So sexy sind Wärmepumpe: Temperaturen und Einsparungen ankurbeln

Die Antwort: Ja.

Im Gegensatz zu Solar-Aufdachanlagen oder E-Autos, die ihre Nachhaltigkeit sichtbar präsentieren, arbeiten Wärmepumpen eher im Verborgenen. Sie sind eine unscheinbare Technologie, doch ihre Integration in ein Energiemanagementsystem kann für Endverbraucher:innen ein echter Gamechanger sein. Der Schlüssel liegt in der intelligenten Einbindung in ein fortschrittliches Energiemanagementsystem (EMS). Mit einem EMS, das auch Wärmepumpen steuert, können Dienstleister das volle Potenzial dieser Geräte für Verbraucher:innen und das Stromnetz erschließen, was niedrigere Kosten, höhere Effizienz und unvergleichliche Energieflexibilität ermöglicht.

Die zentrale Rolle von Wärmepumpen in der Energiewende

Wie bei allen dezentralen Energieanlagen wird das volle Potenzial von Wärmepumpen erst durch die Verbindung mit einem fortschrittlichen Energiemanagementsystem (EMS) ausgeschöpft. Durch die Integration von Wärmepumpen in ein intelligentes EMS können Haushalte und Unternehmen die Energieeffizienz maximieren, Kosten senken und an Programmen zur Nachfragesteuerung teilnehmen, die das Netz stabilisieren. Diese Synergie wird immer wichtiger, da die Elektrifizierung weiter zunimmt und Heizsysteme im Haushalt zu einem integralen Bestandteil eines dynamischeren und nachhaltigeren Energiesystems werden.

Wärmepumpen treiben diese Transformation voran, indem sie sowohl Endverbraucher:innen als auch dem Netz Vorteile bieten:

• Vorteile für Endverbraucher:innen: Wärmepumpen senken Energiekosten, steigern die Effizienz und ermöglichen Hausbesitzer:innen, erneuerbare Energiequellen wie PV-Anlagen zu nutzen.
• Vorteile für das Netz: Wärmepumpen fungieren als flexible Anlagen, die ihren Betrieb an die Netzanforderungen anpassen, Spitzenlasten reduzieren und die schwankende Erzeugung erneuerbarer Energien ausgleichen.

EMS-Lösungen machen diese Vorteile greifbar, indem sie den Betrieb von Wärmepumpen optimieren. Von der „Vorheizung“ von Häusern während Zeiten mit allgemein niedrigem Netzbezug bis zur smarten Nutzung erneuerbarer Energie steigert ein smartes EMS den Nutzen von Wärmepumpen für Nutzer:innen und das gesamte Energiesystem. Diese Kombination aus Einsparungen, Flexibilität und Nachhaltigkeit macht Wärmepumpen, unterstützt durch EMS, unverzichtbar für die notwendige Dekarbonisierung unserer Energiezukunft.

Wie Wärmepumpen funktionieren

Wärmepumpen sind eine innovative Technologie, die Wärme effizient von einem Ort zum anderen transportiert, anstatt sie direkt zu erzeugen. Es gibt drei Haupttypen:

• Luft-Wasser-Wärmepumpen: Diese Systeme ziehen Wärme aus der Umgebungsluft, selbst bei kalten Temperaturen, und sind die zugänglichste und kostengünstigste Option.
• Erdwärmepumpen: Nutzen die konstante Temperatur des Erdreichs für höhere Effizienz und langfristige Leistung.
• Grundwasser-Wärmepumpen (auch Wasser-Wasser-Wärmepumpen): Sie gewinnen Wärme aus einer nahegelegenen Wasserquelle und bieten eine konstante Effizienz, sofern die Bedingungen geeignet sind.

Diese Systeme basieren auf einem einfachen thermodynamischen Prozess, der vier Hauptkomponenten umfasst: Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsventil. Dieser Prozess ermöglicht es Wärmepumpen, mit beeindruckender Effizienz Heiz- und Kühlenergie bereitzustellen. Ihr Leistungskoeffizient – ein Maß für die Effizienz – liegt typischerweise zwischen 3 und 5. Das bedeutet, dass Wärmepumpen für jede verbrauchte Energieeinheit drei bis fünf Einheiten Heiz- oder Kühlenergie erzeugen können.

Obwohl Wärmepumpen von Natur aus effizient sind, können Endnutzer:innen mit smartem Energiemanagement ihre Vorteile voll ausschöpfen. Mit dieser intelligenten Steuerung werden Wärmepumpen zu aktiven Elementen eines flexiblen und smarten Energiesystems, das über kosteneffizientes Heizen und Kühlen hinausgeht.

Erfahre mehr über Wärmepumpen in unserem Glossarbeitrag, um mehr über die verschiedenen Wärmepumpentypen und ihre Funktionsweise zu erfahren.

In Verbindung mit intelligenten EMS-Lösungen werden Wärmepumpen mehr als nur eine nachhaltige Heiz- und Kühloption – sie werden zu aktiven Teilnehmern in einem flexiblen, erneuerbaren, energiegesteuerten Ökosystem.“ - Arman Gall, Solution Engineer, gridX

EMS und Wärmepumpen: Ein perfektes Duo

Ein EMS steigert die Leistungsfähigkeit von Wärmepumpen, indem es ihren Betrieb optimiert und ideale Betriebszeiten bestimmt. Dadurch werden Wärmepumpen zu flexiblen, dynamischen Energieressourcen, die sowohl den Nutzer:innen als auch dem Stromnetz zugutekommen.

Freisetzung von nachfrageseitiger Flexibilität (Demand-Side Flexibility)

Eine der größten Herausforderungen in Energiesystemen ist es, Angebot und Nachfrage auszugleichen, insbesondere da der Anstieg dezentraler Energieressourcen (DERs) den Strombedarf erhöht. Ein EMS hilft, diese Lücke zu schließen, indem es Wärmepumpen dazu befähigt, zum System mit nachfrageseitiger Flexibilität beizutragen.

• Netzstabilisierung:
  Ein EMS passt den Betrieb von Wärmepumpen dynamisch an die Echtzeitbedingungen des Stromnetzes an. Zum Beispiel kann das EMS während Zeiten mit hoher Stromnachfrage die Aktivität der Wärmepumpe vorübergehend reduzieren, um die Netzbelastung zu verringern. Umgekehrt kann das EMS während Zeiten mit überschüssiger erneuerbarer Erzeugung den Betrieb der Wärmepumpe erhöhen, um diese Energie aufzunehmen und so zur Stabilisierung des Netzes beizutragen. Mit einem Batterie-Energiespeichersystem (BESS) kann ein EMS das Heimsystem anweisen, gespeicherten Strom während starker Netzüberlastung zu nutzen, ohne die Wärmeproduktion wesentlich zu beeinträchtigen.
  
  
• Marktteilnahme:
  Durch die Ermöglichung von Nachfragereaktionen stellt ein EMS sicher, dass Wärmepumpen dann betrieben werden, wenn Strom am günstigsten und reichlich verfügbar ist. Dies bedeutet oft, dass sie während der Nebenzeiten, beispielsweise spät in der Nacht, laufen, um Häuser vorzuheizen oder zu kühlen. Dies senkt nicht nur die Kosten für die Haushalte, sondern verringert auch die Belastung des Netzes während der Spitzenzeiten.

„Diese Fähigkeiten sind entscheidend, um eine Zukunft zu schaffen, in der Energiesysteme sowohl hochgradig effizient als auch widerstandsfähig sind und sicherstellen, dass die zunehmende Nutzung von Wärmepumpen die Netzstabilität unterstützt und nicht gefährdet“, sagt Arman Gall, Solution Engineer bei gridX. „In Verbindung mit intelligenten EMS-Lösungen werden Wärmepumpen mehr als nur eine nachhaltige Heiz- und Kühloption – sie werden zu aktiven Teilnehmern in einem flexiblen, erneuerbaren, energiegesteuerten Ökosystem.“

Wie Wärmepumpen Energiekosten für Verbraucher:innen sparen

Für Endverbraucher:innen fördert die Kombination von Wärmepumpen mit einem EMS nicht nur die Energieautarkie und Flexibilitätsmöglichkeiten, sondern auch Kostensparmöglichkeiten.

Um diese Potenziale besser zu verstehen, koopertierte gridX mit der RWTH Aachen und dem E.ON Energy Research Center zusammen, um Simulationen für den Zeitraum von einem Jahr durchzuführen. Wie zu erwarten war, bestätigten die Simulationen, dass Neubauten mit Fußbodenheizungssystemen die größten Vorteile erzielten, aufgrund ihrer niedrigeren Betriebstemperaturen und höheren thermischen Trägheit.

Während die Einsparungen je nach Gebäudetyp und Optimierungsansatz variieren, zeigten die ersten Ergebnisse, dass ein Vier-Personen-Haushalt in München, gebaut im Jahr 2016, mit einer Wärmepumpe, einem PV-System und einer Batterie die CO₂-Emissionen um bis zu 75 Prozent im Vergleich zu demselben Haushalt mit nur einem Gasheizung reduzieren kann. Ein Haushalt mit nur einer Wärmepumpe kann jährlich fast 1.000 Euro einsparen, im Vergleich zu einem mit einem Gasheizung; fügt man ein PV-System und eine Batterie hinzu, können diese Einsparungen auf über 2.600 Euro steigen. Die Integration eines HEMS erhöht diese Einsparungen um weitere 3 Prozent. Diese Kombination reduziert zudem den jährlichen Energieverbrauch aus dem Netz um 59 Prozent.

Zusätzlich zu den Kosten- und Energieeinsparungen zeigte diese Untersuchung auch, dass eine Kombination aus Wärmepumpe mit PV, Batterie und HEMS den Break-even-Point der Investition um bis zu ein Jahr verkürzt (sprich der Punkt, an dem die eingesparten Kosten den finanziellen Betrag der Investition erreichen). Der Break-even-Point für denselben Haushalt mit PV-System, Wärmepumpe und HEMS liegt bei 10 Jahren.

Diese Ergebnisse verdeutlichen das erhebliche Potenzial von Wärmepumpen, die Energieflexibilität zu verbessern und Kosten zu senken, insbesondere wenn sie mit ganzheitlichen Optimierungsstrategien kombiniert werden.

Interoperabilität ermöglichen

Die Effektivität eines jeden Energiesystems hängt von seiner Fähigkeit ab, sich nahtlos mit verschiedenen Anlagen und Technologien zu integrieren. Wärmepumpen sind davon keine Ausnahme, und das EMS von gridX, XENON, ist bereits mit Geräten von über 50 OEMs kompatibel, einschließlich zahlreicher Wärmepumpenhersteller. Eine engere Zusammenarbeit mit zukunftsfähigen OEMs über das „Ready for gridX“-Kollaborationsmodell wird in Zukunft noch nahtlosere und fehlerfreie Steuerung ermöglichen.

• Vereinheitlichte Datenbasis: XENON abstrahiert die Komplexität herstellerabhängiger Daten und bietet eine zentrale Plattform, die es einfach macht, die Leistung von Wärmepumpen zu verwalten und zu analysieren.
• Standardisierte Kommunikationsprotokolle: Mit der Unterstützung von SG-ready- und EEBUS-fähigen Anlagen sorgt XENON für Interoperabilität zwischen verschiedenen Herstellerprodukten und Kommunikationsstandards. Dies beseitigt Kompatibilitätsprobleme und macht das System zukunftssicher für neue Technologien. 

Durch die Vereinfachung der Integration und die Sicherstellung der Kompatibilität ermöglichen EMS-Lösungen wie die von gridX den Nutzer:innen, kohärente, zukunftsfähige Energieökosysteme aufzubauen, die Effizienz und Leistung maximieren.

Wir müssen die Barrieren zwischen dezentraler Solarenergie, dem Laden von E-Autos und dezentraler intelligenter Heiztechnik abbauen. Beim Thema Netzperipherie müssen wir mit einer Stimme sprechen. Das sollte unser gemeinsamer Konsens sein und das, wofür wir eintreten, denn genau hier liegt die Zukunft – und auch das Geld – da sich die Verbraucher:innen darin befinden.” – Jan Ossenbrink, CEO & Mitgründer, Vamo

Warum ist die Einführung von Wärmepumpen so herausfordernd?

Trotz ihrer zahlreichen Vorteile gibt es mehrere Herausforderungen bei der Wärmepumpenakzeptanz:‍

Fehlinformationen und öffentliche Wahrnehmung
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Genau wie bei der Elektromobilität in ihrer frühen Einführungsphase werden Wärmepumpen-Technologien mit Skepsis konfrontiert. Fehlinformationen und politische sowie mediale Narrative behindern die Akzeptanz ebenfalls oft. Dies führt zu großen Ängsten bezüglich der Kosten, Wirksamkeit und Zuverlässigkeit. Bedenken, dass Netzbetreiber Wärmepumpen während Zeiten mit hoher Nachfrage abschalten, sind weitgehend unbegründet, wenn EMS-Lösungen vorhanden sind. Eine klare Kommunikation und bessere Aufklärung über Wärmepumpen sind entscheidend, um diese Mythen auszuräumen.‍

Anfängliche Kosten und Installationsaufwand
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Wärmepumpen erfordern erhebliche Anfangsinvestitionen, was die Einführung erschwert. Glücklicherweise sind zunehmend Subventionen und innovative Finanzierungsmodelle verfügbar, um diese Kosten zu schmälern und die Systeme sowohl für Hausbesitzer:innen als auch für Unternehmen zugänglicher zu machen. Der REPowerEU-Plan der Europäischen Union schreibt sogar vor, dass die Mitgliedstaaten keine fossilen Brennwertkessel mehr subventionieren, sondern diese Subventionen stattdessen in Wärmepumpen investieren.

Zusätzlich zur finanziellen Investition ist die Installation einer Wärmepumpe aufgrund ihrer Größe, ihres Gewichts und der erforderlichen Spezifikationen für den Anschluss und die Installation außerhalb eines Haushalts im Allgemeinen schwierig. Aber zunehmend übernehmen professionelle Installateur:innen alle Installationen auf einmal, um den Aufwand zu minimieren und eine durchgehende Lösung zu gewährleisten, die den Wert maximiert.

‍Netzimplikationen
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Die großflächige Einführung von Wärmepumpen wird die Nachfrage nach Strom aus dem Netz erhöhen. Ohne fortschrittliches Lastmanagement könnte dies zu Überlasten während der Spitzenheizzeiten führen. EMS-Lösungen spielen eine entscheidende Rolle, dieses Risiko zu verringern, indem sie Lasten dynamisch ausgleichen und den Betrieb der Wärmepumpen besser mit der erneuerbaren Energieerzeugung in Einklang bringen.‍

Interoperabilitätsbedenken
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Verschiedene Gerätehersteller und Kommunikationsstandards können die Integration von Wärmepumpen erschweren. Fortschrittliche EMS-Lösungen wie XENON überwinden diese Lücken, indem sie eine reibungslose Kommunikation und Interoperabilität über Systeme und Hersteller hinweg ermöglichen. Dies ist ein Vorteil für Wärmepumpen, die als elektrische Anlagen dann ganzheitlich mit anderen elektrischen Anlagen integriert werden können. ‍

Saisonale Herausforderungen der erneuerbaren Energien
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Der Winter, die Hauptheizsaison, fällt oft mit einer verringerten Solarproduktion zusammen, was eine natürliche Einschränkung für Wärmepumpen aufzeigt. Eine strategische Integration mit Windenergie, die in den Wintermonaten die höchste saisonale Produktion hat, und anderen erneuerbaren Energien kann helfen, diese saisonale Diskrepanz zu überwinden.‍

Regulatorischer Schwung
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Politische Vorgaben wie das Verbot von Gasheizungen in Mannheim ab 2035, signalisieren eine starke regulatorische Unterstützung für Wärmepumpen. Auch die EU wird voraussichtlich ab 2040 fossile Brennwertkessel verbieten. Dieser Schwung fördert Innovationen und die Einführung, betont jedoch auch die Notwendigkeit einer robusten Infrastruktur zur Unterstützung dieses Übergangs.‍

Technische Einschränkungen

‍Im Gegensatz zu E-Autos oder Batterien können Wärmepumpen nicht einfach jederzeit ein- und ausgeschaltet werden. Im Allgemeinen ist die Wärmepumpe, insbesondere der Kompressor, so konstruiert, dass sie innerhalb bestimmter Parameter arbeitet, was die Häufigkeit und Dauer der Nutzung einschränkt. Übermäßige Nutzung oder unsachgemäßes Schalten kann die Effizienz verringern und den Verschleiß erhöhen, was zu möglicherweise höheren Wartungskosten und kürzeren Lebensdauern der Anlagen führt. In diesem Fall ist ein smartes EMS von Vorteil, da seine prädiktiven Analysen den Betrieb der Wärmepumpe optimieren.

Wärmepumpen als flexible Assets in der Energiewende

Wärmepumpen spielen eine strategische Rolle in der Sektorenkopplung, indem sie die Sektoren Wärme, Mobilität und Elektrizität miteinander integrieren, um die Nutzung erneuerbarer Energien zu maximieren. Mit der Unterstützung eines fortschrittlichen EMS werden Wärmepumpen zu aktiven Teilnehmern in Energiesystemen:

• Dynamische Temperaturregelung: Ein EMS kann die Raumtemperaturen senken, wenn Heizung nicht notwendig ist, und so Energie sparen, ohne den Komfort zu beeinträchtigen.
• Standby-Betrieb: Während Phasen hoher Netzlast kann ein EMS die Wärmepumpen in den Standby-Modus versetzen und so die Belastung des Netzes verringern.
• Netzkonforme Steuerung: Verbrauchsreduktion basierend auf Netzsignalen während Spitzenverbrauchszeiten gemäß regulatorischen Anforderungen, beispielsweise im Notfall wie nach Paragraph 14a vorgegeben, kombiniert mit lokaler Kompensation über ein Batteriespeicher- oder PV-System, um den Heizkomfort zu erhalten.
• Prädiktive Analytik: Fortgeschrittene Algorithmen analysieren Nutzungsmuster, Wettervorhersagen und Netzbedingungen, um den Betrieb der Wärmepumpe zu optimieren und Wartungsprobleme vorzubeugen.

Dieses Maß an Flexibilität verbessert nicht nur die Netzstabilität, sondern stellt auch sicher, dass die Wärmepumpen mit maximaler Effizienz arbeiten, was zu einer nachhaltigeren Energiezukunft beiträgt.

Die Bedeutung von HEMS für die Optimierung von Wärmepumpen

Wenn du bis hier gelesen hast, hoffen wir, dass du uns zustimmst: Wärmepumpen sind sexy und der Wärmepumpenmarkt bietet eine einzigartige Gelegenheit für Dienstleister.

Wärmepumpen sind unverzichtbar für die Energiewende, bieten enorme Effizienz, Nachhaltigkeit und lassen sich einfach mit erneuerbaren Energieressourcen integrieren. Dennoch haben Missverständnisse in der Öffentlichkeit und regulatorische Komplexität ihre Einführung verlangsamt. Hier kommt gridX ins Spiel. Wir helfen Dienstleistern, diese Herausforderungen zu überwinden, mit Lösungen, die die Komplexität für Endkund:innen reduzieren und die konkreten Vorteile der smarten Energieintegration mit Wärmepumpen aufzeigen:

• Liefere überlegenen Kundenwert: Ermächtige deine Kunden mit optimierter Wärmepumpenleistung, reduzierten Energiekosten und erhöhter Energieunabhängigkeit.
• Vereinfache die Einführung: Unsere ganzheitlichen Lösungen integrieren sich nahtlos in dein Angebot, reduzieren die Markteinführungszeit und minimieren betriebliche Komplexität.
• Verschaffe dir einen Wettbewerbsvorteil: Positioniere dein Unternehmen als führend in smarten Energielösungen mit modernster Technologie und zukunftssicheren Fähigkeiten.

Die Integration von Wärmepumpen in ein HEMS erschließt einen größeren Wert für Kund:innen und das gesamte Energienetz, indem sie Kosteneinsparungen, Flexibilität auf der Nachfrageseite und verbesserte Selbstgenügsamkeit bietet. Zukunftssichere Dienstleister können die treibende Kraft sein, um diese Assets in umfassende, zukunftssichere Energielösungen für Endverbraucher:innen zu integrieren.

Mit der Politik, die Gasheizungen auslaufen lässt und die Nachfrage nach Elektrifizierung vorantreibt, ist jetzt der Zeitpunkt zu handeln. Partnerschaften mit gridX ermöglichen es dir, innovative Lösungen anzubieten und Wärmepumpen zu einem integralen Bestandteil deines Portfolios zu machen. Gemeinsam können wir die Energielandschaft neu definieren, dein Unternehmen stärken und unvergleichlichen Wert für Endverbraucher:innen liefern.

Machen wir Wärmepumpen zu einem Eckpfeiler deines Erfolgs – und der Energiewende.