Mit dem steigenden Anteil fluktuierender erneuerbarer Energieerzeugung wächst der Bedarf, die Stromnachfrage zu flexibilisieren. Internationale Studien zeigen, dass die Nutzung von Strom im Wärmesektor in Kombination mit Wärmespeichern (Power-to-Heat P2H) große Potenziale aufweist, um eine wirtschaftliche Flexibilisierung des Gesamtenergiesystems Elektrizität-Wärme-Gas zu erreichen. Bisher werden für Power-to-Heat Elektrodenheizkessel verwendet, die Überschussstrom in Wärme umwandeln und anschließend speichern. Im Forschungsprojekt P2H-Pot werden am Institut für Energietechnik und Thermodynamik der Technischen Universität (TU) Wien in Kooperation mit Partnern aus dem In- und Ausland die Potenziale von Power-to-Heat Lösungen mit Wärmepumpen im urbanen Raum untersucht.

Innovative Power-to-Heat Systeme

Mittels thermodynamischer Simulationen wird die Eignung verschiedener P2H-Systemkonfigurationen analysiert. Betrachtet werden Elektrodenheizkessel, Kompressionswärmepumpen mit verschiedenen Kältemitteln sowie Rotationswärmepumpen der Firma ECOP mit einem Edelgasgemisch als Kältemittel. Für den Fernwärmebereich besonders erfolgsversprechend erscheint die ECOP Rotation Heat Pump, die einen speziellen Prozess anwendet, der hohe Temperaturspreizungen bei gleichzeitig hohem COP (Coefficient of Performance) ermöglicht. Während bei konventionellen Wärmepumpen, die den 2-Phasenprozess anwenden, das Temperatur-niveau der Nutzwärme auf etwa 100°C beschränkt ist, erreicht die ECOP Wärmepumpe mit dem sogenannten Joule-Prozess Temperaturen bis zu 150°C.

Analyse der Wirtschaftlichkeit

Ziel des Forschungsprojekts ist es auch, die wirtschaftlichen Potenziale der innovativen Systemkonfigurationen im urbanen Raum für die Zeithorizonte 2020, 2030 und 2050 zu bestimmen. Mit dem Simulationsprogramm HiREPS der Energy Economics Group (EEG)  an der TU Wien wird für 20 unterschiedliche Fernwärmenetze die Wirtschaftlichkeit von Elektrodenheizkesseln, Wärmepumpen und Wärmespeicherausbau als Ausgleichsmaßnahme für Überschussstrom aus erneuerbaren Energien untersucht. Analysiert werden österreichische und deutsche Fernwärmenetze, wobei teilweise Netze mit gleicher Größe und Art der Energieerzeugungseinheiten zu Netztypen geclustert werden.

Die rechtlichen, steuerlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen werden ebenfalls untersucht. Der dänische Projektpartner ENERGIEANALYSE.DK bringt P2H-Praxiserfahrungen aus dem skandinavischen Raum ein. Know-how aus dem Fernwärmebereich liefert die Energie AG.

KONTAKT
DI Johannes Nagler, Inst. f. Energietechnik und Thermodynamik, TU Wien
johannes.nagler@tuwien.ac.at
www.eeg.tuwien.ac.at/P2H-Pot