TransUrban.NRW Reallabor in Nordrhein-Westfalen; Autarke Übergabestationen & TZ-Regelung

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Dr. Annette Steingrube | Fraunhofer ISE Dr. Christian Wilke | E.ON Energy Solutions GmbH Geschäftsmodelle für sektorengekoppelte Niedertemperatur-Wärmenetze Ergebnisse aus dem Reallabor der Energiewende Transurban.NRW

Übersicht über TransUrban.NRW Quartiere Shamrockpark Herne Seestadt mg + Wohnen am Stadtteilpark Hassel Düssel-Terrassen Erkrath Gebäudenutzung sehr diverses (Neubau und Bestand) Wohnen & Gewerbe (Neubau) Wohnen (Neubau) Wohnen & Kita (Neubau) Dämmung der Rohre Ja ja nein ja Leitertemperaturen konstant (12 °C / 22 °C) konstant (29 °C / 44 °C) variabel (min. WL 3 °C / max. 14 KL) konstant (ca. 45 °C) Medienstrom / Lage der Pumpen ungerichtet / dezentral gerichtet / zentral ungerichtet / dezentral gerichtet / zentral Konzept Übergabestation Wärmepumpe & direktes Kühlen direktes Heizen + Heizstab & Kompressionskälte Wärmepumpe & direktes Kühlen direktes Heizen + Heizstab in Pufferspeicher Regelungskonzept / MSR Übergeordnete Regelung des Gesamtsystems Zunächst autarke, später übergeordnet Regelung Autarke Übergabestationen & Regelung der TZ voraussichtlich übergeordnet Regelung Regenerative Wärmequelle Niedertemperatur- Abwärme Abwasser & Geothermie Geothermie & Luft Luft

Personen: ~ 500 Wohneinheiten: 200 Baustandard: EH 55/40 Das Quartier „Wohnen am Stadtteilpark“ Hassel 15 Mehrfamilienhäuser 36 Einfamilienhäuser

Das technische Konzept Nutzwärme Nutzwärme Passive Kühlung Passive Kühlung Gebäude MFH Gebäude EFH Heizraum MFH Heizraum EFH Dez. WP Dez. WP Thermische Speicher Dez. Kälte- übertrager Strom - speicher Thermischer Speicher Dez. Kälte- übertrager Tischkühler Balancing Unit/ Netzspeicher Luft-Wasser- Wärmepumpe Kaltes Nahwärmenetz Leittechnik Technikzentrale PV Sonne Stromnetz Geothermie Aerothermie Mieterstrom

Bilddokumentation

Wärmepumpe Wärmespeicher Trinkwarmwasser Wärmetauscher Heizwärme Temperierung Die Grüne Quartiere GmbH liefert, betreibt und wartet alle relevanten Komponenten ectogrid Systempreis ▪Wärmelieferung ▪Temperierung ▪Anlagenbereitstellung ▪Aufbau und Installation ▪Wartung und Service ▪Instandhaltung ▪Risikoübernahme ▪Einhaltung der städtischen Vorgaben Niedertemperatur- system 35°C ** Geschäftsmodell: Besonderheit Systempreis

Neue Wege im Einfamilienhaus mit dem Systempreis 7 Komforttemperierung Full-Service CO2-Neutralität Preisstabilität Vorteile: • Keine Investitionen in Erzeugungsanlagen • Kein Anschlusskostenbeitrag • Kein Strom für die Wärmepumpe • KfW-55 Standard ausreichend • Nutzerverhalten wird über Bonus-Malus-Regelung angereizt Wärmepumpengröße Preis pro Monat in 2024 < 6,0 kW Ca. 224,- EUR < 7,9 kW Ca. 277,- EUR < 10,7 kW Ca. 325,- EUR < 13,8 kW Ca. 378,- EUR

Geschäftsmodell: Flexibler Betrieb der Erzeuger/Verbraucher Motivation

Geschäftsmodell: Flexibler Betrieb der Erzeuger/Verbraucher Motivation Flexibilisierung von Erzeugern und Verbrauchern notwendig, um Stromnetzausbau zu begrenzen 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Investitionen VNB [Mio. €] Jahr [-] Reale Investitionen VNB VNB Investitionsprognose des IMK Eigene Darstellung auf Basis von Daten von BNetzA und IMK

Geschäftsmodell: Flexibler Betrieb der Erzeuger/Verbraucher Motivation Flexibilisierung von Erzeugern und Verbrauchern notwendig, um Stromnetzausbau zu begrenzen Das Anbieten von Flexibilitäten am Strommarkt kann außerdem zusätzliche Erlöse generieren Wärmenetze mit Sektorkopplungstechnologien und Speichern bieten die Möglichkeit den Strombezug und die -erzeugung zu flexibilisieren

Geschäftsmodell: Flexibler Betrieb der Erzeuger/Verbraucher Optimierung Eigenverbrauch Dynamische Stromtarife Wärmepumpen- stromtarif Netzorientierte Steuerung (ENWG §14a Spitzenlast- reduktion Anbieten von Regelenergie Wärmenetze mit Sektorkopplungstechnologien und Speichern bieten die Möglichkeit den Strombezug und die -erzeugung zu flexibilisieren

Abbildung der Quartiere im Energiesystemmodell ▪Abbildung der Quartiere aus dem Projekt im Energiesystemmodell KomMod ▪KomMod ist ein lineares Energiesystemmodell, welches mit der Zielfunktion der niedrigsten Gesamtenergiesystemkosten simultan installierte Leistungen und Betrieb der Erzeugungsanlagen und Speicher optimiert ▪Ergebnisse ▪Installierte Leistungen ▪Stündlich aufgelöster Betrieb ▪Kostenstruktur ▪Import/Export Windkraft Strom Wärme Kälte Brennstoffe Wasserstoff CO2 Wasserkraft Photovoltaik Batterie- speicher Abfälle Haushalte Abwärme Biomasse Gewerbe Brennstoff- speicher Thermischer Speicher Fossile Brennstoffe Import / Export Strom Import / Export Brennstoffe Wassertoff- speicher Energiequellen und -Erzeuger Industrie Transport © Fraunhofer ISE Solarthermie Geothermie Speicherung Verbraucher BHKW Synthese / Methanisierung CO2-Abscheider Brennstoffzelle Elektrolyseur Heizkessel Absorptions- kältemaschine Kompressions- kältemaschine Wärmepumpe Heizstab Umwandlung Wärme- übertrager

Eigenverbrauchsoptimierung ▪ Die Eigenverbrauchsoptimierung zielt darauf ab mehr eigenerzeugten Strom zu nutzen und somit weniger einzuspeisen sowie aus dem Netz zu beziehen ▪ Dies muss nicht zwangsläufig systemdienlich sein ▪ In Hassel ist es vorteilhaft eine höhere thermische Speicherkapazität zu installieren, dadurch kann der Wärmepumpenbetrieb mehr in die Zeiten der PV Produktion geschoben werden ▪ Auch die Nutzung der thermischen Trägheit der Gebäude ist vorteilhaft, zumal keine zusätzlichen Investitionskosten anfallen Hassel ▪ Th_Speicher: erhöhte thermische Speicherkapazität ▪ TH_Trägheit: Nutzung der thermischen Trägheit der Gebäude -100 0 100 200 300 400 500 Basis Th_Speicher Th_Trägheit Kosten in 1000€ Netz, Geothermie, Tischkühler El. Speicher PV Th. Speicher zentral Th. Speicher dez. HP zentral HP dez. El. Export El. Import

EnWG §14a und dynamischer Strompreis Hassel ▪ § 14a EnWG regelt seit dem 1.1.2024 die netzorientierte Steuerung neuer steuerbarer Verbrauchseinrichtungen wie Wärmepumpen, Wallboxen und Speicher (>4,2 kW) im Niederspannungsnetz. Netzbetreiber dürfen diese bei Überlastung drosseln (Mindestleistung 4,2 kW garantiert), während sie den Anschluss nicht mehr verweigern dürfen. ▪ Zeitvariable Netzentgelte und Stromtarife führen im Fall von Hassel zu erhöhten Kosten, da Strom zu Hochpreiszeiten importiert wird; zu Niedrigpreiszeiten kann Strom aus den eigenen PV-Anlagen genutzt werden 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% EnWG14a-Mod1+3 EnWG14a-Mod1+3-dynSP % der Kosten im Basisszenario Gesamt in % von Basis El. Import in % von Basis ▪ Modul 1: feste Vergütung ▪ Modul 3: dynamische Netzentgelte ▪ dynSP: dynamischer Strompreis

Anbieten von Regelleistung Hassel ▪ Stromerzeuger und Verbraucher können am Regelleistungsmarkt anbieten, jedoch nur, wenn sie über 1 MW Leistung anbieten können. Im Fall von Hassel muss über einen Aggregator angeboten werden, da die bereitstellbare Leistung nicht ausreicht ▪ Es wurden zwei Szenarien verglichen, welche auf historischen Daten des Regelleitungsmarktes beruhen: ▪ Niedrige Wahrscheinlichkeit Regelenergie bereitzustellen, aber hoher Preis (HP) ▪ Hohe Wahrscheinlichkeit Regelenergie bereitzustellen, aber niedriger Preis (LP) ▪ Beide Szenarien zeigen reduzierte Gesamtkosten gegenüber dem Basisfall ▪ AFRR: Sekundärregelleistung ▪ HP: hohe Wahrscheinlichkeit ▪ LP: niedrige Wahrscheinlichkeit 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% aFRR-HP aFRR-LP % der Kosten des Basisszenarios Gesamt in % von Basis El. Import in % von Basis

Weiterführende Informationen … Gibt es auf der Projekthomepage, auf der in nächster Zeit noch viele neue Inhalte hinzukommen werden Dr. Annette Steingrube | Fraunhofer ISE | annette.steingrube@ise.fraunhofer.de Dr. Christian Wilke | E.ON Energy Solutions GmbH | christian.wilke@eon.com