Eine aktuelle Untersuchung des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) bietet wertvolle Einblicke in die Herausforderungen und Potenziale von Wärmepumpen im deutschen Stromnetz. Mit der zunehmenden Verbreitung dieser Technologie im Rahmen der Wärmewende steigt auch die Belastung der Stromnetze, was eine präzise Einschätzung der Lastverläufe und -spitzen für Netzbetreiber unerlässlich macht. Die Studie liefert jetzt belastbare Daten und Analysen, um diese Herausforderungen besser zu bewältigen und die Integration von Wärmepumpen in das bestehende Stromnetz zu optimieren.
Die Forscher kombinierten umfangreiche Messdaten mit simulationsgestützten Analysen, um das tatsächliche Betriebsverhalten von Wärmepumpen zu erfassen. Dabei wurden die Daten sowohl aus realen Betriebsbedingungen als auch aus thermodynamischen Modellen abgeleitet, unter Verwendung des IEE-Modells EnergyPilot. Dieser methodische Ansatz ermöglicht es, die Betriebscharakteristika von Wärmepumpen präzise zu erfassen, was zu einer realistischeren Bewertung der Netzbelastung führt, insbesondere an kalten Tagen, wenn der Heizbedarf steigt.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass typische Tageslastprofile von Wärmepumpen durch morgendliche Leistungsspitzen geprägt sind, während die Nachfrage in den Nachtstunden und am Mittag geringer ausfällt. Faktoren wie Außentemperatur, der Typ der Wärmepumpe sowie die spezifische Gebäudekonzeption spielen eine wesentliche Rolle im Betriebsverhalten. In vielen Fällen wurde eine Überdimensionierung der Anlagen festgestellt, was auf ineffiziente Nutzung hinweist.
Ein zentrales Ergebnis der Untersuchung sind die abgeleiteten Gleichzeitigkeitsfaktoren für verschiedene Wärmepumpentypen im unflexiblen Betrieb. So zeigte sich, dass Luft-Wasser-Wärmepumpen im Kollektiv eine Gleichzeitigkeit von etwa 1,1 aufweisen, während Sole-Wasser-Wärmepumpen bei etwa 0,8 liegen. Diese Werte sind normiert auf die elektrische Nennleistung und bieten eine wichtige Orientierung für die Praxis. Bei einer thermischen Heizlast von 10 Megawatt würde beispielsweise die elektrische Leistungsaufnahme für Luft-Wasser-Wärmepumpen etwa 4 Megawatt und für Sole-Wasser-Systeme etwa 2 Megawatt betragen.
Die Analyse verdeutlicht auch die Vorteile von Flexibilität im Betrieb von Wärmepumpen. Durch flexible Betriebsstrategien können Lastspitzen reduziert und somit die Belastung der Netzinfrastruktur verringert werden. Es wurde festgestellt, dass marktbasierte Anreize, wie dynamische Netzentgelte, die Gleichzeitigkeit und damit die Netzbelastung erhöhen können. Daher sind lokal differenzierte Signale von entscheidender Bedeutung, um gezielte Lastverschiebungen zu ermöglichen.
Das Potenzial der Flexibilität reicht über die Effizienzgewinne hinaus und könnte erheblich zur Systemintegration von Wärmepumpen beitragen. Um jedoch die netzdienliche Integration zu gewährleisten, ist es wichtig, die Marktmechanismen und die Anforderungen an das Netz in Einklang zu bringen.
Die Ergebnisse dieser Studie stellen eine wichtige Grundlage für verschiedene energiewirtschaftliche Fragestellungen dar. Sie sind relevant für die Planung des Netzausbaus, die Bilanzierung von Energieverbrauch sowie den Einkauf von Strom und die technische Auslegung von Wärmepumpensystemen. Zudem ist die entwickelte Methodik übertragbar auf andere städtische und ländliche Gebiete und könnte in Zukunft auch auf andere elektrische Lasten, wie beispielsweise die Elektromobilität, angewendet werden.
Insgesamt leisten die Erkenntnisse dieser Studie einen wesentlichen Beitrag zur effizienten und planbaren Weiterentwicklung des Energiesystems in Deutschland. Sie bieten den Netzbetreibern und Energieversorgern wertvolle Informationen, um die Herausforderungen der Wärmewende zu meistern und eine nachhaltige Energieversorgung zu gewährleisten.
