Die in dem Beitrag „Die Zukunft der Siedlungswärme“ im Solarthermie-Jahrbuch 2020 vorgestellte Modellbetrachtung einer Ortswärmeversorgung durch Solarthermie mit einem großem Solarwärme-Speicher im Wärmenetz wurde um eine elekrische Wärmepumpe ergänzt. Der Solaranteil bleibt dabei hoch.

Unsere ursprüngliche Fassung hat nicht berücksichtigt, dass bei zunehmender Entleerung und damit Abkühlung des Saisonalspeichers dessen Temperatur im Spätherbst unter die Lastkreis-Temperatur (Vorlauftemperatur im Wärmenetz, im folgenden mit 75 Grad Celsius angenommen) fällt, so dass bei diesen Speichertemperaturen eine mit zusätzlichem Energieaufwand verbundene Temperaturerhöhung erforderlich ist [1,2]. Dies ist eine systeminhärente Folge des Solarwärmespeicher-Einsatzes in einem „warmen“ Netz.

Wärmepumpe ist ökonomisch beste Lösung

Wir gehen im folgenden davon aus, dass die ökonomisch beste Lösung im Einsatz einer Wärmepumpe besteht, die die Temperatur im Lastkreis anhebt. An Stelle der Bioölbrenner-Absorptionswärmepumpe der realen Dronninglund-Anlage modellieren wir den Einsatz einer elektrischen Wärmepumpe mit Ergebnissen wie folgt.

Zu sehen ist ein Diagramm, das den ladezustand vom Solarwärme-Speicher im Wärmenetz beschreibt.

Auf den ersten Blick gleichen die Jahresverläufe von solarthermischer Wärmeerzeugung, Speicherfüllstand und Wärmeabgabe in Abb. 1 den ohne Wärmepumpe berechneten in Abb. 1 des Ursprungsbeitrags [1]. Im Detail gibt es aber wichtige Unterschiede. So ist in allen Monaten, in denen die Speichertemperatur unter 75 Grad Celsius liegt, jetzt zusätzlich zu der Entnahme aus dem Saisonalspeicher der Beitrag ersichtlich, der als (elektrische) Einsatzenergie der Wärmepumpe zusätzlich aufgewendet werden muss, um die Wärme im Lastkreis immer mit 75 Grad Celsius zur Verfügung zu stellen. Dies ist vor allem von Dezember bis Mai der Fall, wobei die Speichertemperatur vom Solarwärme-Speicher im Wärmenetz bis Ende März auf den Tiefststand von 10 Grad Celsius fällt.

Wärmegestehungskosten erhalten Stromkostenanteil

Die im Kastentext gezeigten wirtschaftlichen Eckdaten der solarthermischen Orts-Wärmeversorgung ändern sich durch die Einbeziehung der strombetriebenen Wärmepumpe gegenüber den in [1] angegebenen vor allen in diesen Punkten:

  • Die Ortswärmeversorgung ist nicht mehr zu 100 Prozent solarthermisch, aber noch zu dem hohen Anteil von 82,5 Prozent. Unter der Voraussetzung, dass z.B. Strom aus Windkraft und PV zum WP-Betrieb verwendet wird, ist sie zu 100 Prozent regenerativ und zwar wie in [1] ohne den Einsatz von Biomasse.
  • Die Wärmegestehungskosten erhalten damit allerdings einen Stromkostenanteil und vergrößern sich mit einem als Beispiel angenommenen Strompreis von 10 Cent pro Kilowattstunde für die Fallbetrachtung Dänemark auf 6,1 bis 6,3 Cent. Für Deutschland mit einem pauschalen Aufschlag von 50 Prozent auf die Investition auf 7,9 bis 8,1 Cent. Der 50-Prozent-Aufschlag erfolgt nur auf die Investition, da der Stromkostenanteil nur vom exemplarisch gleich gewählten Strompreis abhängt und die sonstigen Kosten als für Deutschland und Dänemark gleich angenommen werden. Zur Darstellung der Abhängigkeit vom Strompreis wird auf die online verfügbare Langfassung verwiesen.

Weitere Fragen aufgeworfen

Die in der Korrespondenz mit interessierten Lesern geführte Diskussion warf über die Erfordernis der Wärmepumpe hinaus folgende Fragen auf:

  • Wenn schon mit Wärmepumpe, wozu dann noch Solar?
  • Wozu ein ungünstige Betriebsparameter bedingendes Wärmenetz statt ressourcen-effizientere Einzelversorgung der Gebäude?
  • Hätte Deutschland überhaupt genügend Flächen für die dänische Strategie der „schnellen“ Versorgung des Bestandes mit erneuerbaren Energien oder wäre eine Priorisierung hoher Wärmedämmung zwingend?

Die Diskussion wird fortgesetzt.

Claus Beneking, Detlef Koenemann

Quellenverzeichnis:

[1] Die Zukunft der Siedlungswärme, C. Beneking und D. Koenemann, Solarthermie-Jahrbuch 2020

[2] Korrekturhinweis zu [1] vom 10. August 2020 auf der Homepage www.solarthermie-jahrbuch.de

Die Langfassung des Beitrages von Claus Beneking können Sie hier herunterladen.