Integration erneuerbarer Energien mit Power-to-Heat in Deutschland (eBook)

Dominik Eller absolvierte von 2009 bis 2014 das Bachelor- und Masterstudium Europäische Energiewirtschaft an der FH Kufstein und ist seit 2012 als Portfoliomanager für ein Stromversorgungsunternehmen tätig.

Geleitwort 6
Vorwort 8
Inhaltsverzeichnis 9
Abbildungsverzeichnis 12
Tabellenverzeichnis 15
Formelverzeichnis 16
Abkürzungsverzeichnis 17
1 Einleitung 18
1.1 Problematik und Relevanz des Themas 18
1.2 Aufgabenstellung und Forschungsfrage 19
1.3 Methodik 21
2 Grundlagen Power-to-Heat 23
2.1 Definition und Kritik 23
2.2 Intelligentes Lastmanagement 23
2.3 Funktionsprinzip 25
2.4 Einsatzmöglichkeiten 28
2.4.1 Elektroheizer für Fernwärmenetze und Industrie 30
2.4.2 Elektrische Speicherheizungen 30
2.4.3 Elektrische Warmwasserbereitung 31
2.4.4 Hybride Heizsysteme 32
2.5 Energieflüsse bei Elektroheizern in Fernwärmenetzen 32
3 Ausbau erneuerbarer Energien 35
3.1 Historische Entwicklung 35
3.2 Ausbauziele 37
3.3 Herausforderungen und Lösungsansätze 38
4 Simulation von Stromsystemen 40
4.1 Prämissen und Annahmen 41
4.2 Gegenwärtiges Stromsystem 43
4.2.1 Methodik 43
4.2.2 Bruttostromverbrauch 46
4.2.3 Wind und Photovoltaik 49
4.2.4 Biomasse 52
4.2.5 Geothermie 52
4.2.6 Wasserkraft 53
4.2.7 Ergebnisse Gesamtsystem 58
4.3 Zukünftige Stromsysteme 63
4.3.1 Methodik 64
4.3.2 Ausbaupfade 65
4.3.3 Bruttostromverbrauch 68
4.3.4 Biomasse, Geothermie, Laufwasser 69
4.3.5 Wind 70
4.3.6 Photovoltaik 75
4.3.7 Wasserkraft Speicher 79
4.3.8 Ergebnisse Gesamtsystem 83
5 Wärmenachfrage in Deutschland 89
5.1 Endenergieverbrauch nach Nutzungsart 89
5.2 Energieverbrauch in Fernwärmenetzen 90
5.3 Verbrauchsprofile von Fernwärmenetzen 92
5.4 Anlagenbestand zur Deckung des Fernwärmebedarfs 97
5.5 Zukünftige Entwicklung des Fernwärmebedarfs 99
5.6 Stündlicher Fernwärmelastgang Deutschland 101
5.6.1 Methodik 101
5.6.2 Temperatur 103
5.6.3 Jährliche Fernwärmenetzeinspeisung 107
5.6.4 Tägliche Fernwärmenetzeinspeisung 108
5.6.5 Stündliche Fernwärmenetzeinspeisung 116
6 Status Quo Elektroheizer in Fernwärmenetzen 122
6.1 Elektrodenheißwasserkessel 122
6.1.1 Kesselarten und Funktionsweise 122
6.1.2 Hydraulische Einbindung und Netzanschluss 124
6.1.3 Regelbarkeit 125
6.1.4 Kosten 127
6.1.5 Realisierte Anlagen 129
6.2 Thermische Wärmespeicher 130
6.2.1 Physikalische Grundlagen 130
6.2.2 Speicherarten und Größen 131
6.2.3 Kosten 133
6.2.4 Rechtliche Aspekte 136
6.3 Einsatz von Elektroheizern am Großhandelsmarkt 138
6.4 Einsatz von Elektroheizern am Regelenergiemarkt 140
6.4.1 Grundlagen zu Regelenergie 140
6.4.2 Der Markt für Regelenergie 142
6.4.3 Eignung Elektroheizer für Regelenergie 145
6.4.4 Analyse SRL-Markt Österreich und Deutschland 146
6.4.5 Simulation Vermarktung Elektroheizer am SRL Markt 157
7 Potential von Power-to-Heat 169
7.1 Anzahl nutzbarer Fernwärmenetze 170
7.2 Stromüberschuss und zeitgleiche Fernwärmenachfrage 171
7.3 Nutzbare Stromüberschüsse 175
7.4 Wirtschaftlichkeit 178
7.4.1 Vollkostenrechnung und Wärmegestehungskosten 178
7.4.2 Prinzip des Bewertungsansatzes Vollkosten 179
7.4.3 Investitionskosten 182
7.4.4 Betriebskosten, Zinssatz, Nutzungsdauer 184
7.4.5 Wärmegestehungskosten Elektrokessel 184
7.5 Primärenergieeinsparung 187
7.6 Erhöhung Potential durch Wärmespeicher 189
7.6.1 Methodik 189
7.6.2 Zusätzlich nutzbare Stromüberschüsse 196
7.6.3 Wirtschaftlichkeit 199
7.7 EHK im Gesamtsystem der flexiblen KWK 207
7.8 Prämissen für Potentialberechnung 210
8 Zusammenfassung und Schlussfolgerung 213
9 Literaturverzeichnis 217
10 Anhang 227
10.1 Simulation zukünftiger Stromsysteme 228
10.2 Potential von Power-to-Heat 236
10.2.1 Stromüberschüsse und Fernwärmenachfrage 236
10.2.2 Erhöhung des Potentials durch Wärmespeicher 245