Demand Side Management mit W\u00e4rmepumpen<\/p>\n
Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien erh\u00f6ht sich auch der Regelbedarf im Stromnetz. Gerade die Einspeisung durch Photovoltaik- und Windenergieanlagen unterliegt durch ihre Wetterabh\u00e4ngigkeit gro\u00dfen Schwankungen. Durch Demand Side Management kann das unregelm\u00e4\u00dfige Aufkommen von Strom aus erneuerbaren Energien ausgeglichen und damit dessen Einspeisung unterst\u00fctzt werden. Anstelle der heute \u00fcblichen verbrauchsorientierten Erzeugung werden die Verbraucher vermehrt erzeugungsabh\u00e4ngig gesteuert. Dadurch l\u00e4sst sich die Gr\u00f6\u00dfe der n\u00f6tigen Speicher f\u00fcr Strom verkleinern, die \u00dcberkapazit\u00e4ten verringern und der erforderliche Netzausbau reduzieren.
Da ein bedeutender Teil, ca. 40 %, der Endenergie in Deutschland f\u00fcr die Erzeugung von Nutzw\u00e4rme verwendet wird, liegt ein gro\u00dfes Potenzial zum Lastmanagement in der Verkn\u00fcpfung des Strom- und W\u00e4rmesektors. W\u00e4rmepumpen als Bindeglied bieten sowohl im Geb\u00e4udebestand als auch im Neubau eine Option zur regenerativen Versorgung mit Nutzw\u00e4rme und lassen sich als schalt- und steuerbare dezentrale Verbraucher in ein intelligentes Stromnetz einbinden. Zudem erh\u00f6hen sie den bisher noch geringen Anteil von rund 9 % erneuerbarer Energien im W\u00e4rmebereich. Durch die thermische Tr\u00e4gheit der Geb\u00e4udemasse kann die Lastaufnahme der versorgten Geb\u00e4ude flexibilisiert werden. Bisherige Studien zur Ermittlung des Lastverschiebepotenzials gehen zumeist von einem separaten Warmwasserspeicher f\u00fcr Heizung und Trinkwasser aus, die M\u00f6glichkeiten des Einbezugs der Geb\u00e4udemasse wird meist nicht betrachtet. Dabei erschlie\u00dfen sich gerade dort gro\u00dfe Kapazit\u00e4ten, die sich je nach Geb\u00e4ude und Nutzer eine sehr unterschiedliche Charakteristik aufweisen. Auch wird meistens von einer separaten Steuerung der einzelnen W\u00e4rmepumpen durch ein einfaches Strompreissignal ausgegangen.
Ziel des Promotionsvorhabens ist die Entwicklung von vorausschauenden Regelungsstrategien f\u00fcr heterogene Geb\u00e4udegruppen, die durch erzeugungsabh\u00e4ngig gesteuerte W\u00e4rmepumpen mit Nutzw\u00e4rme versorgt werden. Ber\u00fccksichtig werden sowohl anlagentechnische als auch bauliche Eigenschaften der einzelnen Geb\u00e4udetypen, die sich durch eine unterschiedliche W\u00e4rmespeicherkapazit\u00e4ten und unterschiedlich gro\u00dfe W\u00e4rmeverluste \u00fcber die H\u00fcllfl\u00e4chen \u00e4u\u00dfern. Daraus ergibt sich eine charakteristische geb\u00e4udespezifische Zeitkonstante. Als Randbedingung muss ein festgelegter Raumkomfort in den Innenr\u00e4umen gewahrt werden. Zudem werden Wetter- und Stromprognose in die Regelungsstrategien einbezogen. Die unterschiedliche Tr\u00e4gheit und Speichergr\u00f6\u00dfe der Geb\u00e4udetypen sollen gezielt eingesetzt werden um das gemeinsame Lastverschiebepotenzial zu steigern.
Die Betrachtung soll sich auf Wohngeb\u00e4ude im deutschen Geb\u00e4udebestand beschr\u00e4nken. Zus\u00e4tzlich werden auch kleine Einzelhandelsfl\u00e4chen und wohn\u00e4hnliche Nutzungen zur Abbildung von Mischquartieren betrachtet. Es werden sowohl die Au\u00dfenluft als auch alternativ das Erdreich als W\u00e4rmequellen betrachtet. Die Auswahl der betrachteten Geb\u00e4udetypen erfolgt auf der Grundlage einer energetisch-\u00f6konomischen Betrachtung im Rahmen meiner Masterarbeit. Anhand der Auswahl werden bestehende Geb\u00e4udemodelle in der thermisch-dynamischen Simulationsumgebung TRNSYS weiterentwickelt. Auf Grundlage einer Parameterstudie werden die Modelle vereinfacht. Diese werden zur Simulation in einem Modell verwendet, das das dynamische Verhalten definierter typischer Geb\u00e4udeensembles abbildet. Im Hinblick auf die Optimierungskriterien Lastausgleichspotenzial, Effizienz der Nutzw\u00e4rmeerzeugung und unter Ber\u00fccksichtigung des thermischen Raumkomforts werden Regelungsstrategien entwickelt, im Simulationsmodell getestet, bewertet und optimiert. Daraus wird das Potenzial zur Lastverschiebung mit den optimierten Regelungsstrategien f\u00fcr verschiedene Geb\u00e4udekonstellationen und Ausbauszenarien abgesch\u00e4tzt.
Die Forschungsarbeit erschlie\u00dft optimierte M\u00f6glichkeiten der Integration von W\u00e4rmepumpen als regelbare dezentrale Energieeinheiten unter Einbezug auch der Geb\u00e4udemasse und tr\u00e4gt durch die Nutzung regenerativen \u00dcberschussstroms zur Senkung der CO2-Emissionen bei.
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