbekunden betrug bisher 3085 GWh/Tag, aufgetreten in der 6.Woche des Jahres 2018 (Endenergie). Das ist kein Ausreißer, es gibt weitere Wochenmittelwerte in vergleichbarer Höhe in den vergangenen 6 Jahren (Abb. 1).\\ |
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- | Der mittlere Endenergie-Leistungsbezug dieser Sektoren aus Erdgas lag demnach bei 128,54 GW. In den angegebenen Sektoren wird Erdgas nahezu ausschließlich für Heizung und Warmwasserbereitung verwendet. Gasherde, die von etwa 6% der Haushalte in Deutschland verwendet werden, verbrauchen mit rund 3,3 GWh/Tag nur rund 0,1% davon; der Gasverbrauch im Sektor Industriekunden enthält demgegenüber ebenfalls einen nennenswerten Anteil an Heizenergieanwendungen((vgl. dazu die Werte in Abb.5 im Anhang)), wie aus dem Jahresgang dieses Sektors erkennbar ist; dieser liegt in der Höchstlastwoche in einem Bereich von mindestens weiteren 500 GWh/Tag. Diese beiden Korrekturen (Herde und Industriesektor) nehmen wir in die hier folgende Betrachtung nicht auf, so dass durch unsere Berechnungen der Gasverbrauch für Heizung und Warmwasserbereitung insgesamt noch etwas unterschätzt wird.\\ \\ | + | < |
- | Nach der Publikation ‚Energiedaten‘ [Energiedaten] teilte sich der Energiebedarf für Raumwärme und Warmwasserbereitung im Jahr 2018 wie in Tabelle 1 auf die Endenergieträger auf. Dabei stellt Erdgas einen Anteil von // | + | \\ |
+ | Der mittlere Endenergie-Leistungsbezug dieser Sektoren aus Erdgas lag demnach bei 128,54 GW. In den angegebenen Sektoren wird Erdgas nahezu ausschließlich für Heizung und Warmwasserbereitung verwendet. Gasherde, die von etwa 6% der Haushalte in Deutschland verwendet werden, verbrauchen mit rund 3,3 GWh/Tag nur rund 0,1% davon; der Gasverbrauch im Sektor Industriekunden enthält demgegenüber ebenfalls einen nennenswerten Anteil an Heizenergieanwendungen((vgl. dazu die Werte in Abb.5 im Anhang)) , wie aus dem Jahresgang dieses Sektors erkennbar ist; dieser liegt in der Höchstlastwoche in einem Bereich von mindestens weiteren 500 GWh/Tag. Diese beiden Korrekturen (Herde und Industriesektor) nehmen wir in die hier folgende Betrachtung nicht auf, so dass durch unsere Berechnungen der Gasverbrauch für Heizung und Warmwasserbereitung insgesamt noch etwas unterschätzt wird.\\ | ||
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+ | Nach der Publikation ‚Energiedaten‘ [Energiedaten] teilte sich der Energiebedarf für Raumwärme und Warmwasserbereitung im Jahr 2018 wie in Tabelle 1 auf die Endenergieträger auf. Dabei stellt Erdgas einen Anteil von // | ||
+ | \\ | ||
+ | < | ||
+ | |Öl | 20,8%| | ||
+ | |Gas| 48,9%| | ||
+ | |Strom| | ||
+ | |Fernwärme| | ||
+ | |Kohle| | ||
+ | |Erneuerbare| | ||
+ | |Sonstige| | ||
- | < | + | Erdgaskessel im Bestand |
- | |Öl | 20, | + | \\ |
- | |Gas | 48, | + | $\displaystyle {P_{H \& W} = \frac {P_{Gas}\cdot \eta_K } { f_{Gas} }\;\;\;\;\; }$\\ |
- | |Strom | 4, | + | \\ |
- | |Fernwärme | 7,9%| | + | Setzen wir hier die Werte für den Gasbezug in Woche 6 des Jahres 2018, den Gasanteil dieser Versorgung und den angegebenen Kesselwirkungsgrad ein, so ergibt sich die((konservativ abgeschätzte)) |
- | |Kohle | 1,1%| | + | \\ |
- | |Erneuerbare | 16.2%| | + | $P_{H \& W;7}$ = 128,54 GW $\cdot$ 0,892 / 0,489 = 234,4 GW.\\ |
- | |Sonstige | 0.1%|\\ \\ \\ | + | |
- | Erdgaskessel im Bestand in Deutschland weisen jahresmittlere Kesselwirkungsgrade für Heizung und WW-Bereitung im Winter von rund $\eta_K$ = 89,2% auf (eigene Berechnung auf Basis [Wolff 2004])((Achtung: | ||
- | $\displaystyle {P_{H \& W} = \frac {P_{Gas}\cdot \eta_K } { f_{Gas} }\;\;\;\;\; }$\\ \\ | ||
- | Setzen wir hier die Werte für den Gasbezug in Woche 6 des Jahres 2018, den Gasanteil dieser Versorgung und den angegebenen Kesselwirkungsgrad ein, so ergibt sich die((konservativ abgeschätzte)) höchste 7-Tages-Mittelleistung an Wärmeleistungsbedarf $P_{H \& W;7}$ für Heizung und Warmwasserbereitung in Deutschland zu mindestens\\ \\ | ||
- | $P_{H \& W;7}$ = 128,54 GW $\cdot$ 0,892 / 0,489 = 234,4 GW. \\ \\ | ||
=====3. Zugehörige elektrische Last im Netz===== | =====3. Zugehörige elektrische Last im Netz===== | ||
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=====6.Variante: | =====6.Variante: | ||
- | Durch die konsequente Anwendung energieeffizienter Bauteilsanierung zu allen bestehenden Anlässen, z.B. einem ohnehin-Fensteraustausch, | + | Durch die konsequente Anwendung energieeffizienter Bauteilsanierung zu allen bestehenden Anlässen, z.B. einem ohnehin-Fensteraustausch, |
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Für eine realistisch umsetzbare Wärmewende (= Umstellung von Heizung und Warmwasserbereitung auf erneuerbare Energie) ergeben sich aus der hier dargelegten Analyse folgende Voraussetzungen\\ | Für eine realistisch umsetzbare Wärmewende (= Umstellung von Heizung und Warmwasserbereitung auf erneuerbare Energie) ergeben sich aus der hier dargelegten Analyse folgende Voraussetzungen\\ | ||
- | * Die weitgehende Umstellung auf elektrische Energie als Endenergiequelle für die Heizsysteme ist alternativlos. Die Basis dafür sind Wärmepumpen - direktelektrische Systeme haben ein weit zu hohen Leistungsbedarf. | + | * Die weitgehende Umstellung auf elektrische Energie als Endenergiequelle für die Heizsysteme ist alternativlos. Die Basis dafür sind Wärmepumpen - direktelektrische Systeme haben einen weit zu hohen Leistungsbedarf. |
* Der sich dadurch einstellende zusätzliche mittlere Leistungsbedarf im Stromnetz im Winter ist allerdings bedeutend. Daraus ergeben sich zwei weitere unverzichtbare Bestandteile für ein Gelingen dieser Umstellung | * Der sich dadurch einstellende zusätzliche mittlere Leistungsbedarf im Stromnetz im Winter ist allerdings bedeutend. Daraus ergeben sich zwei weitere unverzichtbare Bestandteile für ein Gelingen dieser Umstellung | ||
- | * (I) Insbesondere die Windenergieerzeugung muss in deutlich höherem Umfang als bisher geplant hochgefahren werden. | + | - Insbesondere die Windenergieerzeugung muss in deutlich höherem Umfang als bisher geplant hochgefahren werden. |
- | * (II) Der Wärmeleistungsbedarf der bestehenden Gebäude muss spürbar reduziert werden (mindestens um rund 50% im Durchschnitt). | + | |
- | \\ | + | |
Die angegebene Voraussetzungen sind innerhalb eines Zeitraums von rund 20 bis 30 Jahren realistisch umsetzbar - am Ende dieses Zeitraums liegt der CO< | Die angegebene Voraussetzungen sind innerhalb eines Zeitraums von rund 20 bis 30 Jahren realistisch umsetzbar - am Ende dieses Zeitraums liegt der CO< | ||
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