DEMAND-SIDE-MANAGEMENT MIT WÄRMEPUMPEN IN LUXEMBURG - POTENZIALE UND HERAUSFORDERUNGEN DER WÄRMEPUMPENFLEXIBILITÄT FÜR DIE SYSTEMINTEGRATION DER ERNEUERBAREN ENERGIEN ; Demand-Side-Management with Heat Pumps in Luxembourg - Potentials and Challenges of Heat Pump Flexibility for the System Integration of Renewable Energies

Mit der Einführung des “Green Deal“ hat die Europäische Union das Ziel der Klimaneutralität bis zum Jahr 2050 formuliert. Die notwendigen Maßnahmen werden auch in Luxemburg zu einem massiven Ausbau der fluktuierenden erneuerbaren Energien, vor allem von Windkraft und Photovoltaik führen, aus dem sich ein zunehmender Bedarf für Flexibilität im Energiesystem ableiten lässt. Die Ausgestaltung des EU-Binnenmarktes für Strom sieht eine aktive Beteiligung des Verbrauchers vor, der auf Basis flexibler Strompreise seinen Verbrauch steuert und somit, unter Reduktion seiner Energiekosten, zum Flexibilitätsbereitstellung beiträgt. In Privathaushalten zielen solche Demand-Side-Management Maßnahmen vor allem auf Wärmepumpen ab. Diese Arbeit untersucht das Flexibilitätspotenzial von Wärmepumpen in Wohngebäuden stellvertretend für den luxemburgischen Kontext und analysiert Herausforderungen, die sich in diesem Zusammenhang ergeben. Als Zeithorizont der Untersuchung gilt das Jahr 2030. Die hier vorgestellte Methodik ist dabei auf vergleichbare Regionen in Europa übertragbar. Die Aufgabenstellung wird anhand thermischer Simulationen in TRNSYS, die das Wohngebäude sowie das Heizungssystem darstellen, analysiert. Eine für diese Arbeit in MATLAB entwickelte Model-Predictive-Control steuert die Wärmepumpe auf Basis variabler Strompreise mit dem Ziel, die Energiekosten zu minimieren. Ein neuronales Netz bestimmt dabei die Wärmeentnahme aus dem Heizwärmespeicher, so dass die Model-Predictive-Control letztlich ohne integriertes Gebäudemodell funktioniert. Die Eignung dieses Ansatzes wird über die Simulationsergebnisse validiert. Aus den nationalen Entwicklungen im Gebäudebestand leitet sich ein theoretisches Wärmepumpenpotenzial von 236-353 MWel ab, das zur Flexibilitätsbereitstellungerschlossen werden kann. Die große Bandbreite entsteht aus unterschiedlichen Annahmen zur jährlichen Gebäudesanierungsrate. Das technisch erschließbare Potenzial ist bedeutend geringer und ergibt sich aus der Entwicklung des Wärmepumpenmarktes. Da die ...