Luftwärmepumpen in Österreich: Studie analysiert Auswirkungen auf das Stromnetz

frage

Eine neue Studie aus Österreich beschäftigt sich mit dem Stromverbrauch der Wärmepumpe – genauer, dem der Luftwärmepumpen. Das sind sozusagen die Stars unter den Wärmepumpen: Über 64 Prozent der neu installierten Anlagen in Österreich nutzen Umgebungsluft als Wärmequelle; ähnlich wie in Deutschland. Die Tendenz ist deutlich steigend.

Auswirkungen der Luftwärmepumpe auf das österreichische Stromnetz

Grund genug für eine Expertise zum Einsatz von Luftwärmepumpen in Österreich. Sie beschäftigt sich mit zwei zentralen Fragen:

  • Wie wirken sich Luftwärmepumpen auf das österreichische Stromnetz aus?
  • Welche Erhöhung der Netzbelastung ist zu erwarten?
  • Welche CO2-Emissionen werden durch die Stromerzeugung von neu installierten Luftwärmepumpen verursacht?
Entwicklung der Anzahl der Wärmepumpeninstallationen in Österreich, 1999 - 2014 (LWP: Luftwärmepumpen; SWP: sonstige Wärmepumpen) Quelle: e7 auf Basis Biermayr 2013

Entwicklung der Anzahl der Wärmepumpeninstallationen in Österreich, 1999 – 2014 (LWP: Luftwärmepumpen; SWP: sonstige Wärmepumpen)
Quelle: e7 auf Basis Biermayr 2013

Auftraggeber der Studie

Die Studie wurde von drei Organisationen in Auftrag gegeben:

  • Verein Freie Wärme Österreich; vertritt Unternehmen und Verbände der Brennstoff,- Heizgeräte- und Kaminbranche und steht laut eigenen Aussagen für eine technologieoffene Kommunikation über und freie Wahl der Heizsysteme
  • proPellets Austria, Verband der österreichischen Pelletwirtschaft
  • Schiedel GmbH, ein großer Anbieter von Kaminsystemen

Die Geschäftsführer von proPellets und Schiedel gehören auch zum Vorstand des Vereins Freie Wärme Österreich, neben dem Geschäftsführer des Österreichischen Kachelofenverbandes und dem Bundesinnungsmeister der Rauchfangkehrer.

Macher und Methoden

Erstellt wurde die Studie von dem unabhängigen Forschungs- und Beratungsunternehmen e7 Energie Markt Analyse GmbH. Die Autoren sind Georg Benke, Christof Amann und Stefan Amann. Ihr Vorgehen basiert auf der Auswertung bestehender Daten und Fakten, insbesondere der Analyse von acht aktuellen Studien zur Jahresarbeitszahl von (Luft-)Wärmepumpen, sowie einer Modellrechnung über den Einsatz österreichischer Stromkraftwerke. Die Modellierung wurde von der Prognos AG (Berlin) extra für die Studie angefertigt und umfasst den Kraftwerkseinsatz 2013 und 2014.

Die Analyse

Und hier die wesentlichen Bearbeitungsschritte der Studie:

  • Marktüberblick Luftwärmepumpen
  • konservative Schätzung der installierten Heizleistung an Hand der Absatzzahlen
  • plausible Verteilung über die neun Bundesländer an Hand von Expertengesprächen, eigenen Berechnungen, in Anspruch genommener Förderung und Wohnbau-Statistik
  • Erstellen des Stromnachfrageprofils von Luftwärmepumpen
  • Herleiten des CO2-Emissionsfaktors für den Luftwärmepumpenstrom
  • Vergleich mit anderen Energieversorgungssystemen

Das Besondere am verwendeten Strommarktmodell ist, dass der Primärenergieeinsatz und die damit verbundenen Emissionen der österreichischen Kraftwerke stundengenau berechnet wurden. So können die CO2-Emissionen, die beim Einsatz der Luftwärmepumpen entstehen, realitätsnah abgebildet werden. Denn normalerweise wird ein Jahresdurchschnittswert des Strommixes herangezogen, was ein verfälschtes Bild ergibt, da die Stromabnahme durch Luftwärmepumpen naturgemäß im Winter am größten ist. Also dann, wenn mehr fossile Kraftwerke in Betrieb sind.

Die Ergebnisse

Die Analyse der Feldstudien ergab, dass Jahresarbeitszahlen für Luftwärmepumpen von 2,8 bis 3,0 realistisch sind. Die Auswirkungen von Luftwärmepumpen auf das österreichische Stromnetz und die CO2-Emissionen lassen sich beziffern:

  • Erhöhung der Maximalleistung im Netz um rund 170 bis 180 MW
  • tritt für weniger als 10 Stunde im Jahr auf
  • entspricht 2% der Nachfrageleistung (= Leistung des Kohlekraftwerks Riedersbach II)
  • verursacht CO2-Emissionen in der Höhe von rund 650 g je kWh an Endenergie Strom
  • moderne Brennwert-Gasheizungen verursachen gleich hohe oder sogar geringere CO2-Emissionen; Ölkessel schneiden sehr viel schlechter ab:
CO2 Vergleich: Luftwärmepumpe (LWP) gegenüber Gas bzw. Heizöl; JAZ = Jahresarbeitszahl Emissionsfaktor: 642 g CO2/kWh Quelle: Berechnung und Grafik e7

CO2 Vergleich: Luftwärmepumpe (LWP) gegenüber Gas bzw. Heizöl; JAZ = Jahresarbeitszahl
Emissionsfaktor: 642 g CO2/kWh
Quelle: Berechnung und Grafik e7

 

  • PV-Strom kann keinen nennenswerten Beitrag zur Raumheizung leisten:
Verteilung der Jahreswärmenachfrage (HGT) und des Ertrags einer Photovoltaikanlage (PV), realer Standort, 2014 Quelle: e7 Berechnungen 2015

Verteilung der Jahreswärmenachfrage (HGT) und des Ertrags einer Photovoltaikanlage (PV), realer Standort, 2014
Quelle: e7 Berechnungen 2015

 

Was man außerdem nicht vergessen darf: Bei sinkender Außentemperatur steigt der Strombedarf überproportional zur Heizlast, wie die Grafik unten eindrücklich belegt. Deshalb werden etliche Wärmepumpenanlagen unterdimensioniert; bei besonders hohen Heizlasten springt dann ein so genannter Heizstab ein, der nichts anderes ist als eine Stromdirektheizung. Die Studie kommt zu der Einschätzung, dass der Heizstab die Spitzenlast im Stromnetz erhöht.

Stromverbrauch Luftwärmepumpe in Abhängigkeit von der Außentemperatur (°C) Quelle: Berechnung und Grafik e7

Stromverbrauch Luftwärmepumpe in Abhängigkeit von der Außentemperatur (°C)
Quelle: Berechnung und Grafik e7

Offene Fragen und Empfehlungen

Die Studie empfiehlt weitergehende Forschungen (Messreihen) um den Heizstab-Effekt zu beziffern, sowie eine detailliertere Untersuchung des Spitzenlasteffekts durch Luftwärmepumpen. Außerdem stellt sich die Frage, welche Systemkonfigurationen (Kombi von LWP und Gasheizung) die geringsten Emissionen liefern. Auch die Kombination mit biogenen Energieträgern sollte verstärkt als Option ins Auge gefasst und näher analysiert werden. Desweiteren empfiehlt die Studie, Luftwärmepumpen mit Wärmespeichern zu kombinieren. Und es sollte die Möglichkeit bestehen, sie ganz vom Netz zu nehmen.

Mein Fazit

Die Studie bestätigt im Grunde vieles, was wir schon aus anderen Quellen wussten – Stichwort Thermosensibilität. Photovoltaik kann lediglich ein Zubrot sein – im März und Oktober (wie die Grafik oben zeigt) oder für die Warmwassererzeugung im Sommer. Und auch ich würde es befürworten, wenn bei der Wärmepumpendiskussion stärker zwischen den Wärmequellen differenziert würde. Weil Erd- oder Wasserwärmepumpen bessere Jahresarbeitszahlen erreichen und den Stromhaushalt tendenziell weniger belasten als Luftwärmepumpen. Luftwärmepumpen für den Wohnhausbereich sind für mich nur eine Option, wenn sie geschickt mit anderen Energien kombiniert werden oder wenn sie ihre Energie aus Abwärme beziehen statt aus der Außenluft.

Weitere Artikel zu diesem Thema:

Bild: David-W- / photocase.de
Grafiken: Biermayr et. al. und e7

Darf’s ein bisschen mehr sein? Passend zum Thema:

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6 Kommentare zu “Luftwärmepumpen in Österreich: Studie analysiert Auswirkungen auf das Stromnetz”

  1. Boiko

    Ich habe die Studie vor einigen Tagen analysiert und muss schon sagen, dass sie wenig nachvollziehbar und fundiert erarbeitet wurde. Es wurden viele Annahmen getroffen, die fragwürdig sind und manche Quellen wurden nicht nachvollziehbar angeführt. Solche Werke kann man getrost als wenig serös und absichtlich verzerrend bezeichnen. Man kann von Luftwärmepumpen halten was man mag, aber der Auftrag war womöglich nicht ganz uneigennützig und ohne Hintergedanken erteilt.

    1. Sabine E. Rädisch Post Author

      Mich überrascht eher, dass das Ergebnis nicht noch schlechter ausgefallen ist. Das Phänomen der Thermosensiblität ist schon länger bekannt, d.h. die Stromlaststeigerung pro Kelvin sinkender Außentemperatur. Nachlesen kann man das unter anderem in diesem Vortrag von Katherina Grashof; rausgefunden hat es der französische Übertragungsnetzbetreiber RTE. Dazu und zu den Gesetzen des Strommarktes siehe auch unser Interview mit Eva Hauser vom IZES-Institut.

      Zumindest ist nachvollziehbar, an welchen Stellen der Studie Annahmen getroffen wurden; es wird auch klar gesagt, dass die Analyse auf vorhandenen Daten beruht und nicht auf eigenen Erhebungen. Eine Ausnahme bildet das Strommarktmodell. Laut diesem Modell wurde der tatsächliche Stromverbrauch angesetzt – und gegenüber einem Jahresmittelwert ergibt sich hier wohl ein genaueres Bild der Wirklichkeit. Annahmen stehen also genaueren Erhebungen gegenüber. Wissenschaftlich wird man eine solche Studie nicht nennen können, aber das behaupten die Autoren auch nicht.

  2. Hermann Lorenz

    Man darf bei der WP nicht vergessen, dass auch Windstrom – der besonders in den Wintermonaten zur Verfügung steht – für die nachlassende PV-Leistung einspringt. Die schöne Ergänzung von Sonne und Wind ist in Fraunhofer Studien gut nachzulesen. Somit kann man Windstrom im WW-Pufferspeichern oder auch Batterien intelligent für die WP nutzen. Es geht auch OHNE FOSSIL!

    1. ich

      Windstrom kann mann nur in Pufferspeichern zwischenspeichern wenn man welche installiert hat. Während Speicher für warmes Trinkwasser verbreitet sind haben Installationen mit Luft-WP normalerweise keine Pufferspeicher für Heizungswasser welche auch nur 12Stunden den Wärmebedarf abdecken könnten.
      WP erhöhen die Maximalleistung im Netz.
      Auch wenn ihre Laufzeiten um wenige Stunden verschiebbar wären würden Sie dennoch die Maximalleistung im Netz erhöhen.

  3. Gerhard Laimer

    Zuerst möchte ich vorausschicken, dass jede Form von erneuerbarer Energie willkommen ist um von den fossilen Energien wegzukommen.
    In der Studie wurden aber einige Dinge schlichtweg verschwiegen und nicht korrekt wiedergegeben, Das finde ich schade. So weit ich gehört habe, waren auch die Autoren, die in der Studie zitiert wurden sehr überrascht, was da mit ihren Daten gemacht wurde.
    Und es macht auch einen Unterschied, ob man Daten verwendet, die „tagesaktuell“ sind oder schon ein paar Jahre auf dem Buckel haben.
    Die Auftraggeber hatten ein klares Ziel und haben aus meiner Sicht darüber hinausgeschossen!

    Zweifellos gibt und gab es auch Luft/Wasser Wärmepumpen, die sehr schlechte Ergebnisse geliefert haben.
    Wenn man sich jedoch die Ergebnisse des aktuellen Standes der Technik anschaut, dann sind aus meiner Sicht Luft/Wasser Wärmepumpen eine sehr gute erneuerbare Energiequelle, wenn auch nicht pauschal und überall einsetzbar.
    Wenn man hochwertige Komponenten verwendet, wie das bei österreichischen oder auch deutschen (europäischen) Wärmepumpenherstellern der Fall ist und die mit intelligenter Regelungstechnik kombiniert, dann können sich die Ergebnisse durchaus sehen lassen.
    Luft/Wasser Wärmepumpen oder ganz pauschal alle Wärmepumpen führen sogar zu einer Glättung des Stromverbrauches und nicht zu einem Anstieg. Und wenn man dann auch noch das Thema Smart Grid ins Spiel bringt, dann glaube ich, dass hier der Wärmepumpentechnologie noch eine weitere Schlüsselrolle zukommen könnte. Dann kann man die wärmepumpe ganz gezielt zu oder abschalten, wenn es die Netzbelastung erforderlich macht, dasist ein spannendes Thema.

    Allemal dramatisch besser als die in der Werbung in den vergangen Monaten immer wieder vorgestellte Version der „neuen Direktheizung“ durch Solarstrom – das ist ein technisch sehr gefährliches Spiel, dass hier gespielt wird.
    Also
    Wärmepumpen, auch Luft/Wasser Wärmepumpen, mit Pufferspeicher oder Bauteilaktivierung
    sind eine gute Sache und nicht mehr wegzudiskutieren, obwohl klar ist, dass Erdgebundene Wärmepumpen (Wasser/Wasser oder Sole/Wasser) einen besseren Wirkungsgrad ergeben.

    Und natürlich geht auch die Kombination mit Solarwärme – das ist eine technisch sehr interessante Lösung.
    Der Markt wird das in den nächsten Jahren zeigen, und wir alle werden das beobachten können!

    1. Sabine E. Rädisch Post Author

      Danke für den ausführlichen Kommentar. Wir werden uns hier immer wieder mit der Technik beschäftigen und auch versuchen darzustellen, was die sinnvollen Anwendungen sind, auf die Sie hier zu Recht hinweisen.

      So weit ich gehört habe, waren auch die Autoren, die in der Studie zitiert wurden sehr überrascht, was da mit ihren Daten gemacht wurde.

      Interessant, das ist mir noch nicht zu Ohren gekommen. Beziehen Sie sich auf das zugelieferte Strommarktmodell oder haben Sie da noch weitere Erkenntnisse?

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