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.
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.
15. Juli 2022 at 9:49
Die Idee der solarthermischen Versorgung zu 100 % ist jahrzehnte alt und wir sehen rechnenansätze und ausführngen seit jahrzehnten und wi r sehn dass die thermodynamik nicht verstanden wird. zum enen wird immer wieder und beharrlich falsch gerecnet denn Speicher verursachen Wärmeverluste, dazu die verluste der Rohrleitungen. je größer der speicher desto günstiger sind di werte für den speiocher elleine und desto schlechter die für das in der länge wachsende Rohrleitungssystem. Weil wir im Ergebnis sehen dass typisch weitere „wärmeerzeuger“ erforderlich sind kann man die Frage naürlich anders stellen, Wozu Solarthermie? Die hier gezeigte antwort zeigt den wunden Punkt! Es sit eigentlich kein Problem 100% Solarenergie zu realisieren, man muss sie speichern! Nun könnteman ja verlustfrarm und kostengünstig speichern wenn man die Temperatur senkt, denn bekommt man auch mehr wärme aus dem Speicher! mit dem nachtile das man dann eine Wärmepumpe braucht. das macht ja ichts denn es sit ja immernoch Solarenergie. Hilfsenergie für Pumpen braucht man ja ohnehn! Doch denn fage ich mich warum die genze techik, dei umwelt ist doch ohnehin durch die Solarenergie erwärmt, und dann kan man diese umwelt als Speicher benutzen. von der ganzen Miemik die so teuer ist bleibt dann nur noch die Wärmepumpe übrig…
Und nunwird es spannend denn der zeite Hauptsatz kommt ins Spiel und sagt uns ganz genau worauf zu achten ist; Vorlauf und Rücklauftemperatur nach unten heißt spezifische Heizflächenbelastung nach unten, Wärmebedarf nach unten Heizflächennach oben, gegbenenfalls Luft direkt heizen ohne wassersystem dazwischen.
Da wird de fan der solarthermie schwarz vor augen! also argumentiet er dassman den stromverbreuch der anlage berücksichtigen muss ! richtig! auch bei der solarthermie! Nn bietet sich an auf der freigewordenen Dachfläche PV aufzubauen und man hat dadurh dass ein stromanschluss vorhanden ist kein problem die technisch kopplung zwischen momentanen PV ertreg und momentanem Strombedarf der Wärmepumpe aufzuheben, der rest kommt aus dem natz, oder fließt ins netz. Das netz ist der speicher! Da man stromnicht speichern kann ist natürlich die Kohle de man im sommer (ohne wärme kraft kopplung !) verstromt eingespart und kann im Winter mit Wärme Kraft Kopplung verstromt werden wenn die WP Strom benötigt…. gleiches bei wind der im Winter stärker bläst und PV hilft dann in der Sommerflaute.
Das alles passt natürlich der Solarthermie nicht, denn man denkt in der systemgrenze das haißt auterkieorentiert, was man auch muss, weil Wärme sich denkbar schlecht über größere Distanzen transportieren lässt. Denktman in Strom, denkt man zumindest deutschlandweit vernetzt; und sprengt damit natürlich die Bilanz und Betrachtungsgrenzen der Solarthermie!
Mit anderen Worten man muss über die Fragestellung nachdenken! Was wollen wir genau? Reduktion der weltweiten CO2 emissionen zu günstigen Kosten, da reicht es Reduktion der CO2 Emisssionen in Deutschland zu fordern und als Maßstab einzusetzen, oder solarthermische Autonomie des individuellen Objektes, des Bauvorhabens der Siedlung, um jeden ökonomischen Preis.
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