WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG Das Haus der Zukunft… oder „Warum die Wärmepumpe das bessere Elektroauto ist…“ Arend Leers | St. Christoph am Arlberg | 18. März 2013
Jul 21, 2016
WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG
Das Haus der Zukunft… oder
„Warum die Wärmepumpe das bessere Elektroauto ist…“
Arend Leers | St. Christoph am Arlberg | 18. März 2013
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Pressestimmen…
›Es ist 5 Minuten vor 12 ›Wir verschwenden immer noch zu viel kostbare Energie
›Die globale Umweltbelastung und der damit verbundene Klimawandel wird zum weltweiten Unfrieden führen
›Die Industriestaaten gefährden durch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ihre Wettbewerbsfähigkeit
› Das ist aber „nur“ ein temporäres Phänomen der Modernen…
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Der aktuelle Verbrauch aller Reserven schädigt die zukünftigen Generationen nachhaltig und irreversibel
Optionaler Titel
fossiler Energieverbrauch
2000 1000 0 3000 Zeit/ a
Quelle: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen, TU München, 4. Quartal 2011
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Das Energiekonzept der Bundesregierung – 3 Säulen
› Beschleunigter Ausbau Erneuerbarer Energien
› Schrittweiser Ausstieg aus friedlicher Nutzung der Kernenergie bis 2020
› Reduktion des Energieverbrauchs durch Sparen von Energie
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Entwicklung WSVO / EnEV
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Technisch kann der Wärmebedarf von Neubauten weit über die Anforderungen der EnEV 2009 hinaus reduziert werden
› Wärmebedarf verschiedener moderner Neubautypen
Quellen: Industrie Initiative effizienter Klimaschutz, Booz & Company Analyse
Niedrig-energiehaus
3-Liter-Haus Passivhaus Nullenergiehaus Plusenergiehaus
< 70 kWh/m2/a < 30 kWh/m2/a < 15 kWh/m2/a ~0 kWh/m2/a < 0 kWh/m2/a
> Als Niedrigener-giehäuser bezeichnet man Gebäude, die den momentan gesetzlichen geforderten EnEV Max. noch unterschreiten
> Gebräuchlich ist mittlerweile die KfW-Energiehaus 60 Definition
> Der 3-Liter-Haus Standard ist definiert durch einen maximalen Energiebedarf von 30 kWh/m2/a, was etwa 3 Litern Heizöl pro m2/a entspricht
> Im Passivhaus kann aufgrund der Dämmung auf eine konventionelle Heizung verzichtet werden
> Wärme wird primär passiv (z.B. Sonneneinstrahlung) erzeugt
> In der jährlichen Bilanz benötigt das Nullenergiehaus keine ext. Energie-zufuhr (Elektrizität, Gas, Öl usw.)
> Die benötigte Energie wird im bzw. am Haus selbst erzeugt (z.B. durch Solaranlagen)
> Das Plusenergiehaus ist ein energie-effizientes Haus, das mit einer PV-Anlage ausgerüstet ist, die mehr Energie produziert als für Heizung, Warmwasser und Haushaltsstrom über das Jahr gerechnet benötigt wird
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doch… Deutschland ist gebaut!
› Ca. 75% des Wohngebäudebestands sind vor der 1. WSVO 1978 gebaut worden und weisen einen sehr hohen Energiebedarf auf
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Bestandsanalyse Heizungsmarkt Deutschland
› Ca. 20% des heutigen Heizungsbestandes sind komplett veraltet und ökologisch wie wirtschaftlich ineffizient
Quelle: RWE, BDEW, DENA, Viessmann
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Das Energiekonzept der Bundesregierung – 3 Säulen
› Beschleunigter Ausbau Erneuerbarer Energien
› Schrittweiser Ausstieg aus friedlicher Nutzung der Kernenergie bis 2020
› Reduktion des Energieverbrauchs durch Sparen von Energie
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Das Energiekonzept der Bundesregierung
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1990 2008 2020 2030 2040 2050
Verän
deru
ng
[%
]
Endenergieverbrauch Strom
Anteil Erneuerbarer Energien
Primärenergieverbrauch
Treibhausgasemission
Quelle: Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch, , TU Braunschweig, 4. Quartal 2011
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Strom-Mix in Deutschland: 2010-2020-2050
Kernenergie*
Gas, Kohle
Sonstige
Photovoltaik
Wasserkraft
Biomasse
Windenergie
Geothermie
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2010 2020 2050
Stro
mm
ix in
%
Technisch-Ökologische Potenziale der Erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung
Geothermie
Windenergie
Biomasse
Wasserkraft
Photovoltaik
Sonstige
Gas, Kohle
Kernenergie
Trendlinie
*Das Gesetz sieht vor, das spätestens 2022 das letzt Kernkraftwerk in Deutschland abgeschaltet wird Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien, Stand 1/2009 und 1/2011, sowie Umweltbundesamt, Stand 7/2010 Fundierte Zahlen nach den neuesten Entscheidungen zur Energiepolitik 2011 werden von der Bundesregierung erst für die EEG-Novelle 2012 erwartet; bis dahin bleibt das Energiekonzept vom 28.9.2010 unverändert bestehen
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Das Energiekonzept der Bundesregierung – 3 Säulen
› Beschleunigter Ausbau Erneuerbarer Energien
› Schrittweiser Ausstieg aus friedlicher Nutzung der Kernenergie bis 2020
› Reduktion des Energieverbrauchs durch Sparen von Energie
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Stromerzeugung über eine Woche im Frühjahr 2008 Quelle: Prof. Dr. V. Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Berlin 07/2011
EINFLUSS AUF ENERGIEERZEUGUNG UND NETZAUSLASTUNG
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Einfluss auf Energieerzeugung und Netzauslastung: Szenario Frühjahr 2020
Photovoltaik und Wärmepumpe
Quelle: Prof. Dr. V. Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Berlin 07 | 2011
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Lastferne Erzeugungsstruktur in 2030 bedingt zunehmende Netzengpass-Situationen in Deutschland.
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Wo sind die Stellschrauben zum Energiesparen/Speichern ???
Quelle: AG Energiebilanzen 2007 / CO2 Gebäudereport 2007 des BMVBS; asue.de
Energieverbrauch nach Sektoren
Aufteilung Energieverbrauch eines typischen Haushalts
15%
29%
Verkehr
27%
Industrie
Gewerbe,
Dienstleistungen
Private
Haushalte
29%
78% Heizung
11% Warmwasser
5% Sonstige Geräte
2% Kochen/Waschen/Spülen
3% Kühlen/Gefrieren
1% Licht
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Das intelligente Haus im Mittelpunkt des Energiewandels
WARMWASSER ERNEUERBARE ENERGIEN KLIMA RAUMHEIZUNG
Verfügbare Lösungen Bereich Heizung, Warmwasser und Photovoltaik
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Die Perspektive: Lastenabhängige Stromtarife
› Energieversorger gibt nur Signal vor:
› Strompreis hoch
› Strompreis normal
› Strompreis günstig
› „…dass viele Stromkunden ihr Nutzungsverhalten ändern, wenn die Preise für Energie stundenabhängig variieren und der Kunde Einsparungen erzielen kann. (…) Ein solches Verhalten der Kunden ist wichtig, um die Energieversorgung für die Zukunft aktiv zu gestalten. Fließt zum Beispiel mehr Windenergie ins Netz, dann kann Strom günstiger angeboten werden… . Seien Sie also gespannt auf zukünftige Produkte und Tarife … - Sie werden damit noch mehr Möglichkeiten bekommen, aktiv Ihre Energiekosten zu senken.“ Quelle: E.ON Kundenzeitschrift, Editorial 3. Quartal 2011
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Lösung 1: Virtuelle Kraftwerke
› Wärmepumpen können zum Lastausgleich geschaltet und gesteuert werden. Sie gleichen regionale Lastspitzen aus und sorgen für ein stabiles Stromnetz.
› D.h. ungefähr 10% der heutigen Windlast könnte bereits heute von der Wärmepumpe sinnvoll genutzt werden. Die größten Windlasten fallen zudem in der Heizperiode an.
› Erste Projekte gibt es unter dem Namen „virtuelle Kraftwerke“ seit Ende 2011 in Zusammenarbeit mit Vattenfall.
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Lösung 1: Virtuelle Kraftwerke
› „Mehr als 87.000 Wohneinheiten werden über das Virtuelle Kraftwerk versorgt. Bis Ende des Jahres werden es 100.000 Wohneinheiten sein.“ Quelle: Vattenfall, 1. Quartal 2012
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Lösung 2: Eigenverbrauch optimieren - Stromnetze entlasten
Quelle: SMA
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Zwei Lösungen…
› Die Unstetigkeit der erneuerbaren Energiequellen (Wind und Sonne) bedingen einen Paradigmenwechsel, von der generell verbrauchsabhängigen Erzeugung zu mehr erzeugungsabhängigem Verbrauch
…um günstigen (PV-)Strom im Haushalt nutzbar zu machen:
› Arbeit verschieben (Mittags waschen, Geschirrspüler…)
› Energie speichern
› Elektrisch (Batteriesysteme)
› Thermisch (Wärmepumpe, Speicherheizung)
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Energie speichern – aber wie?
Photovoltaik und Wärmepumpe
Li-Ionenakku 5 kWh Entladung max. 80% Entladezyklen: 4.000
Preis: ca. 8.000,- €
100 Liter H2O 5 kWh bei delta T = 45K
Entladung: 100% Entladezyklen: unbegrenzt
Preis: ca. -,38 €
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Aufteilung des Energieverbrauchs eines typischen Haushalts
Quelle: AG Energiebilanzen 2007 / CO2 Gebäudereport 2007 des BMVBS; asue.de
27%
29%
78% Heizung !!!
11% Warmwasser
5% Sonstige Geräte
2% Kochen/Waschen/Spülen
3% Kühlen/Gefrieren
1% Licht
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„Strom ist zum Verheizen zu teuer!“ – Stimmt das ???
› Einspeisung des Überschüssigen Stromes ins Netz
› Einspeisevergütung = -,18 € / kWh
› „Veredlung“ mit Umweltwärme
› Wärmepumpe mit COP/JAZ von z.B. 3,5
› Speicherung in Form von Brauchwarmwasser
› z.B. SBK oder WWK 300
5 kWh /elektrisch x 3,5 = 17,5 kWh (thermisch)
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„Strom ist zum Verheizen zu teuer!“ – Stimmt das???
›5 kwh x -,18 € › Entspricht damit ›17,5 kWh a. -,05 €
5 kWh /elektrisch x 3,5 = 17,5 kWh (thermisch)
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Entwicklung und Prognose von Strompreise in Deutschland
› Quelle: Volker Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
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Erster Schritt, WWK 300 PV.
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WWK 300 PV
Photovoltaik und Wärmepumpe
› Integration einer einfach zu realisierenden 230 Volt Schnittstelle zur Steuerung der Aufladung
› Schaltuhr sorgt für Mindestaufladung an sonnenarmen Tagen
› Interne Verschaltung und Design des Interfaces sorgt für hohe Betriebssicherheit und hohen Kompatibilitätsgrad zu externen Anlagen und Steuerungen
› 3 Installations- bzw. Betriebsvarianten
› Schaltuhrbetrieb
› Wechselrichteransteuerung
› Automationsgesteuert (Smart Home mit Smart Meter)
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Energie speichern – aber wie?
Photovoltaik und Wärmepumpe
Li-Ionenakku 5 kWh Entladung max. 80% Entladezyklen: 4.000
Preis: ca. 8.000,- €
300 Liter H2O 17,5 kWh bei delta T = 40K
Entladung: 100% Entladezyklen: unbegrenzt
Preis: ca. 2.650,-€
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PV-Planungstool
Photovoltaik und Wärmepumpe
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PV-Planungstool (2)
Photovoltaik und Wärmepumpe
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PV-Planungstool (3)
Photovoltaik und Wärmepumpe
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… und die Heizung?
› Grundsätzlich das gleiche Thema
› Geringere ΔT - größere Speichervolumina möglich
› 1.000 l bei 45/30°C -> 17,5 kWh (thermisch)
› 1.000 l bei 60/30°C -> 35 kWh (thermisch)
› Nächtlicher Absenkbetrieb verlagert „Arbeitszeit“
› „Smarte“ Regelung möglich
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DAS KONZEPT
Lokal Mobil
SERVICEWELT PORTAL
PC
Smart Device
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DIE LÖSUNG
Verknüpfung intelligenter Heizungsregelungen mit „dem Rest der Welt“
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Der neue Wärmepumpenmanager
Einer für alles - Einheitliche Bedienung
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INTERNET SERVICE GATEWAY
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Smart Energy Extension
Die Smart Energy Extension ist die Hardwareerweiterung für das ISG
Eingänge für den Anschluß an zwei
Koppelrelais
Einfacher Einbau als Nachrüstung
Optimierung des Eigenverbrauchs durch Kopplung mit dem Relaisausgang eines kompatiblen Wechselrichters
Kopplung mit einem Rundsteuerempfänger
SG Ready ist der neue Kommunikations- standard für die Anbindung an das Smart Grid
Vorteile gegenüber einer reinen „Reglerlösung“
• Betriebs- und Tarifanpassungen über das ISG remote möglich • Monitoring und Optimierung des Wärmepumpenverhaltens möglich
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Smart Energy Extension
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ISG Erweiterungen
Softwareerweiterungen für das ISG
kostenpflichtige Erweiterung der Kommunikationsfähigkeiten durch Remote Update
KNX IP
Webschnittstelle (EMI)
Weitere IP basierte Schnittstellen in Planung
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KNX IP
Showcase auf der ISH: Gira Control 19
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Energy Management Interface (EMI)
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Systemübersicht
Kein WP Tarif (Zähler) möglich
Z1 Zweirichtungszähler
Z2 PV-Ertragszähler
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SMA Sunny Home Manager
› Erstellung von Erzeugungs- und Verbrauchsprognose
› Steigerung der Eigenverbrauchsquote durch intelligente Lastverschiebung
› Einfache Anlagenvisualisierung und -überwachung via Sunny Portal
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SMA Sunny Home Manager
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SMA Sunny Home Manager
› 20 – 40 % natürlicher Eigenverbrauch
› + 10 % Eigenverbrauch durch Energiemanagement oder
› + 30 % Eigenverbrauch durch Energiemanagement und Wärmepumpe
› +10% Eigenverbrauch bei Einsatz eines 2 kWh Batteriespeichers
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Intelligente Systemlösung von Stiebel Eltron
› Beispiel Einfamilienhaus
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Intelligente Systemlösung von Stiebel Eltron
› Beispiel Mehrfamilienhaus
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Fazit
› Die Energiewende birgt viele Herausforderungen – bietet aber reichhaltige Chancen.
› Die Wärmepumpe ist heute und auch in Zukunft ein unverzichtbares Produkt in der Energieversorgung und Wärmegewinnung.
› Neben dem Heizen, Kühlen und der Warmwasserbereitung kommen die Funktionen Speicherung von schwankenden Strommengen hinzu.
› In der Kombination mit einer PV-Anlage kann sie den Eigenverbrauch im Haus erhöhen und entlastet damit die Zuführung von Strom in die Netze.
› Die Kombination von PV und WP erfüllt die Anforderung der Politik ab 2020, nur noch Plusenergiehäuser zu bauen.
› Wenn Sie den Trend aktiv für sich nutzen wollen: STIEBEL ELTRON hilft Ihnen, die neuen Herausforderungen zu meistern!
Optionaler Titel
fossiler
Energieverbrauch
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Ze
it/
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DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT
“ANDERE SYSTEME HABEN TRADITION…
…WÄRMEPUMPEN HABEN ZUKUNFT!“