Die Abbildung zeigt dieses schematisch für ein Quartier bestehend aus 9 Gebäuden. Würde man in jedes dieser neun Gebäude im unsanierten Zustand eine Wärmepumpe einbauen, würde das bedeuten, dass die einzelne maximale elektrische Last bei jeweils 15 kW liegt, und in der Summe wären das dann insgesamt 135 kW. Das gleiche Quartier, bei dem im Vorfeld die thermische Hüllfläche nach dem heutigen Stand der Technik saniert wurde, reduziert die individuelle Last entsprechend auf 5 kW beziehungsweise im gesamten Quartier auf 45 kW. Durch ein flexibles und reaktives Lastenmanagement wäre durch ein „smartes Microgrid“ bei gut gedämmten Gebäuden die individuelle Last nochmals reduzierbar. In dem hier aufgezeigten schematischen Beispiel wird deutlich, wie bei entsprechendem Wärmeschutz durch eine Verpflichtung zum Einbau netzdienlicher Wärmepumpen (SmartGrid-ready) und einer verpflichtenden Nutzung von Regelalgorithmen ein aus energiewirtschaftlicher Sicht sinnvoller Betrieb der Wärmepumpe gewährleistet wäre und zu einer erheblichen Entlastung des Stromnetzes führt.
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Durch den netzdienlichen Betrieb der Wärmepumpen in Kombination mit einer korrespondierenden Gebäudehülle kann eine erhebliche Entlastung des Stromnetzes erreicht werden.
Schematischer Vergleich des Tagesverlaufs der gesamten Stromleistung, die sich aus der Heizlast und des Nutzerstroms ergibt für ein unsaniertes bzw. saniertes Wohngebäude.
Weil die Elektromobilität boomt und zudem Häuser immer öfter mit elektrisch betriebenen Wärmepumpen geheizt werden, steigt der Strombedarf – und das oft zeitgleich in vielen Haushalten. So kommt es insbesondere abends zu sogenannten „signifikanten Lasten“, für die die Stromnetze im Niederspannungsnetz jedoch nicht ausgelegt sind. Eine typische Wärmepumpe für ein nicht ausreichend gedämmtes Einfamilienhaus verfügt über eine Anschlussleistung von bis zu 20 kW. Das klingt erst mal nicht nach sehr viel. Das Problem wird erst deutlich, wenn man bedenkt, dass eine Wärmepumpe über mehrere Stunden oder sogar über den ganzen Tag kontinuierlich beansprucht wird. Noch dazu wird bei einer vollständigen Elektrifizierung der Wohngebäudebeheizung gleichzeitig in vielen Haushalten eine solche elektrische Last benötigt. Hinzu kommt der, vor allem in den Abendstunden, deutlich zunehmende Bedarf nach Haushaltsstrom und die schnell wachsende Anzahl an Elektrofahrzeugen. Die Abbildung verdeutlicht diesen Aspekt für ein saniertes und unsaniertes Gebäude schematisch. Neben der Reduzierung der entsprechenden elektrischen Last können gut gedämmte Gebäude auch über einen längeren Zeitraum ohne merkliche Komforteinbußen einen systemdienlichen Betrieb, d. h. ein Abschalten der Wärmepumpe bei Überlastung des Systems ermöglichen. Durch einen zukunftsorientierten Wärmeschutz reduziert sich so die Spitzenlast im Winter um den Faktor 2 – 3 und führt durch Nutzung von Wärmespeicherung zu einer erheblichen Entlastung des Stromnetzes. Noch wichtiger wird der Effekt einer Lastenreduzierung durch einen guten Wärmeschutz, wenn man im „Quartier“ denkt. “
Wechselwirkung zwischen Netz und Gebäude: gut gedämmte Gebäude können die Spitzen der Heizlast in die „günstigeren“ Stunden verschieben
Durch den massiven Ausbau elektrischer Beheizungssysteme wird die Hauptlast des Strombedarfs in den Winter verschoben. Diese neue und veränderte Nachfrage wird Investitionen in Kapazitäten sowie in die Übertragungs- und Verteilungsinfrastruktur erfordern. Ein besserer baulicher Wärmeschutz senkt den Heizenergieverbrauch und damit die Anzahl notwendiger Windräder und PV-Anlagen signifikant.
Doch nicht nur die Menge an Strom, sondern auch die Frage, wann wieviel Strom gebraucht wird sowie die Wechselwirkung zwischen Netz und Gebäude stehen immer mehr im Vordergrund. Bisher wenig beachtet ist hingegen die verbundene Absenkung der notwendigen Heizlast durch effiziente Gebäude. Vor allem bei Wärmepumpen bestimmt die notwendige Heizlast die aufzuwendenden Investitionskosten. Die Heizlast hat auch einen erheblichen Einfluss auf das Stromnetz. Zu große Spitzenlasten können das lokale Stromnetz überlasten. Niedrige Heizlasten, die aufgrund eines systemdienlichen Wärmeschutzes erreichbar sind, garantieren hingegen eine Netzstabilität. Das Zusammenspiel aus Nachfrageflexibilität und Energieeffizienzpotenzial könnte die erforderlichen zusätzlichen Investitionen erheblich reduzieren.
Die Abbildung veranschaulicht, wie Effizienz, Erzeugung, Lastverschiebung kombiniert werden können, um die Heizlast eines Gebäudes zu senken. Sie zeigt auch, wie diese koordinierten Mechanismen zur Flexibilisierung der Nachfrage beitragen. Eine wesentliche Voraussetzung ist, dass das Gebäude über eine gut gedämmte und luftdichte Hülle und ein effizientes Heiz- und Lüftungssystem zur Reduzierung des Energiebedarfs verfügt. Damit verbunden sind geringere Energiekosten und reduzierte THG-Emissionen. Zusätzlich kann so, ohne Komforteinbußen, durch Lastverschiebung die Nachfragekurve eines Gebäudes gemildert werden, d. h. der Energieverbrauch wird von Spitzenzeiten auf anderen Zeiten verlagert, um sowohl die Kosten (bei tageszeitabhängigen Stromtarifen) als auch die Netzbelastung zu senken. Lasten können auch verschoben werden, um ein besseres Ausnutzen der volatilen Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien zu gewährleisten. In ungedämmten Gebäude sinkt die Raumtemperatur innerhalb von 2-3 Stunden deutlich unter das Komfortkriterium, bei Gebäuden mit einem ausreichenden Wärmeschutz sind Sperrzeiten von bis zu einem halben Tag ohne weiteres überbrückbar. Das heißt, dass der Einbau netzdienlicher Wärmepumpen in Kombination mit einer korrespondierenden Gebäudehülle und Energieerzeugung vor Ort (Solardachpflicht) netzeffiziente Gebäude ermöglicht und so aus energiewirtschaftlicher Sicht sinnvoll sind.