Wie Ihnen zukünftig Algorithmen einheizen werden

ThermSpe4EE – Thermische Speicher für erneuerbare Energien

In dem erfolgreich abgeschlossenen Projekt ThermSpe4EE (Thermische Speicher für Erneuerbare Energien) konnten die Pfalzwerke als Impulsgeber und Projektleiter zusammen mit Partnern aus Wissenschaft und Technologieunternehmen zeigen, dass die Energiewende nicht nur im Strom-, sondern auch im Wärmesektor realisiert werden kann.

Eine stromgeführte Wärmepumpe bezieht Strom dann, wenn ein hohes Angebot aus EE-Einspeisung verfügbar und der Strom dadurch zu günstigeren Preisen erhältlich ist. Ein intelligenter Optimierungs-Algorithmus erkennt, wie lange die Wärmepumpe in den nächsten 24 Stunden voraussichtlich arbeiten muss und wählt aus diesen folgenden Stunden diejenigen aus, in denen die Wärmepumpe dann arbeiten wird.

In dem Projekt wurden zukunftsfähige Ansätze erarbeitet, um vermehrt erneuerbare Energien für die Wärmeerzeugung und -speicherung zu nutzen, indem Wärmepumpen mittels intelligenter Algorithmen gesteuert werden. Die konkrete Zielsetzung besteht darin, zu klären, wie thermische Energiespeicher und die Speicherfähigkeit eines Gebäudes selbst in der elektrischen Energieversorgung genutzt werden können. Erwartet wird, dass durch eine geeignete Auslegung der Anlagen überschüssige Energiemengen vergleichsweise kostengünstig und energieeffizient gespeichert werden können. Künftig könnte das bedeuten, dass Energieverbraucher in Bestandsgebäuden – im Rahmen der angestrebten Sektorenkopplung – künftig auf Basis einer stromgeführten Wärmepumpe mit klimafreundlicher Wärme versorgt werden.

Bislang arbeiten Wärmepumpen mittels Temperaturfühler; sie schalten sich in der Regel dann ein (und verbrauchen Strom), wenn die Temperatur dies erfordert. Im Projekt wurde eine neue Wärmepumpenregelung entwickelt und erprobt: Eine stromgeführte Wärmepumpe mit integriertem Wärmespeicher bezieht Strom möglichst dann, wenn ein hohes Angebot aus EE-Einspeisung verfügbar und der Strom dadurch zu günstigeren Preisen erhältlich ist. Dies geschieht dadurch, dass ein intelligenter Optimierungs-Algorithmus auf Basis der vom Bestandsgebäude gelieferten Daten täglich eine Wärmebedarfs-Prognose erstellt. Das bedeutet: Der Algorithmus erkennt, wie lange die Wärmepumpe in den nächsten 24 Stunden voraussichtlich arbeiten muss und wählt aus diesen folgenden Stunden diejenigen aus, in denen der Strom am günstigsten ist - weil in diesen Stunden besonders viel EE-Strom verfügbar ist - und die Wärmepumpe am effizientesten arbeitet. Genau zu diesen Zeiten wird die Wärmepumpe dann arbeiten. Der Nutzen erschließt sich unmittelbar: Der Verbraucher kann günstigeren Strom beziehen; gleichzeitig wird mehr EE-Strom für die Wärmeversorgung genutzt.

Projektpartner:

  • ait-deutschland GmbH
  • geomer GmbH
  • Pfalzwerke AG
  • Technische Universität Kaiserslautern (TUK): Lehrstuhl Energiesysteme und Energiemanagement; Lehrstuhl für Hauskybernetik; Lehrstuhl für Massivbau und Baukonstruktion

ThermSpe4EE bringt die Energiewende auch in den Wärmesektor

Durch variable Tarife wird es möglich, den Stromverbrauch für die Wärmeversorgung intelligent und effizient mit der EE-Erzeugung und -Verfügbarkeit zu synchronisieren. Zudem kann dabei auch die Einspeisung aus einer eigenen Photovoltaik-Anlage vorrangig berücksichtigt und somit noch mehr Solarstrom für die Wärmeversorgung nutzbar gemacht werden.

Zudem wird mit ThermSpe4EE durch den Einsatz thermischer Speicher in den Wärmepumpen die Sektorenkopplung weiter optimiert; es entstehen zusätzliche Handlungsoptionen, um erneuerbare Energien im Wärmesektor zu nutzen. Die Sektorenkopplung, deren Grundgedanke durch die Funktionsweise der Wärmepumpen ja bereits illustriert wird, ist eine der zentralen Anforderungen an die Energiewirtschaft, um die angestrebten Klimaziele bis 2030 zu erreichen. Sie beinhaltet, erneuerbare Energien über den Stromsektor hinaus auch in anderen Verbrauchssektoren verstärkt zu nutzen und diese optimiert zu vernetzen.

Vom Pilotversuch zur Nutzbarkeit

Wie können erneuerbare Energien effizient für die Beheizung eingesetzt werden?

Das Projekt ThermSpe4EE beinhaltete zunächst die Entwicklung eines Regelkonzepts, die Einschätzung des Potenzials in der gesamten Metropolregion Rhein-Neckar und die Entwicklung eines geeigneten Algorithmus.

Nach erfolgreichem Abschluss dieser Projektschritte ist der erste Praxistest gestartet. Im Einfamilienhaus der vierköpfigen Familie Hoffmann aus Hagenbach wurde ein mehrmonatiger Pilotversuch durchgeführt. Der Betrieb der Pilotanlage konnte die Machbarkeit des Konzepts beweisen: Eine verstärkte Nutzung von EE-Strom ohne Verhaltensänderung der Verbraucher und bei optimalem Komfort ist auf diese Weise künftig möglich.

Aktuell werden auf Basis der Ergebnisse neue Energiemanagement-Systeme entwickelt.

Die Wärmepumpe der Familie Hoffmann kann simulieren, wann günstiger Strom zur Verfügung steht, um die Speicher aufzufüllen.
Regina Hoffmann steuert die Heizung ganz einfach per App.

Wir wollten weg von fossilen Brennstoffen und mit Erneuerbaren Energien heizen. Die Anlage läuft prima, von den Abläufen im Hintergrund haben wir nichts mitbekommen.

Regina & Thomas Hoffmann
aus Hagenbach
Teilnehmer Pilotprojekt